СПОСОБ РАННЕГО ОБНАРУЖЕНИЯ ГАЗОПРОЯВЛЕНИЙ ПРИ БУРЕНИИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СТВОЛОВ В УСЛОВИЯХ СИЛЬНОТРЕЩИНОВАТОГО КАВЕРНОЗНОГО КАРБОНАТНОГО КОЛЛЕКТОРА
METHOD OF EARLY GAS INGRESS DETECTION IN HORIZONTAL WELLBORE DRILLING IN BROKEN-DOWN CAVERNOUS CARBONATE RESERVOIRS

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к технологии строительства глубоких скважин, добычи нефти и газа, в частности к способам раннего обнаружения газопроявлений при бурении горизонтальных стволов.
Основной проблемой первичного вскрытия горизонтальным бурением карбонатных пластов с кавернозно-трещинным типом коллектора является крайне высокая проницаемость трещинной системы и крайне малый диапазон предельно допустимых давлений начала поглощения и начала проявления (или их градиентов). На практике это выражается резким переходом циркуляционной системы (пласт - скважина) из состояния поглощения бурового раствора в состояние газопроявления.
Способ включает раннее определение начала газопроявления с помощью фиксирования данных по увеличению забойного давления. Данный нестандартный признак характерен для бурения горизонтальных стволов в условиях высокого давления насыщения газом нефти, высокого газового фактора в пластовой нефти либо газового насыщения пласта.
Наиболее близким способом раннего определения газопроявлений является способ, основывающийся на прямых и косвенных признаках обнаружения газопроявлений [SU 1461890 А1, 1989 г. Среднеазиатский Научно-Исследовательский Институт Природного Газа. Способ раннего обнаружения газопроявления при бурении скважин (Прототип)]. Данные признаки включают в себя общеизвестные прямые признаки (увеличение объемов бурового раствора в приемных емкостях, увеличение газового фактора, перелив из скважины при остановке циркуляции т.д.) и косвенные (увеличение механической скорости, падение давления на стояке (на насосах) и т.д.). Падение забойного давления также является по прототипу косвенным признаком газопроявлений.
Недостатком данного способа является невозможность раннего обнаружения газопроявлений при бурении горизонтальных стволов в условиях частичных и полных поглощений бурового раствора. Вышеперечисленные признаки начинают проявлять себя, в основном, при выходе пачек газа из горизонтального участка в вертикальный. При этом невозможно провести комплекс предупреждающих мер. Необходимо проведение длительных мероприятий по ликвидации газопроявлений, что ведет к увеличению сроков строительства и стоимости скважин.
Задачей предлагаемого изобретения является раннее определение поступления газа из пласта в горизонтальный ствол скважины с целью немедленного проведения мероприятий по ликвидации газопроявления.
Технический результат - сокращение затрат времени и материалов при строительстве скважины, повышение техники безопасности.
Технический результат достигается предлагаемым способом раннего обнаружения газопроявлений при бурении горизонтальных стволов в условиях сильнотрещиноватого кавернозного карбонатного коллектора, характеризующимся тем, что устанавливают в межтрубном пространстве скважины датчик забойного давления, осуществляют наблюдение за забойным давлением в условиях полного поглощения бурового раствора, при увеличении забойного давления более чем на 0,5 МПа устанавливают событие начала выхода газа из пласта в горизонтальный ствол.
При бурении скважин в интервале горизонтального ствола в условиях полного поглощения первым признаком газопроявлений (поступления газовой пачки в горизонтальный ствол) является увеличение забойного давления (согласно показаниям датчика забойного давления). Начало падения забойного давления свидетельствует о выходе газовой пачки в наклонную часть ствола.
Меры по предотвращению газопроявлений необходимо начинать незамедлительно после повышения забойного давления. При ликвидации газопроявлений в условиях полного или частичного поглощения бурового раствора необходимо производить закачку бурового раствора в затрубное пространство на поглощение для оттеснения газа (от 2-4 и более объемов циркуляции затрубного пространства до снижения давления на насосах до рабочих значений при бурении с полным поглощением).
Повышение забойного давления при поступлении газовой пачки в горизонтальный ствол поглощающей скважины обуславливается увеличением пластической вязкости и динамического напряжения сдвига (при движении и смешении бурового раствора и пластового газа).
При бурении скважин в условиях полного поглощения в сильнотрещиноватых карбонатных коллекторах (например, рифей) в целях предупреждения проявлений необходимо вести непрерывный долив скважины буровым раствором в затрубное пространство (3-4 л/с).
