Способ проводки горизонтального ствола скважины в целевом интервале осадочных пород на основании элементного анализа шлама
METHOD OF GUIDING HORIZONTAL WELLBORE IN TARGET RANGE OF SEDIMENTARY ROCKS BASED ON ELEMENTAL ANALYSIS OF SLURRY

Изобретение относится к области промысловой геофизики (геологического сопровождения бурения скважин) и может быть использовано для корректирования траектории проводки ствола горизонтальной скважины в целевом интервале осадочных пород на основании элементного анализа шлама в условиях санкционных ограничений на использование высокотехнологичного геонавигационного оборудования (ГИС, LWD).
Важной особенностью осадочных пород является их слоистость и устойчивость минерально-компонентного состава по латерали при изменчивости состава пород по вертикали - это свойство является основной предлагаемого способа проводки горизонтального ствола. На практике доказано, что наиболее чувствительным индикатором изменчивости осадочных пород является не минеральный, а элементный состав.
Продуктивные пласты-коллекторы осадочных пород зачастую обладают небольшой толщиной (толщиной в первые метры). Основной технологией разработки тонкослоистых осадочных пород, содержащих коллекторы, является бурение скважин с горизонтальным окончанием с последующим гидроразрывом пласта (ГРП). Эффективность разработки кратно увеличивается в случае проводки горизонтального ствола в интервале коллекторов, поскольку именно они оптимальны для инициации трещин ГРП. Поскольку коллекторы слагают тонкие пласты, толщиной до первых метров, то поэтому задача геонавигации в процессе бурения является актуальной и нетривиальной, решить которую известными способами не представляется возможным.
Примером целевых интервалов осадочных пород являются нефтематеринские отложения, такие как баженовская свита.
Ресурсы нефти в баженовской свите, имеющей региональное распространение в Западной Сибири, по разным оценкам, исчисляются миллиардами тонн. Но они до сих пор не разрабатываются в промышленных масштабах вследствие отсутствия эффективной технологии извлечения из них нефти.
Известны различные способы проводки горизонтальных стволов скважин горизонтального ствола.
Например, способ проводки горизонтального ствола скважины (патент РФ №2263782), заключающийся в получении наземными приборами забойной информации по каналу связи с оперативным контролем и управлением проводкой. При этом забойная информация отображает положение отклонителя относительно магнитного меридиана и величины азимутальных и зенитных углов, полученных от забойных датчиков.
Недостатком является то, что проводка ведется "вслепую", на основе ранее имеющейся информации о траектории, без учета изменений геологического разреза, что может привести к проводке горизонтального ствола вне плоскости залегания продуктивного пласта.
Известен способ проводки ствола горизонтальной скважины на основе геологических исследований (патент РФ №2313668). Способ включает получение с помощью геолого-технологических, геолого-петрофизических и литофациальных исследований информации с забоя скважины о местоположении бурового инструмента. Полученные данные анализируют и строят корреляционную схему литолого-фациального состояния разреза с привязкой по вертикальным глубинам с указанием наиболее перспективных на нефть и газ интервалов и производят корректировку траектории проводки ствола горизонтальной скважины, обеспечивающую перемещение бурового инструмента по продуктивному пласту.
Все известные методы проводки ствола горизонтальной скважины при бурении на отложения баженовской свиты не дают достоверных результатов, поскольку горизонтальные стволы скважин необходимо провести в узком интервале целевой пачки, толщиной 2-3 м, что невозможно без наличия детальных исследований керна до начала бурения и выявления отличий пачек по элементному составу.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности проводки при бурении горизонтального ствола в целевых пачках слоистых осадочных пород, за счет точного определения положения бурового инструмента в разрезе отложений, что позволяет минимизировать риски вылета в нецелевые пачки разреза, потери ствола при обрушении неустойчивых пород, увеличить эффективность ГРП, стартовый дебит и время работы скважины.
