Направления развития скважинных сейсмических воздействий на продуктивные пласты

УДК 622.235

Е.Н. Чередников, А.В. Савченко

Институт горного дела СО РАН, Новосибирск

НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ СКВАЖИННЫХ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ПРОДУКТИВНЫЕ ПЛАСТЫ

E.N. Cherednikov, A.V. Savchenko

Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Science, Novosibirsk, Russia

DIRECTIONS OF DEVELOPMENT BOREHOLED SEISMIC INFLUENCES ON PRODUCTIVE LAYERS

The technogenic phenomena are considered in process of development of oilfield. The necessity of a tract condition monitoring is substantiated. The complex of suggestions and principles are offered for the effective seismic influences on productive layers.

Нерегулируемый в экологическом смысле рост объемов добычи нефти, газа и других топливно-энергетических ресурсов обусловил опасные деградационные процессы в литосфере: обвалы, землетрясения, провалы, местные подвижки земной коры и т. д.

В нефтегазовой отрасли, для предотвращения подобных ситуаций необходимо решение ряда принципиальных задач. К их числу относится обеспечение безопасности производства на основе массового внедрения системы экологического управления и мониторинга, включающей в себя создание такого механизма, который будет на основании данных о состоянии разработки определять опасность возникновения техногенной катастрофы, т. е. необходимо оптимально добывать нефть и осваивать месторождения сводя к минимуму негативные последствия, не допуская аварийных ситуаций.

Сегодня большое внимание уделяется повышению нефтеотдачи коллекторов. Основным методом интенсификации является заводнение, с помощью которого в нашей стране добывается свыше 85 % нефти. При поддержании пластового давления возрастают темпы отбора нефти и сокращаются сроки разработки месторождения. Одновременно решается вопрос оборотного водоснабжения в процессе добычи нефти.

При закачке пресной воды она взаимодействует с нефтью, газом, связанной водой и горной породой. Идут реакции ионного обмена, взаимного растворения и другие. За счет выщелачивания горных пород вода насыщается сульфатами, карбонатами, кремнием. В результате этого впоследствии происходит отложение солей в скважинном и нефтепромысловом оборудовании.

В Западной Сибири в районе Среднего Приобья для заводнения используются воды апт-сеноманского горизонта. Эти воды обладают лучшей нефтевымывающей способностью, чем пресная вода.

В процессе разработки месторождений для заводнения будут использованы миллиарды кубических метров воды. Только на Сургутском и Нижне-Вартовском месторождениях запроектировано закачать около 2 млрд. м подземных вод.

Снижение пластового давления под влиянием отбора нефти, газа и воды (депрессионный техногенез недр) может привести к истощению запасов подземных вод вышележащих горизонтов. В некоторых случаях следствием депрессионного техногенеза недр становится просадка земной поверхности.

Составлен прогноз о возможном оседании поверхности земли вследствие образования пустот, ранее заполненных подземными водами. Предполагается, что оно может составить 1.5 м.

Успешность предотвращения и локализации возможных негативных последствий изменения пластового давления глубоких пластов зависит, прежде всего, от своевременной организации надежного контроля за энергетическим состоянием подземных горизонтов. Пластовое давление в разрабатываемых нефтяных горизонтах контролируется наиболее надежно, являясь наряду с объёмом добываемой продукции, основным технологическим параметром разработки нефтяных залежей. Однако для охраны недр знаний только о пластовом давлении нефтяных горизонтов недостаточно. Необходима организация непрерывного мониторинга месторождения по всему разрезу отложений. Только зная характер изменения сейсмического поля этих горизонтов во времени путём математической обработки и сопоставления его с накопленными в процессе эксплуатации данными в разрабатываемых горизонтах месторождения можно судить о том, сказывается ли разработка нефтяных залежей на энергетическое состояние других горизонтов разреза отложений, какова их интенсивность, где они локализуются и какими причинами вызваны. Таким образом, возникает необходимость иметь сеть измерительных скважин, контролирующих продуктивные пласты и промежуточные горизонты разреза. Это новая постановка вопроса, поскольку обычно измерительные приборы располагаются в скважинах только в окрестности нефтеносных разрабатываемых пластов.

В настоящее время уже обнаружены признаки воздействия разработки нефтяных месторождений на геологическую среду. На Западно-Сургутском нефтяном месторождении наблюдается образование тридцатиметровой депрессионной воронки в результате откачки воды из апт-сеноманского

-5

мелового горизонта в течение 4.5 лет в объеме 15 тыс. м /сут. Поэтому на месторождениях Среднего Приобья необходимо вести постоянные геофизические и гидрологические наблюдения за режимом добычи, откачек, уровнем подземных вод и вертикальным движением земной поверхности.

В практику промысловых работ стали внедряться физические, физико -химические и химические методы интенсификации добычи нефти, которые также имеют негативные последствия. Назначение применяемых методов заключается в повышении проницаемости призабойной зоны скважины и увеличении нефтеотдачи продуктивного пласта. Эффективность применения

различных методов иллюстрируется тем, что опытно-промышленные

испытания на различных объектах позволили повысить годовые темпы отбора нефти в 3 - 6 раз. Перечисленные методы увеличения нефтеотдачи можно использовать в сочетании с отработанными на практике методами поддержания пластового давления. Например, при применении метода влажного и сверхвлажного горения диапазон температур в зоне горения изменяется в пределах от 350-1 000 °С, можно ожидать плавления, спекания, коренного изменения состава, структуры и свойств окружающих пород. Возможно термогенное проседание поверхности земли, зданий и

сооружений.

