СПОСОБ ПЕРВИЧНОГО ВСКРЫТИЯ СЛОЖНОГО КАВЕРНОЗНО-ТРЕЩИННОГО КАРБОНАТНОГО НЕФТЕГАЗОНАСЫЩЕННОГО ПЛАСТА ГОРИЗОНТАЛЬНЫМ СТВОЛОМ БОЛЬШОЙ ПРОТЯЖЕННОСТИ
METHOD FOR INITIAL EXPOSING OF COMPLEX CAVERNOUS-FRACTURE OF CARBONATE OIL AND GAS SATURATED FORMATION WITH HORIZONTAL SHAFT OF LONG LENGTH

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к технологии строительства глубоких скважин, в частности к способам первичного вскрытия скважинами продуктивных пластов с углеводородным насыщением.
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 газонефтеводопроявления.
Известен способ вскрытия продуктивного пласта на депрессии (Патент РФ 2540701, кл. Е21В 21/14, 2013), по сути являющийся адаптированным способом (Патент РФ 2199646, кл. Е21В 21/14, 2002). В данном способе подробно описываются технические аспекты применения технологии бурения на «депрессии», такие как изменение пластового давления в процессе проводки ствола в условиях длительно разрабатываемых залежей, компенсирование давления на забое работой дросселя на устье скважины при различных технологических операциях.
3
3
3
3
Данные способы имеют один существенный недостаток, а именно: в условиях сложного карбонатного кавернозно-трещинного нефтегазонасыщенного коллектора с аномально-низким пластовым давлением применение технологии бурения «на депрессии» в чистом виде ограничено в связи с геологическими особенностями объекта. Это связано с высоким давлением насыщения нефти, практически равным пластовому давлению (пластовое давление 21,4 МПа, давление насыщения 21,2 МПа), высоким газовым фактором (до 500 м/сут), низким значением градиента поглощения, фактически равным значению коэффициента аномальности (0,091 МПа на 10 м), ограничению в допустимых значениях депрессии на пласт, зависящих от величины раскрытости трещин (от 0,3 МПа до 1,5 МПа), большие дебиты нефти (до 500-600 м/сут). Совокупность данных факторов при использовании технологии бурения «на депрессии» в чистом виде приведет к неконтролируемому газонефтепроявлению в связи с тем, что однофазный поток нефти при создании даже минимальных депрессий (от 0,3 МПа) в призабойной зоне пласта будет переходить в двухфазный. При этом количество получаемого газа может достичь 300000 м/сут и более, что сделает невозможным продолжение работ по бурению горизонтальной скважины без ликвидации газонефтепроявления, а значит и глушения скважины. Скважина также может перейти в режим фонтанирования газом в результате его прорыва через высокопроницаемые трещины (раскрытость трещин 1-10 мм и более) карбонатного коллектора. Управление величиной притока в условиях минимальных депрессий, создаваемых на пласт, становится также невыполнимой задачей, так как на практике из сложных карбонатных кавернозно-трещинных пластов получены притоки до 600 м/сут нефти при депрессиях 0,15-0,2 МПа. Существует вероятность недоведения скважины до планового забоя и, следовательно, получение существенно меньших расчетных притоков нефти и газа на расчетный срок эксплуатации.
Наиболее близким является способ для бурения и заканчивания при программируемом давлении и программируемом градиенте давления (Патент РФ 2455453, кл. Е21В 21/08, 2008). Данный способ описывает возможность совмещения технологии бурения на репрессии и депрессии путем применения уплотнения, разобщающего две зоны давления в скважине. В зоне выше уплотнения - репрессия, ниже уплотнения - депрессия.