Указанный технический результат достигается предлагаемым способом проводки горизонтального ствола скважины в целевом интервале осадочных пород на основании элементного анализа шлама включающем получение в процессе бурения данных каротажа и данных о местоположении бурового инструмента по инклинометрии, отбор шлама, выбуренного с забоя скважины и корректировку траектории проводки ствола по целевому интервалу, при этом новым является то, что перед началом бурения целевой интервал разделяют на пачки и подпачки, используя данные каротажа, макроописание керна и элементный состав пород, исследованный с шагом не более 0,3 м, далее на основании данных сейсморазведки и выделенных пачек и подпачек целевого интервала во всех скважинах месторождения методом послойного заглубления производится построение трехмерного структурного каркаса целевого интервала, и выбор планового профиля проводки горизонтального ствола скважины, таким образом, чтобы ствол прошел через интервал разреза, содержащий максимальный объем коллекторов, при этом после отбора шлама производят его отмывку от бурового раствора с последующей сушкой, затем оперативно исследуют элементный состав шлама и данные каротажа для определения принадлежности шлама к конкретной пачке разреза и по полученным данным принимают решение о необходимости корректировки траектории проводки ствола горизонтальной скважины.
Поставленный технический результат достигается за счет следующего.
Обычно проводка при бурении горизонтальных скважин осуществляется на основании данных высокотехнологичного каротажного оборудования (ГИС, LWD), передающего данные в реальном режиме времени, позволяющего определять положение долота в разрезе целевых отложений. В современных условиях при бурении на баженовскую свиту и аналогичные объекты тонкослоистых осадочных формаций использование такого оборудования зачастую невозможно. При бурении в реальном режиме времени доступны только следующие методы ГИС: ГК и инклинометрия. Разделить разрез баженовской свиты только по каротажу невозможно. Возникла необходимость разработки заявляемого способа, с помощью которого можно было бы определить положение долота в разрезе с максимальной точностью.
Предварительное разделение разреза на пачки и подпачки, проведенное на основании макроописания керна и определения элементного состава пород, исследованного с шагом не более 0,3 м, позволяют составить точную характеристику всего разреза, выявив уникальные особенности всех выделенных в нем подразделений.
Отмывка горной породы от бурового раствора позволяет провести корректное определение элементного состава пород шлама, очистив его от бурового раствора.
Оперативное определение элементного состава выбуренной горной породы позволяет получить достоверные данные о пачке разреза баженовской свиты, из которой он был отобран, что позволяет судить о текущем местоположении долота в разрезе и оперативно принимать решение о необходимой корректировке траектории бурения.
Благодаря построению детального трехмерного структурного каркаса разреза баженовской свиты, который является основой планового профиля для бурения, на основе определения пачки, в которой располагается долото, происходит оценка соответствия планового профиля и реальной геологии, а также корректировка, при необходимости, траектории бурения скважины.
С учетом сопоставления планового профиля и данных по элементному составу шлама, производят корректировку траектории проводки ствола горизонтальной скважины, обеспечивающую перемещение бурового инструмента по продуктивному пласту.
В качестве примера рассмотрен способ проводки при бурении горизонтальных стволов скважин в интервале баженовской свиты на Средне-Назымском месторождении.
Способ проводки горизонтального ствола скважины в осадочных нефтематеринских отложениях баженовской свиты, с мощностью целевого допустимого интервала бурения 2-3 м, представлен следующими графическими изображениями:
фиг. 1 - Разрез баженовской свиты расчлененный на 6 пачек и подпачки;
фиг. 2 - Пример детальной попачечной корреляции скважин 231R, 5231R, 3005 и 3006 в интервале баженовской свиты Средне-Назымского месторождения.
фиг. 3 - Структурная карта кровли баженовской свиты.
фиг. 4 - Пример планового профиля для бурения горизонтального ствола скважины 111 длиной 1500 м.
В таблице 1 представлены Граничные и средние значения содержаний элементов и их соотношений в разрезе баженовской свиты на Средне-Назымском месторождении. В таблице 2 - основные отличительные признаки пачек баженовской свиты.
Предварительно на Средне-Назымском месторождении проведено изучение 14 опорных скважин с керном и 42 скважин с каротажными данными ГИС. На фиг. 1 представлен разрез баженовской свиты, расчлененный на 6 пачек и подпачки, где цифры соответствуют номерам пачек разреза.
Пачка 1. Темно-буровато-серые силициты малоглинистые и низкоуглеродистые в тонком (2-3 - 15 см) переслаивании с радиоляритами кремнистыми (чаще) и неоднородно карбонатизированными (реже).