Уровень научного обоснования и масштабности применения каждого из методов варьирует в широком диапазоне. Для всех используемых методов необходимо учитывать геологические особенности месторождения, этапность его разработки, технологические и технические параметры ведения

эксплуатации. Выбор оптимальной модели работ на конкретном

месторождении проводится с учетом данных математического моделирования и результатов физико-химических расчетов.

Анализ результатов многолетнего опыта применения вибросейсмических методов воздействия на продуктивные пласты с целью увеличения нефтеотдачи на более чем 15 месторождениях показал, прежде всего, их эффективность. При непосредственном участии сотрудников ИГД СО РАН на нефтепромыслах дополнительно добыто более 300 тыс. т. нефти. Первоначальное использование наземных виброисточников для сейсмовоздействия на продуктивные пласты показало их эффективное влияние на повышение нефтеотдачи. Но особый эффект был достигнут при использовании в качестве источников сейсмических воздействий скважинных гидроударных генераторов колебаний, созданных на базе широко распространённых погружных штанговых насосов. Обладая более высокими энергетическими показателями, по сравнению с поверхностными источниками, они отличаются возможностью быстрой практической реализации.

Главным результатом выполненных исследовательских, экспериментальных и непосредственно промысловых работ мы считаем обоснование нового направления применения сейсмического метода волновых воздействий. Оно заключается в разработке систем управляемого мониторинга геодинамических процессов в массиве горных пород, включая нефтяной пласт, выработке рекомендаций по регулированию разработки месторождения существующими способами, сейсмическому воздействию на участки пласта, находящиеся в критическом состоянии. Использование методов сейсмического межскважинного просвечивания, включая метод наведённой сейсмичности, данные расчётов напряжённо-деформированного состояния массива горных пород позволят наиболее эффективно, экологически и техногеннобезопасно вести разработку месторождения.

Исходя из вышеизложенного можно следующим образом представить общую схему системы разработки месторождения.

На месторождении общей площадью десятки и сотни квадратных километров расположена сеть скважин различного назначения: добывающие, излучающие, измерительные, нагнетательные (рис.).

Выполняя главную задачу - добычу нефти - эти скважины, оборудованные соответствующей аппаратурой, позволяют образовать технический комплекс мониторинга геодинамических процессов, состоящий из из трех основных систем: скважинных сейсмических источников

совмещённых со стандартными штанговыми насосами, регистрирующих скважинных приборов, комплекса математических и программных средств для обработки данных.

Добывающя

скважина

Излучающая

скважина

Измерительная

скважина

Нагнетательная

скважина

Рис. Основные типы скважин расположенных на нефтепромысле

Добывающая скважина 1 со штанговым насосом 2 с приводом от станка-качалки 3 оборудуется генератором импульсов 4 и в процессе работы обеспечивает откачку жидкости и сейсмическое воздействие на массив. Находящиеся на расстоянии Lдi другие добывающие скважины 5, но без генератора импульсов, обеспечивают только откачку жидкости. В наблюдательных (контрольных) скважинах 6 устанавливаются скважинные приборы 7 для определения геофизических параметров излучения S и Р

Информация от каждой из скважин собирается в блоке первичной обработки и накопления, расположенном непосредственно на нефтепромысле, и далее по соответствующим телеметрическим или сетевым каналам непрерывно или дискретно передаётся в обрабатывающий центр 9. Количество скважин каждого типа (1, 5, 6) определяется для конкретного месторождения.

Основным компонентом комплекса являются скважинные сейсмические антенны, сопряженные с центром управления, обладающим функциями системы сбора данных. Каждая приёмная антенна состоит из нескольких (до 5-10) скважинных измерительных приборов, связанных между собой каротажным кабелем (антенная магистраль). Центр управления осуществляет сбор данных от всех скважинных приборов, проводит предварительную обработку полученной информации, управляет работой всего комплекса. Центр управления передает накопленную информацию в мощный вычислительный центр для более глубокого анализа и обработки регистрируемых данных.

Регистрирующий комплекс должен работать в трех режимах:

- В режиме пассивной локации сейсмологических событий, в котором осуществляется контроль данных, поступающих от дежурных датчиков приемных антенн. В случае обнаружения центром обработки признаков сейсмологического события ведётся одновременная запись данных в каждый скважинный прибор с последующей передачей в центр управления. Данный режим осуществляется постоянно, параллельно с работой в других режимах;

- В режиме сейсмического просвечивания, в котором каждый скважинный прибор опрашивается последовательно с одновременной записью сейсмического импульса, генерируемого заданным источником;

- В режиме реализации метода наведённой сейсмичности запись ведётся одновременно в каждый скважинный прибор для передачи информации в центр регистрации.

Возможность управления геомеханическим состоянием объекта реализуется через выработку рекомендаций по изменению поля пластового давления в опасной зоне продуктивного пласта и режимов сейсмовоздействий. Масштабное сейсмическое воздействие позволяет использовать накопленную геомеханическую энергию для изменения свойств коллектора и повышения эффективности его разработки. Заметим, что локальное сейсмическое воздействие на призабойную зону скважин с

установленными источниками осуществляется постоянно и является дополнительным повышения нефтеотдачи пластов.

© Е.Н. Чередников, А.В. Савченко, 2008