ПРИМЕР
В качестве примера рассмотрим процесс бурения эксплуатационных скважин с горизонтальным окончанием по сильнотрещиноватым кавернозным карбонатным коллекторам рифея. Бурение горизонтальных стволов по данным коллекторам практически всегда характеризуется частичным, а чаще полным поглощением бурового раствора. При бурении с полным поглощением динамический уровень бурового раствора устанавливается ниже устья скважины. Замеренные величины динамического уровня при бурении горизонтальных участков эксплуатационных скважин находятся на отметках ниже отметок статических уровней, когда скважина находится на равновесии (величина пластового давления равна величине гидростатического давления бурового раствора). То есть при бурении с полным поглощением гидростатическое давление столба бурового раствора по затрубному пространству (между бурильной колонной и стекой скважины/обсадной колонны) меньше пластового давления. Этот факт объясняется «эффектом» инерции при проведении бурения с полным поглощением бурового раствора. В таких условиях при остановке процесса бурения наступают все условия для поступления пластового флюида в ствол скважины (в данном случае попутного растворенного газа) и возникновения газопроявлений.
Гидродинамическая система «скважина - пласт» при бурении горизонтального ствола по технологии бурения с регулируемым давлением в данных горно-геологических условиях не может находиться в равновесии (рис. 1). Начиная с определенной длины вскрытого бурением горизонтального участка, скважина поглощает и проявляет одновременно.
3
Рассмотрим фактические данные, полученные со скважин, на которых возникали газопроявления. На одной из скважин, пробуренных по газовой части рифея, с 25 метра горизонтального ствола наблюдалось частичное поглощение бурового раствора интенсивностью от 15 до 20 м/ч, а с 65 метра - полное поглощение бурового раствора без выхода циркуляции (рис. 2). Были предприняты попытки ликвидации поглощения путем закачки кольматационных пачек. Со 115 метра было продолжено бурение на поглощение.
3
3
После бурения (34 мин - 3,5 м проходки) на скважине велось приготовление бурового раствора. В этот момент осуществлялся периодический долив скважины буровым раствором в затрубное пространство для поддержания значений гидростатического давления выше пластового (долив осуществлялся порционно, выхода бурового раствора по затрубу не фиксировалось вследствие полного поглощения). Далее бурение было продолжено (17 м проходки). Далее было зафиксировано проявление (перелив бурового раствора). По затрубному пространству было прокачено 47 м на поглощение при закрытом превенторе, при этом объем затрубного пространства скважины составлял около 30 м. Все это время датчик фиксировал значения давлений на забое скважины в затрубном пространстве. После непродолжительного подъема было зафиксировано проявление (перелив бурового раствора).
3
3
На рис. 2 видно, что последние 20,5 м проходки по горизонтальному стволу можно разделить на два участка. Первый участок - это начальные 5 м, где значения эквивалентной циркуляционной плотности (ЭЦП) варьировались возле отметки 1,01-1,02 г/см, и второй участок - 15,5 м, где значения ЭЦП резко повысились и находились на отметке 1,08-1,09 г/см, при этом полное поглощение при бурении продолжалось. Данное повышение, по мнению авторов, вызвано поступлением газовой пачки в ствол скважины и его движением в интервале горизонтального ствола по направлению к устью. Дело в том, что при поступлении газовой пачки в ствол скважины плотность смеси бурового раствора (либо составного столба) падает, а пластическая вязкость и динамическое напряжение сдвига растет. Данный факт и характеризует увеличение давления в затрубном пространстве при полном поглощении бурового раствора. При этом даже после задавки полутора объемов циркуляции бурового раствора по затрубному пространству на поглощение значения ЭЦП не изменились. Это значило, что газ из ствола скважины не задавлен обратно в пласт и продолжает свою миграцию по стволу к устью скважины. Работы по задавке бурового раствора необходимо было продолжить.
Таким образом, при наличии датчика забойного давления в компоновке бурильного инструмента возможно определение момента поступления пачек газа в ствол скважины.
Давление на насосах также можно считать показателем изменения забойных давлений, в том числе забойного давления при неизменных режимах и условиях закачки и отсутствии неисправности оборудования.
При раннем обнаружении газопроявлений проводят комплекс мероприятий по ликвидации газопроявления путем закачки на поглощение бурового раствора по затрубному пространству скважины