Интервал пачки 1 на кривых ГИС находится на спаде (снизу-вверх) значений IK, слабом подъеме ВК, здесь проявляются повышенные, по сравнению с подстилающими отложениями, значения естественной радиоактивности, отражающие повышение содержания органического углерода (Сорг). Таким образом, каротажные кривые пачки 1 отображают плавный переход от подстилающих образований к типично баженовским. Многочисленные тонкие (первые см) прослои радиоляритов находят отражение в зубчатой записи кривых ГИС. Снизу-вверх, к кровле пачки следует повышение значений NKT и плотности вплоть до отчетливого пика на кривых этих значений, что соответствует относительно мощному (до 1 м) прослою радиоляритов в кровельной части пачки. Прослой радиолярита бывает неоднородно карбонатизирован (вплоть до вторичного известняка или доломита), от чего зависит амплитуда пика по методам NKT, ВК и плотности.
Пачка 1 присутствует повсеместно, выдержана, характеризуется небольшими мощностями около 2 м.
Пачка 2 - силициты слабоглинистые углеродистые (Сорг 5-10%) с разновеликими прослоями и прослойками (0,01 -1 м) радиоляритов, редкими двустворками, аммонитами и многочисленными остатками радиолярий, рыб и теутид.
На кривых ГИС пачка 2 обладает умеренно повышенными значениями GK, ВК, минимальными IK, каверномера. Границы слоев 2а и 2b отбиваются по наиболее мощным и выдержанным прослоям радиоляритов - контрастным локальным минимумам GK и DT, максимумам NTK и плотности. Мощность пачки 2 изменчива, на изученной территории достигает 7 м.
Пачка 3 - «радиоляритовая». Представлена высококремнистыми силицитами и радиоляритами, чаще всего вторично кальцитизированными, либо доломитизированными, с тонкими (первые см до первых десятков см) прослоями более глинистых (до 20% глин) силицитов.
Данный интервал отчетливо выражен на каротажных кривых как положительная аномалия ГК (первая аномалия ГК ниже кровли первой толщи баженовского горизонта). В верхнем слое (3b) обычно развиты мощные пласты радиоляритов, в том числе вторично карбонатизированные. Слой 3b выражен на ГИС как единый уплотненный интервал (минимум GK и DT, максимум NTK и GGK). Мощность радиоляритовой пачки в среднем около 3 м.
Пачка 4 - «высокоуглеродистая» - контрастно выделяется аномально высокими содержаниями ОВ, высокой радиоактивностью, повышенной глинистостью, однородностью и выдержанностью по латерали. Верхи пачки могут быть вторично кальцитизированны. Представлена двумя слоями.
На ГИС «высокоуглеродистая» пачка отчетливо выражена крупным пиком высоких значений естественной радиоактивности, пониженных, по отношению к вмещающим породам, значений нейтронного каротажа и плотности, повышенных - акустического. В случае присутствия обильного количества мелких известковых конкреции различной формы на кривых ГИС наблюдаются интервалы контрастно плотных пород. Подошва пачки соответствует подошве верхней толщи. Кровля проходит по уплотненному интервалу, появлению слоев, насыщенных бухиями и кокколитофоридами. Мощность в среднем 3-4 м.
Пачка 5 - «кокколитофоридовая» - силициты карбонатно-глинистые высокоуглеродистые. Породы неоднородно насыщены биогенным карбонатом - остатками кокколитофорид.
На ГИС слой выражен как интервал пониженных значений GK, повышенных NKT.
Выше - на ГИС интервал с аномально высокими выдержанными значениями кривой GK. Отчетливо завышенные значения бокового каротажа коррелируются с высоким содержанием карбонатного материала и ОВ (Сорг 15-25%). Слой характеризуется наивысшими сопротивлениями в баженовском горизонте.
Пачка 6 - «пиритовая». Сложена углеродистыми глинами кремнистыми вплоть до глинистых силицитов. Породы тонко горизонтально-слоистые, интенсивно пиритизированы, бескарбонатные (редко - малокарбонатные) с постоянным присутствием остатков рыб.
«Пиритовая» пачка выделяется отчетливым понижением значений ГК по отношению к ниже- и вышележащим отложениям. Нейтронный каротаж имеет выдержанные значения. Индукционный и плотностной каротаж снизу-верх имеют плавный постепенный подъем значений.
Баженовская свита перекрывается терригенными породами фроловской свиты, нижняя часть которой представлена битуминозными глинами. Граница на каротаже уверенная - по появлению высокорадиоактивных отложений с низким сопротивлением (глины) с неровной стенкой в стволе скважины.