Данный способ имеет существенный недостаток, связанный с необходимостью упрочнения ствола скважины после бурения. В горно-геологических условиях сложного кавернозно-трещинного карбонатного нефтегазонасыщенного пласта при бурении горизонтального ствола большой протяженности возможность упрочнения ствола не представляется возможной в связи со специфическими характеристиками самого пласта. Прежде всего это связано с величиной раскрытия трещин (более 1 мм) и низким значением коэффициента поглощения, практически равного коэффициенту аномальности. Эти характеристики не позволяют не только проведение упрочнения ствола, но и даже его изоляцию кольматацией различными системами вплоть до «сшивающихся» полимеров. Без упрочнения ствола управление скважиной в процессе спуско-подъемных операций и после бурения скважины становится невозможным, так как выведение всей скважины на режим репрессии будет сопровождаться поглощениями, а впоследствии и газонефтеводопроявлениями. Будет необходим комплект оборудования для технологии бурения на «депрессии». Таким образом, применение данного способа в сложном кавернозно-трещинном карбонатном нефтегазонасыщенном пласте горизонтального ствола большой протяженности может привести к необоснованным рискам в экономике предприятия и промышленной безопасности.
Задачей заявленного способа является разработка эффективного алгоритма первичного вскрытия горизонтальным стволом большой протяженности в сложных геологических условиях карбонатного кавернозно-трещинного нефтегазонасыщенного пласта с высокими значениями раскрытости трещин, когда пластовая углеводородная система характеризуется аномально-низким пластовым давлением, а давление насыщения практически равняется пластовому давлению.
Техническим результатом является технологическая и экономическая эффективность разработки залежи нефти и газа.
депрессии
репрессии
забойное
пластовое
Задача решается тем, что заявлен способ первичного вскрытия сложного кавернозно-трещинного карбонатного нефтегазонасыщенного пласта горизонтальным стволом большой протяженности, включающий использование базовых технологий бурения на «депрессии» и «репрессии», при этом определяют границы допустимых величин диапазонов «депрессии» (Δ) и «репрессии» (Δ) для кавернозно-трещинного карбонатного нефтегазонасыщенного пласта на основе горно-геологических данных, полученных при бурении и освоении предыдущих разведочных и эксплуатационных скважин; далее в процессе бурения горизонтального ствола с замкнутым контуром забойное давление (Р) в скважине поочередно сначала поддерживают ниже пластового давления (Р) в рамках заданного диапазона «депрессии», затем забойное давление увеличивают выше пластового давления в рамках заданного диапазона «репрессии», объединенный допустимый диапазон комбинированого динамического забойного давления описывается неравенством:
пластовое
репрессии
забойное
пластовое
депрессии
Р + Δ ≥ Р ≥ Р - Δ,
дроссель
регулирование забойного давления осуществляется при помощи дросселирования на устье скважины, где величина давления дросселирования (Р) в режиме «депрессии» определяется неравенством:
пластовое
забойное
дроссель
пластовое
депрессии
забойное
Р - Р ≥ Р ≥ (Р - Δ) - Р,
а в режиме «репрессии»:
пластовое
репрессии
забойное
дроссель
пластовое
забойное
(Р + Δ) - Р ≥ Р ≥ Р - Р.
То есть процесс представляет собой поочередный перевод забойного давления на ось пластового давления, либо выше, либо ниже его значений в зависимости от ситуации в скважине, горизонтальное бурение в переходном (комбинированном) режиме.
Сущность изобретения: поддержание забойных давлений в скважине в рамках заранее определенных диапазонов «депрессии» и «репрессии» по алгоритму поочередного перевода скважины в режим проявления и поглощения, позволяющего вести проводку, углубление скважины по нефтегазонасыщенному пласту в осложненных условиях. Поочередный перевод скважины из проявления в поглощение предотвращает переход скважины в неконтролируемое газонефтеводопроявление, так как за этапом притока флюида из скважины следует этап задавки флюида в скважину (в пласт). Применение технологии бурения на комбинированном динамическом забойном давлении представляет собой регулируемый замкнутый цикл циркуляции.
