Россия
Россия
Россия
Рассматривается проблема устарелости и неактуальности стандартной классификации буровых скважин по целевому назначению и новая интерпретация данной классификации в рамках современной дей-ствительности. Отмечено, что поиск новых путей получения информации при проведении геолого-разведочных работ приводит к пониманию, что бурение некоторых видов скважин уже совершенно нецелесообразно. В нынешней обстановке должны быть реализованы проекты, которые, с одной стороны, обеспечат решение поставленных геологических задач, с другой стороны, минимизируют затраты на бурения скважин, снизят промышленные и экологические риски, при безусловном получении всего набора требуемой геологической информации. Комплекс работ, применяемый на акваториях внутренних морей, с целью поиска, разведки и разработки месторождений нефти и газа, может стать примером рациональной экономии денежных средств и эффективности сбора геологических данных. В настоящее время доля крупных структурных залежей простого строения совершенно незначительна, а перспективных нефтегазоносных площадей на суше практически не осталось. Текущие реалии таковы, что геолого-разведочные работы проникают в глубокие горизонты земной коры со сложной геологической структурой и охватывают нефтегазоносные регионы, расположенные в труднодоступных и отдаленных частях суши. Реализуемый на море комплекс вполне может быть применим для таких участков и позволит успешно компенсировать анахроничные буровые методы.
бурение, Каспийское море, инженерно-геологические изыскания, гидродинамический каротаж и опробования пластов, сейсморазведка 3D, горизонтальная скважина, ГИС-бурение
Введение
За последние 20 лет средние российские запасы новых нефтяных и газовых месторождений уменьшились в 4 раза, доля крупных месторождений среди вновь открытых снизилась с 15 до 10 %, значительно ухудшились коллекторские свойства продуктивных горизонтов и качественный состав насыщающих их флюидов. В большинстве регионов ресурсы нефти и газа до глубины 2 500–3 000 м уже разведаны, многие из них давно эксплуатируются. Ввиду этого применение традиционных буровых методов в процессах поиска, разведки и разработки месторождений углеводородного сырья теряет свою значимость и продуктивность. Новейшие достижения в технике и технологии бурения, высокоэффективные технические и технологические решения – ключ к преодолению проблем в сфере поиска и к добыче нефти и газа.
Целью работы является рассмотрение комплекса буровых работ, применяемого в морских условиях, который направлен на усиление точности и детальности получаемых геологических сведений, повышение безопасности буровых работ и оптимизацию капиталовложений.
Буровые методы старого образца
Базовым способом геологического изучения и разработки новых регионов нефти и газа является применение буровых методов. Скважины подземные – это горные выработки цилиндрического сечения длиной, намного превышающей диаметр. Существуют многочисленные разновидности скважин, отличающиеся по решаемым задачам, глубинам, направлениям, разрушающему инструменту и многим другим характеристикам. Разведка бурением требует рабочей силы, энергии и оборудования. Разнообразные буровые работы – самые дорогостоящие и времяемкие в комплексе нефтегазогеологических исследований [1].
Буровые скважины делятся по своему назначению на опорные, параметрические, структурные, поисковые, разведочные, эксплуатационные, специальные и технические (табл. 1).