На имеющемся керне из опорных скважин в интервале баженовской свиты проведено определение элементного состава пород с шагом определений 3 замера на метр, составлена таблица 1 с характеристикой каждой пачки и подпачки.
На основании выделения пачек по керну и ГИС в опорных скважинах, во всех 42-х скважинах месторождения выделены пачки по каротажу. В результате детальной попачечной корреляции скважин (фиг. 2) получены следующие отбивки: 6б - кровля пачки 6б - кровля баженовской свиты; 6а - кровля пачки 6а; 5б - кровля пачки 5б; 5а - кровля пачки 5а; 4б - кровля пачки 4б; 4а - кровля пачки 4а; 3 - кровля пачки 3; 2б - кровля пачки 2б; 2а - кровля пачки 2а; 1 - кровля пачки 1; 1_bot - подошва пачки 1 - подошва баженовской свиты. На основании комплексирования данных сейсморазведки и каротажа методом послойного заглубления построен трехмерный структурный каркас баженовской свиты.
Обобщение геолого-геофизической информации по баженовской свите Средне-Назымского месторождения позволило установить наличие в ней нескольких интервалов развития коллекторов - это пачки 2, 3 и реже 5.
Изучение керна показало, что коллекторы приурочены к плотным породам, представленным:
- кремнистыми радиоляритами и вторично карбонатизированными радиоляритами с трещинно-поровым емкостным пространством, распространенным в основном в нижней части разреза - пачки 3 и 2;
- трещиноватыми пелоидно-интракластовыми известняками и ракушняками верхней части разреза - пачка 5.
В качестве целевого интервала для бурения горизонтального ствола выбраны пачки 3 и 2, которые обладают наибольшей минералогической плотностью пород, следовательно, наиболее устойчивые для бурения; в этих пачках содержится максимальный объем коллекторов баженовской свиты, что будет способствовать получению максимальных притоков нефти после проведения гидроразрыва пласта.
Плановые профиля для бурения строились на основании выбора расположения горизонтального ствола на площади и структурного каркаса. Траектория профиля закладывалась по кровле пачки 26 или ее середине с целью минимизации риска вылета в нецелевую пачку разреза (фиг. 4). Далее, следовал расчет буримости профиля стандартным методом.
На месторождении станция ГТИ, отвечающая за отбор шлама, дооснащается приборами оперативного определения элементного состава (методом XRF) шлама.
В процессе бурения отбор шлама ведется стандартным методом.
Отбор шлама начинается за 50 м от предполагаемой кровли баженовской свиты с целью посадки колонны в наиболее устойчивую целевую пачку разреза (пачка 3), разбуренная на забое порода выходит на поверхность спустя 40-60 минут посредством циркуляции бурового раствора.
По выходу шлама, с вибросит отбирается первая его проба массой 150-200 г, при этом, глубина происхождения шлама рассчитывается программным обеспечением ГТИ по стандартной методике. Последующая проба шлама отбирается с равной частотой через каждые 4 метра. За один раз отбирается только одна проба шлама.
Проба шлама доставляется с буровой в оборудованное помещение для отмывки и сушки шлама. Вначале происходит отмывка от РУО посредством дизельного топлива до схода всех составляющих РУО с частичек разбуренной породы. Затем производится контрольная промывка в неэтилированном бензине и водном растворе с ПАВ - Fairy (производитель Procter and Gamble). Отмытый шлам сушится строительным феном под вытяжкой до полного высыхания. После чего определяется элементный состав породы.
Данные по составу шлама анализируются в совокупности с петрографией шлама (таблица 1) и с гамма-каротажем, получаемым в процессе бурения. Стратиграфическая привязка пробы определяется по таблице граничных значений (таблица 1) и по построенным графикам и гистограмме, после чего выдается заключение о положении долота.
По этим данным отслеживается пройденная траектория бурового инструмента.
Сравнение положения долота, определенного по шламу, с плановым профилем позволяет, при необходимости, провести корректировку угла бурения с целью не выхода из целевой пачки разреза. Рекомендуется вести бурение в центральной части пачки 2.
К настоящему моменту пробурено 9 скважин с общей протяженностью горизонтальных стволов длинной 13500 м, стартовые дебиты нефти скважин составили 50-120 т/сут.