забойное
пластовое
забойное
пластовое
забойное
пластовое
Базовыми здесь являются технологии бурения "на депрессии", «на репрессии» и «на равновесии» (балансе). Бурение «на депрессии» представляет собой бурение с постоянным притоком пластового флюида в скважину (Р < Р). Бурение «на репрессии» представляет собой бурение с постоянным поглощением (для сложного карбонатного кавернозно-трещинноватого пласта с АНПД) бурового раствора в скважину (Р >> Р). Бурение «на равновесии» представляет собой бурение при давлениях, чуть больших или равных пластовому давлению (Р ≥ Р), сопровождающееся в вышеописанном пласте частичными поглощениями. Однако в чистом виде ни одна из представленных технологий бурения в условиях сложного карбонатного кавернозно-трещинного нефтегазонасыщенного пласта не применима в чистом виде, либо очень ограничена в своем «узком» диапазоне динамических забойных давлений применения. Так, технология бурения «на депрессии» применима в крайне узком диапазоне допустимых текущих забойных давлений ниже пластового давления.
депрессии
репрессии
3
Для одного из месторождений Юрубчено-Тохомского ареала величина допустимой депрессии на пласт варьируется в зависимости от величины раскрытости трещин. При раскрытости трещин до 1 мм - допустимая величина депрессии (разница (дельта) между забойным и пластовым давлением - Δ) составляет 1,6 МПа, при раскрытости 2-5 мм - 0,7 МПа, при раскрытости более 10 мм - 0,3 МПа. Для технологии бурения «на репрессии» и «на равновесии» для данного месторождения установлена максимальная разница (дельта) между забойным и пластовым давлением (Δ). При репрессии более 0,3 МПа выше пластового давления интенсивность поглощения становится более 12 м/час, что превышает технологический предел по возобновлению объемов бурового раствора путем его приготовления на буровой.
Таким образом, диапазон забойных давлений для описанных выше технологий можно представить неравенствами:
а) для технологий бурения «на репрессии и равновесии»
б) для технологии бурения «на депрессии»
Для повышения качества первичного вскрытия продуктивного пласта с углеводородным насыщением и обеспечения текущих показателей проходки в цикле бурения горизонтальных стволов в сложившихся геологических условиях применительно к сложному карбонатному типу коллектора и гидродинамическим условиям залежи (аномально низкие пластовые давления (АНПД), высокий газовый фактор) предлагается внедрение технологии на «комбинированном» динамическом забойном давлении с замкнутым контуром циркуляции. Заявляемый авторами способ регулируемого комбинированного динамического давления позволяет объединить в единой гидравлической программе рабочие диапазоны забойных давлений технологий «на репрессии и равновесии» и «на депрессии». Данный диапазон может быть представлен неравенством:
в) для технологии комбинированного динамического давления
Применение заявляемой технологии первичного вскрытия горизонтальным бурением с "комбинированным" регулируемым давлением с замкнутым контуром расширяет допустимый рабочий диапазон забойных давлений при первичном вскрытии сложного карбонатного кавернозно-трещинного коллектора с АНПД за счет суммирования допустимых диапазонов забойных давлений для технологий бурения «на репрессии» и «на депрессии».
дроссель
Регулирование забойного давления в скважине осуществляется за счет компенсирования давления дросселирования на выкидной линии на устье скважины. Диапазон давления дросселирования (Р) для вышеперечисленных и заявляемой технологии может быть представлен неравенствами:
а) для технологии бурения «на репрессии и равновесии»
б) для технологии бурения «на депрессии»
в) для технологии комбинированного динамического давления
Выражения в скобках характеризуют горно-геологические условия залегания нефтегазонасыщенного пласта (характеристика углеводородной системы).
забойное
дроссель
дроссель
Р находится в прямой зависимости от плотности бурового раствора в скважине. Р имеет область значений выше ноля. В связи с этим при получении значений Р ниже 0 (выход за область рабочих значений заданного диапазона) необходима корректировка забойного давления в сторону уменьшения путем снижения плотности бурового раствора (разбавление, азотирование и т.д.).
ПРИМЕР
(на основе геологических и технических данных по одному из месторождений Юрубчено-Тохомского ареала)
2
2
Рассмотрим горно-геологические условия и допустимые технологические диапазоны для выбранных условий (рифей, Юрубчено-Тохомское месторождение). Давление будет варьироваться в диапазоне от 203,34 (19,9 МПа) - 218,34 кгс/см (21,4 МПа) (для технологии бурения «на депрессии») и 218,34 (21,4 МПа) - 221 кгс/см (21,7 МПа) (для технологии бурения «на репрессии») (см. рис. 1). Верхняя граница обозначает максимальную приемлемую интенсивность поглощения (взята из фактических данных бурения скважин на Юрубчено-Тохомском месторождении). Нижняя граница описывает максимально возможную депрессию на пласт и зависит от проницаемости трещинных систем карбонатного пласта.