Таблица 1
Table 1
Классификация скважин и их характеристика
Classification of wells and their characteristics
|
Вид буровых скважин |
Назначение |
Характеристика |
|
Опорные |
Изучение литолого-стратиграфических характеристик разреза и перспектив нефтегазоносности до фундамента или на максимально возможную глубину |
Закладывается на участках максимально полного разреза. Работы ведутся с максимально возможным отбором керна и шлама и полным комплексом ГИС и опробованием перспективных на нефть |
Окончание табл. 1
Ending of table 1
|
Вид буровых скважин |
Назначение |
Характеристика |
|
Параметрические |
Изучение литолого-стратиграфических характеристик разреза нефтегазоперспективных зон или ранее невскрытых частей разреза, взаимоотношений стратиграфических комплексов, изучение геофизических параметров разреза, его гидрогеологических, термобарических характеристик, оценка перспектив нефтегазоносности |
Закладываются в точках предположительно максимально информативных для выявления локальных структур, или профилями. Данные увязываются с региональными геофизическими работами. Бурятся с максимально возможным отбором керна и шлама в перспективных частях разреза, полным комплексом геофизических исследований. Бурятся до фундамента или на технически доступную часть разреза (реально – потенциально нефтегазоносную часть разреза) |
|
Структурные |
Построение структурной карты. Выявление и детализация строения перспективных объектов, прослеживание тектонических нарушений и т. д. |
Закладываются по сетке на перспективных структурах. Неглубокие и многочисленные скважины, бурятся до определенного маркирующего горизонта, дают косвенные данные о структуре. Отбор керна и шлама только по достижении проектного горизонта |
|
Поисковые |
Выявление новых промышленных месторождений, залежей в обособленных блоках и частях разреза |
Закладываются в точке с максимальной вероятностью обнаружения залежи. Проводится поинтервальный отбор керна по части разреза, не изученному бурением и сплошной отбор в предполагаемых продуктивных интервалах. Проводится полный комплекс промыслово-геологических исследований, отбор шлама, опробование пластоиспытателем в процессе бурения |
|
Разведочные |
Оценка запасов по промышленным категориям и сбор данных для составления проекта разработки |
Бурятся на площадях с установленной нефтегазоносностью, в точках, предположительно максимально информативных для характеристики залежи. Отбор керна в интервалах залегания продуктивных горизонтов, промыслово-геофизические исследования, опробование в процессе бурения пластоиспытателями и испытание продуктивных горизонтов после окончания бурения, пробная эксплуатация |
|
Эксплуатационные |
Опытно-промышленная эксплуатация разведываемых залежей, доразведка разрабатываемых объектов, скважины, предназначенные для обеспечения оптимальных режимов эксплуатации и контроля за разработкой |
Бурятся для разработки месторождения, иногда используются уже существующие разведочные скважины |
|
Специальные |
Обеспечение процесса разработки и ее контроля |
Нагнетательные, наблюдательные и т. д. По возможности для специальных целей используются уже пробуренные скважины |
|
Технические |
Обеспечение жизнедеятельности месторождения |
Скважины, поставляющие воду, служащие для захоронения отходов и т. д. |
В современных условиях бурение скважин, в соответствии с вышеприведенной классификацией, уже не реализуется. Запасы легкой нефти и газа ежегодно сокращаются, ускоренными темпами растут объемы трудноизвлекаемых запасов, в связи с чем коэффициент извлечения продукции месторождений значительно падает и процесс добычи становится нерентабельным [2]. Эта негативная динамика требует изменения сложившихся методов поиска, разведки и разработки месторождений с учетом обеспечения технологической и экологической безопасности и новых требований по эффективности.
Комплекс работ, выполняемых на морском шельфе, в суровых природно-климатических условиях с соблюдением ледового режима позволяет получить детальные данные о строении недр в пределах исследуемого лицензионного участка, повысить вероятность правильной оценки нефтегазоносного потенциала, создать с большой точностью геологические, геомеханические и гидродинамические модели изучаемых участков, продуктивно осваивать и разрабатывать нефтяные и газовые объекты. Программа работ по геологоразведке и разработке в морской акватории проводится в строгом соответствии с требованиями природоохранного законодательства Российской Федерации с выполнением всех норм экологической и промышленной безопасности. В рамках программы исследований на постоянной основе также производится тщательный мониторинг за морской флорой и фауной. Такой подход аналогичен для всех современных оффшорных проектов, поэтому его можно эффективно применить для стимулирования геологоразведки и разработки запасов углеводородов на сухопутных территориях, отличающихся сравнительно неблагоприятными природными условиями и удаленным географическим положением. На примере шельфовых месторождений, расположенных в акватории Каспийского моря, можно сформировать новую классификацию технологий и методов, которые заменят неактуальные виды буровых скважин.
Актуальность опорных и параметрических скважин и потребность в структурном бурении
На текущий момент региональная стадия геологического изучения недр практически завершена. Крупные региональные структуры и значимые геологические зоны с промышленной нефтегазоносностью уже полностью охарактеризованы с применением опорных и параметрических скважин. Данные скважины бурились за счет бюджетных средств с целью поднятия инвестиционной привлекательности участков, т. к. нефтегазовые компании, как правило, берут лицензии по таким территориям намного охотнее. Материалы по результатам бурения общедоступны: они сдаются в фонды – недропользователь может прийти и взять кусочек керна на исследование [3]. Исходя из его анализа, решить, брать ему сопредельные участки или нет, насколько там хорошие перспективы. Кроме того, в современных реалиях вблизи исследуемой площади всегда имеется ряд скважин, изучение результатов бурения которых позволяет их использовать как опорные и параметрические. Поэтому бурение скважин с таким назначением не производится, в т. ч. и в силу высоких затрат на реализацию таких проектов.