2
2
2
Технология бурения на репрессии позволяет бурить горизонтальный ствол только в диапазоне от 218,34 кгс/см (21,4 МПа) до 221 кгс/см (21,7 МПа) (без учета требований правил безопасности нефтяной и газовой промышленности, с применением вращающегося превентора). А технология бурения на депрессии позволяет бурить, то есть вести углубление скважины с возвратом бурового раствора по циркуляции, только в диапазоне 203,34 (19,9 МПа) - 218,34 кгс/см (21,4 МПа). При объединении этих технологий в одну диапазон допустимых забойных давлений при бурении расширяется более чем в два раза, тем самым расширяя технологические возможности предлагаемой технологии бурения с комбинированным динамическим забойным давлением.
2
2
Учитывая исследования (Кашников Ю.А., Гладышев С.В., Разяпов Р.К., Конторович А.А., Красильникова Н.Б. Гидродинамическое моделирование первоочередного участка разработки Юрубчено-Тохомского месторождения с учетом геомеханического эффекта смыкания трещин. / Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений, №4, 2011. C 104-107), определена максимально жесткая граница депрессии на пласт (нижняя граница для раскрытости трещин более 10 мм) - она составляет 3 кгс/см (0,3 МПа) (то есть не ниже 215,34 кгс/см (21,1 МПа)).
3
2
2
По фактическим данным, полученным при бурении, определена верхняя граница приемлемой интенсивности поглощения (12 м/час), увязанной нами с технической и технологической возможностью приготовления бурового раствора и пополнения объема циркуляции - она составляет 3 кгс/см (0,3 МПа) (то есть не выше 221 кгс/см (21,7 МПа)).
2
3
2
3
Суть самой технологии первичного вскрытия горизонтальным бурением в условиях замкнутого закрытого контура "с комбинированным" регулируемым давлением можно также описать на графике совмещенных давлений (см. рис. 1). Из графика видно, что временные циклы, промежутки бурения на депрессии чередуются с промежутками бурения на репрессии. При этом промежутки бурения на депрессии будут короче в связи с тем, что расчетный дебит скважины при забойном давлении 215 кгс/см (21,1 МПа) будет равняться 15-25 м/час. При этом интенсивность поглощения при забойном давлении 221 кгс/см (21,7 МПа) не превышает 12 м/час.
Заявленный способ требует плавного включения насосов и одновременного снижения давления на дросселе. Также при остановках - плавно снижая расход промывочной жидкости на насосах, плавно поднимается давление на дросселе. При резком включении и отключении насосов возможно формирование газовых пузырей на забое скважины, негативное импульсное воздействие на трещины призабойной зоны пласта.
Все оборудование подбирается, исходя из фактических горно-геологических условий в скважине, и составляет стандартный комплект оборудования для технологии бурения «на депрессии».
В 2012-2013 гг. на месторождении испытана обоснованная авторами технология горизонтального бурения с комбинированной технологией, с контролем забойного давления при вскрытии продуктивного карбонатного коллектора. Заявляемые результаты при бурении с данной технологией были достигнуты. На рис. 2 показан анализ первичного вскрытия сложного трещиноватого карбонатного коллектора рифея с применением технологии комбинированного регулируемого давления, Юрубченская залежь. Также изображено сопоставление текущих результатов первичного вскрытия горизонтального участка 1000 м в нефтедобывающей скважине (полная циркуляция, проявление, поглощение бурового раствора) и участков активной трещиноватости по данным комплекса ГИС. Синий цвет - поглощение; красный - проявление. Подтвердился тот факт, что при бурении карбонатного кавернозно-трещинного коллектора равновесные условия в открытом горизонтальном стволе скважины создать невозможно. То есть бурение на «равновесии» также ограничено в силу специфических свойств сложного кавернозно-трещинного карбонатного нефтегазонасыщенного пласта.