Структурное бурение тоже редкость в современных условиях, но в ряде районов иногда используется для выявления и подготовки к поисковому бурению перспективных площадей, например, на Центрально-Астраханском газоконденсатном месторождении. Месторождение находится в центральной части Астраханского свода на территории Астраханской области, в междуречье Волги и Ахтубы, в 60 км к северу от областного центра города Астрахани. Астраханский свод – это крупный тектонический элемент юго-западной части Прикаспийской впадины, расположенный между Сарпинским (на северо-западе), Заволжском (на востоке) прогибами и Каракульско-Смушковской зоной поднятий на юге. В осадочном чехле Астраханского свода выделяется 2 крупных структурных этажа (мегакомплекса): подсолевой и надсолевой, разделенные соленосной толщей кунгура. На месторождении были пробурены четыре структурные скважины с целью снижения риска и роста эффективности проводки разведочных скважин, за счет повышения обоснованности и точности прогноза кровли кунгурской соли [4]. Как наглядный пример результативности структурного бурения, можно рассмотреть одну из пробуренных структурных скважин на данном месторождении.
Скважина № 5 Структурная была заложена для уточнения строения отложений надсолевого комплекса и проверки положений опорных горизонтов. Скважина вскрыла солевые отложения иреньского горизонта кунгурского яруса на глубине 1 500 м. В связи со вскрытием проектных отложений иреньского горизонта скважина остановлена бурением на глубине 1 500 м (табл. 2), при проектном забое – 2 000 м.
Таблица 2
Table 2
Конструкция скважины
Well design
|
Колонна |
Диаметр, мм |
Проектная |
Фактическая |
Высота подъема |
|
Направление |
324 |
50 |
53,5 |
До устья |
|
Кондуктор |
245 |
640 |
638 |
|
|
Открытый ствол |
215,9 |
2 000 |
1 500 |
– |
Комплекс геофизических исследований (ГИС), геолого-технологических исследований (ГТИ) выполнен в объеме:
– газовый каротаж в интервале 0–1 500 м (через 1 м);
– отбор шлама в интервале 10–1 500 м (через 10 м).
Заключительный комплекс ГИС, ГТИ выполнен в полном объеме при забое 1 500 м (табл. 3).
Таблица 3
Table 3
Выполненный объем геофизических исследований в скважине № 5 Структурная
Completed volume of geophysical studies in well No. 5 Structural
|
№ п/п |
Интервал, м |
Метод ГИС |
|
1 |
54–640 |
Боковой каротаж; диаметр скважины; гамма-гамма каротаж + гамма-каротаж |
|
54–640 |
Стандартный каротаж |
|
|
5–640 |
Нейтрон-нейтронный каротаж + гамма-каротаж |
|
|
0–640 |
Инклинометр |
|
|
54–640 |
Акустический каротаж |
|
|
54–640 |
Резистивиметр |
|
|
2 |
638–1 500 |
Стандартный каротаж; боковой каротаж; акустический каротаж; |
|
0–638 |
Акустический каротаж цемента |
|
|
3 |
0–1 500 |
Акустический каротаж широкополостный; вертикальное сейсмопрофилирование; гамма-гамма каротаж-плотностной |
Заключение по ГИС:
1) обработка профилеметрии выполнена в интервале 639–1 491 м: коэффициент кавернозности – 1,37;
2) глубина забоя по данным ГИС отмечается на глубине 1 490 м;
3) максимальный угол отклонения скважины от вертикали составляет 7,3 градуса на глубине 1 490 м;
4) температура на забое – 49 °С.
В связи со вскрытием проектного горизонта – солевых отложений иреньского горизонта кунгурского яруса и завершением ГИС и ВСП было принято решение ликвидировать скважину по 1 категории, пункт «а», как выполнившую свое назначение. На скважине № 5 Структурная Центрально-Астраханской площади была произведена установка изоляционного моста в интервале 590–660 м, 1 380–1 500 м.
В условиях морского шельфа проведение структурного бурения является дорогим мероприятием. На море и на шельфе применяются альтернативные методики изучения геологического разреза в виде инженерно-геологических изысканий, которые позволяют решать широкий спектр задач. Примером может стать работы, провиденные на площадке № 8 структуры «Ракушечная» в Каспийском море. Изыскания включали стандартный комплекс инженерно-гидрографических, инженерно-геофизических и геотехнических работ, обеспечивающих изучение глубин моря, поверхности дна, геологического строения грунтовой толщи, состава и физико-механических свойств грунтов: промер глубин, двухчастотное сейсмоакустическое профилирование, статическое зондирование, опробование донных грунтов, сейсмическое микрорайонирование площади работ. На основе анализа материалов, полученных в ходе изысканий, была назначена точка заложения поисково-разведочной скважины № 8 Ракушечная и курс постановки самоподъемной буровой установки «Астра», что обеспечило безопасность ее эксплуатации при бурении скважины.
Реализация поисково-разведочных работ
Поисковое бурение активно применяется для поиска новых перспективных объектов, но интенсивно используются новые методы исследования
в поисковых скважинах, например, гидродинамический каротаж и опробования пластов (ГДК-ОПК) для детальной оценки свойств различных типов коллекторов и пластовых флюидов.
Для решения поставленных задач в поисково-оценочной скважине на шельфе Каспийского моря был опробован модульный пластоиспытатель Reservoir Characterization Instrument (RCI) [5].
Цель исследований прибором RCI:
– измерение пластового давления, построение градиентов пластового давления (рис. 1);
– оценка подвижности пластового флюида (рис. 2);
– оценка флюидонасыщения, отбор репрезентативных проб пластового флюида;
– определение контакта флюидов.
Рис. 1. Градиент давления по результатам ГДК в поисково-оценочной скважине
Fig. 1. Pressure gradient based on the results of the GDK in the exploration and evaluation well
Рис. 2. Профиль подвижности по результатам ГДК в поисково-оценочной скважине
Fig. 2. Mobility profile based on the results of the GDK in the exploration and evaluation well
Анализ данных, полученных со скважины, был проведен в программном обеспечении «Анализатор испытаний на каротажном кабеле». Эта программа основана на методе «Анализ дебита пласта», который одновременно рассчитывает пластовое давление, подвижность и сжимаемость флюида. Для контроля качества измерения производилось комбинирование стадий падения и восстановления давления с одновременным расчетом данных замеров, которые подтверждали, что измеряемое давление действительно пластовое. Степень достоверности данных выражалась коэффициентом корреляции. В итоге, основываясь на измеренных пластовых давлениях, были определены значения градиентов давлений, которые соответствовали определенному типу флюидонасыщения (табл. 4).
Таблица 4
Table 4
Интерпретация записи пластовых давлений
Interpretation of reservoir pressure recording
|
Пласт |
Интервал глубин |
Определенный тип флюида |
Градиент |
Плотность флюида, г/см3 |
Количество точек для построения градиента / коэффициент |
|
К1al |
1 265–1 318,5 |
Газ |
0,0105 |
0,11 |
5 / 0,97 |
|
К1a |
1 340–1 366 |
Нефть |
0,0409 |
0,42 |
5 / 0,95 |
|
К1a |
1 370–1 390,8 |
Вода |
0,1148 |
1,15 |
6 / 0,99 |
|
K1nc |
1 444–1 466,2 |
Нефть |
0,068 |
0,7 |
9 / 1 |
|
K1nc |
1 467,5–1 490,6 |
Вода |
0,1003 |
1,04 |
11 / 1 |
|
J2 |
1 566–1 644 |
Вода |
0,1014 |
1,05 |
6 / 1 |
В последнее время в качестве подготовки объектов к поисковому бурению применяется сейсморазведка 3D, что отличается от ранее принятых подходов [6]. Сейсморазведка 3D предоставляет существенно большие возможности по созданию детальных моделей строения залежей различного типа, нежели чем сейсморазведка 2D.
Морские сейсморазведочные работы методом общей глубинной точки (МОГТ) 3D были проведены на поисковой площади, расположенной в акватории Каспийского моря. Технология работ заключалась в применение двухкомпонентного приемного датчика GH-203 на донном геофизическом кабеле, группы из 15 пневматических излучателей SLEEVE GUN и кабельной телеметрической системы сбора сейсмической информации ARAM ARIES II. Была использована ортогональная система наблюдений, расположение взрывных и приемных линий – взаимно перпендикулярное. Расстояние между линиями приема составляло 300 м, между линиями возбуждения – 150 м. В результате работ был получен первичный сейсмический материал высокого качества в объеме 475 км2, обеспечивающий решение следующих задач: детальное изучение геологического строения, построение структурных карт по опорным и целевым отражающим горизонтам,
а также карт эффективных и нетенасыщенных толщин (рис. 3).
Рис. 3 Временной разрез через структуру поисковой площади в акватории Каспия
Fig. 3. Time section through the structure of the search area in the Caspian Sea
Таким образом, использование сейсморазведки 3D с применением современных технологий обработки и интерпретации данных при изучении залежей в сложно построенных ловушках на большой глубине позволяет не только уточнить их строение, но и расширяет возможности по картированию ловушек различных типов.
Разведочное и эксплуатационное бурение на нефть и газ является завершающим этапом исследовательского, поискового, разведочного и эксплуатационного циклов. Бурение разведочных скважин призвано максимально детализировать и приблизить к реальности обобщенную картину, дополняя ограниченные исходные данные, в связи с этим данный вид бурения активно используется в настоящее время. При разведочном бурении также применяется ГДК-ОПК, поэтому при наличии в пределах месторождения углеводородов скважин, на которых необходимо провести испытания в колонне, результаты ГДК-ОПК можно успешно использовать с целью их замены [7]. Это не приведет к снижению информативности исследований, но существенно сократит затраты за счет отмены спуска колонны и проведения дорогостоящих испытаний.
Эксплуатационное бурение на шельфе
Эксплуатационное бурение направлено на непосредственное извлечение углеводородов, и одной скважиной в таком случае не обойтись. Строительство и обустройство площадки для каждой скважины – дело не только трудоемкое, но и затратное. Наибольшее распространение сегодня получил метод наклонно-направленного или горизонтального бурения с одной площадки [8]. В этом случае ствол скважины отклоняется от устья. Отклонение может достигать нескольких километров. Горизонтальная или наклонно-направленная скважина, проходя через пласт, имеет наибольшую площадь соприкосновения с нефтеносными породами.
Создание новых технологий и техники для бурения горизонтальных скважин позволяет широко использовать такие скважины при освоении низкопродуктивных, маломощных и шельфовых нефтяных и газовых месторождений. Разработка месторождений, расположенных на шельфе, имеющих небольшую толщину и низкие фильтрационные свойства, с использованием вертикальных скважин в большинстве случаев становится нерентабельной из-за высокой себестоимости добычи нефти и газа и низкой продуктивности скважин. Конструктивные особенности горизонтальных скважин в отличие от вертикальных позволяют получить более высокие дебиты.
На шельфовых месторождениях Каспийского моря накоплен немалый опыт применения горизонтальных скважин, в т. ч. разветвленно-горизонтальных, многоствольных и т. п. [9]. На морском месторождении им. Ю. Корчагина с 2010 г. пробурены и эксплуатируются горизонтальные (в т. ч. сверхдлинные, более 8 км) скважины для разработки не столь мощного неокомско-волжского нефтяного пласта с обширной газовой шапкой и с 2019 г. среднеюрской залежи, которая является менее мощной по начальным нефтенасыщенным толщинам. На месторождении им. В. Филановского с 2016 г. разрабатывается западная неокомская залежь, и в 2019 г. начаты опытно-промышленные работы на аптской залежи. На начало 2022 г. западная неокомская залежь эксплуатируется 19 горизонтальными добывающими скважинами.
Для проведения исследований во время строительства эксплуатационных скважин на море применяют технологии ГИС-бурения (LWD), которые позволяют:
– контролировать пространственное положение скважины относительно геологических объектов;
– определять качественные и количественные характеристики пласта с целью бурения по наиболее эффективной части коллектора (пласта);
– получить наиболее объективные данные для оценки свойств пласта за счет минимизации времени от вскрытия пласта до ГИС вследствие того, что фильтрат не успевает насытить прискважинную зону;
– отказаться от проведения окончательного каротажа на кабеле или на буровом инструменте, что существенно снижает затраты недропользователей за счет уменьшения срока строительства скважины.
Когда буровики и геологи получают данные ГИС-бурения в онлайн-режиме, они имеют возможность мгновенно принимать решения [10]. При этом не только сокращается непроизводительное время, но и технология строительства скважин для конкретного месторождения развивается более динамично. Технологии ГИС-бурения были эффективно применены при бурении эксплуатационных скважин на месторождениях им. Ю. Корчагина и В. Филановского, расположенных в Каспийском море (рис. 4).
Рис. 4. Технология проведения ГИС на эксплуатационных скважинах:
АКЦ – акустический каротаж цементирования; ОК – обсадная колонна; СПО – спуско-подъемная операция
Fig. 4. GIS technology at production wells:
ALC – acoustic logging of cementing; CS – casing string; DLO – descent and lifting operation
Остальные типы скважин, такие как специальные и технические, бурятся по мере необходимости. Конструкции таких скважин требуют меньших трудовых и финансовых затрат. Здесь не действуют какие-то специфичные или особенные подходы, которые необходимо было бы рассмотреть в особых рамках.
Заключение
Типовая классификация буровых скважин по целевому назначению существует и применяется. Однако, с учетом новой реальности, которая есть
в нефтегазовом секторе, данная классификация модифицируется, и формируется новый алгоритм целеполагания, исходя из вышеперечисленных факторов. Благодаря новым методам и инновациям (бурение скважин на шельфе, сейсмические исследования и их визуализация, система измерений во время бурения (MWD), бурение горизонтальных скважин) буровые методы, как неотъемлемая часть геолого-разведочных работ, развиваются стремительными темпами. С развитием технологий в деле бурения скважин растет добыча нефти и газа, увеличивается ее эффективность, вводятся в эксплуатацию остаточные запасы, облегчается и удешевляется сам процесс поиска и разведки нефтяных и газовых залежей, обеспечивается экологическая безопасность.
1. Хайн Норман Дж. Геология, разведка, бурение и добыча нефти. М.: Олимп-Бизнес, 2019. 746 с.
2. Назарова Ю. А., Лышко А. А., Горюнов И. О. Со-временное состояние и перспективы развития нефтегазовой отрасли в контексте обеспечения экономической безопасности // Вестн. РГГУ. Сер.: Экономика. Управление. Право. 2022. № 3. С. 75-87.
3. Ехлаков Ю. А., Угрюмое А. Н. Параметрическое бурение скважин в России, некоторые уроки и предложения // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. 2009. № 11. С. 40-46.
4. Алексеев А. Г., Андреев Л. А. Оптимальный комплекс геолого-геофизических исследований на структурных скважинах с целью повышения эффективности геологоразведочных работ в условиях соляно-купольной тектоники // Геология, география и глобальная энергия. 2014. № 3 (54). С. 25-28.
5. Каталог услуг ГИС. Baker Hughes. 2017. C. 3-10.
6. Веселов Н. А., Киреев Е. В., Алексеев А. Г. Оценка контроля качества сейсмических материалов при проведении сейсморазведки на лицензионных участках ООО «ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефть» с целью повышения их качества при проведении аналогичных работ на других объектах // Астрахан. вестн. эколог. образования. 2021. № 5 (65). С. 11-17.
7. Комаров С. Г. Геофизические методы исследования нефтяных скважин. М.: Гос. науч.-техн. изд-во нефт. и гор.-топлив. лит-ры, 1952. 360 c.
8. Ежов И. В. Бурение наклонно-направленных и горизонтальных скважин. Волгоград: Ин-Фолио, 2009. 293 c.
9. Валисевич А., Звягин В., Фамиев Р., Кожахметов М., Парамонов А., Ахметов М. Комплексный подход к проектированию многоствольных скважин на шельфе Каспийского моря // Российская техническая нефтегазовая конференция и выставка SPE по разведке и добычи, Москва, 14-16 октября 2014 г. Москва, 2014. SPE-171267-RU.
10. Делия С. В., Ракитин М. В. Тенденции развития ГТИ и ГИС-бурения // Бурение и нефть. 2014. № 2. С. 10-12.
