Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование метода вскрытия продуктивных пластов в сложных условиях регулированием режимных параметров бурения, состава и свойств бурового раствора

ВАК РФ 25.00.15, Технология бурения и освоения скважин

Автореферат диссертации по теме "Обоснование метода вскрытия продуктивных пластов в сложных условиях регулированием режимных параметров бурения, состава и свойств бурового раствора"

На правах рукописи

Антппова Ксения Александровна

005058796

ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА ВСКРЫТИЯ ПРОДУКТИВНЫХ ПЛАСТОВ В СЛОЖНЫХ УСЛОВИЯХ РЕГУЛИРОВАНИЕМ РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ БУРЕНИЯ, СОСТАВА И СВОЙСТВ БУРОВОГО РАСТВОРА

Специальность 25.00.15 -Технология бурения

и освоения скважин

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 б т ш

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ - 2013

005058796

Работа выполнена на кафедре бурения нефтяных и газовых скважин ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет»

Научный руководитель-кандидат технических наук, доцент

Живаева Вера Викторовна

Официальные оппоненты:

Гайдаров Миталим Магомед-Расулович - доктор технических наук, ООО «Газпром ВНИИГАЗ», центр разработки и эксплуатации газовых и нефтегазовых месторождений, лаборатория крепления и заканчивания скважин, главный научный сотрудник

Ведищев Игорь Алексеевич - кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет нефти и газа им. И.М.Губкина», кафедра «Бурение нефтяных и газовых скважин», доцент

Ведущая организация ОАО «Гипровостокнефть»

Защита состоится 29 мая 2013 г в 14 ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.02 при Национальном минерально- сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд. 2123.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально - сырьевого университета «Горный».

Автореферат разослан 26 апреля 2013 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

Николай Иванович

ИКОЛАЕВ

диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Завершающим этапом процесса строительства скважин на нефть и газ является вскрытие продуктивных горизонтов с сохранением их естественных коллекторских свойств, быстрое освоение скважины и получение максимального притока пластового флюида.

Из практики бурения известно, что система «нефть- коллектор -пластовые воды - техногенные флюиды - скважина» претерпевает значительные изменения под влиянием целого ряда факторов, а неопределенности, связанные с геологическим строением месторождения, являются значимыми для принятия решений при проводке скважины.

Сложное строение, многокомпонентность пластового флюида и большие глубины залегания продуктивных пластов разрабатываемых в настоящее время месторождений в значительной степени затрудняют прогнозирование условий бурения, что часто приводит к возникновению осложнений и аварий. Анализ, проведенный на примере Оренбургской площади, показывает, что наиболее интенсивные поглощения, нефтегазопроявления и обвалоопасные зоны связаны с интервалами развития разуплотненных коллекторов. В этих же прослоях отмечаются аварии с долотом, которые составляют 20% от общего количества аварий.

Современные требования к точности определения интервалов залегания высокопроницаемых прослоев делают необходимым построение катагенетической модели залежи и проведение подробного анализа кернового материала, что особенно актуально, поскольку сильно разуплотненные образцы не всегда удается извлечь в целостном состоянии. Они представляют собой рыхлые несцементированные породы и бывают слабо охарактеризованы в описаниях геологов, работающих на промыслах.

Настоящая работа посвящена проблеме выделения в разрезе нефтегазоконденсатных месторождений зон развития суперколлекторов (суперколлекторы- прослои пород со значением открытой пористости более 25% и проницаемостью более 7 мкм2.), разработки рекомендаций по их качественному вскрытию и корректному использованию ресурсного потенциала залежи.

Актуальность геологических аспектов диссертационной работы для специалистов по бурению скважин обоснована и подтверждена комплексным подходом к проектированию скважин и разработке месторождений, активно применяющимся в настоящее время российскими и зарубежными компаниями.

Целью работы является повышение эффективности вскрытия

продуктивных пластов в сложных условиях.

Идея работы состоит в разработке метода прогнозирования аномальных прослоев коллекторов для предотвращения возможных осложнений и аварий при их вскрытии.

В настоящей работе все процессы рассматриваются на примере двух месторождений: Оренбургского и Карачаганакского, с целью демонстрации аналогичности происходящих процессов для различных месторождений и возможности экстраполяции модели применительно к другим залежам.

Задачи исследования:

1. Выделение продуктивных интервалов Оренбургского и Карачаганакского месторождений, оценка их фильтрационно -емкостных свойств.

2. Изучение и описание керна, литологических шлифов, с целью изучения структуры пустотного пространства рассматриваемых отложений, подсчета пористости, измерения проницаемости, изготовление и анализ фото и микрофотоснимков.

3. Оценка фильтрационно-емкостных свойств коллекторов, выделение прослоев суперколлекторов и аномально уплотненных пропластков, построение диаграмм изменения пористости с глубиной.

4. Статистическая обработка результатов, сопоставление полученных данных с результатами других методов исследования.

5. Построение катагенетической модели залежи.

6. Разработка метода прогнозирования расположения прослоев суперколлекторов в разрезе вновь бурящейся скважины, подбор рецептур бурового раствора и породоразрушающего инструмента для вскрытия продуктивного пласта.

7. Опытно-производственная оценка эффективности рекомендуемого метода.

8. Внедрение полученных результатов исследований в практику.

Основные методы научных исследований

При выполнении работы применялся петрографический, минералогический и электронномикроскопический методы исследования, стендовые испытания пористости и проницаемости с последующей статистической обработкой полученных результатов. Полученные результаты сопоставлены со скважинными геофизическими данными и подтверждены рентгеноструктурным, люминесцентным, битуминологическим, спектральным анализами.

Научная новизна заключается в установлении закономерностей в расположении аномальных прослоев в разрезе залежи нефти и газа, их соответствии местам стояния древних водонефтяных контактов (ДВНК), определении свойств прослоев суперколлекторов, выявлении повышенной концентрации микроэлементов в зонах древних ВНК, объяснении процессов снижения фильтрационных свойств коллектора и прогнозировании аварийных ситуаций с породоразрушающим инструментом.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Метод выявления контрастных прослоев для прогнозирования глубин их залегания позволяет регулировать механическую скорость бурения и предупреждать аварии с долотом и элементами КНБК.

2. Результаты исследования свойств суперколлекторов позволяют обоснованно выбирать для их вскрытия промывочную жидкость, минимизирующую изменение фильтрационно- емкостных свойств коллектора.

Практическая значимость.

1. Доказанное горизонтальное расположение прослоев суперколлекторов на всем латеральном срезе месторождения позволяет прогнозировать глубины их залегания с целью рационального подбора промывочной жидкости для вскрытия продуктивных горизонтов.

2. Горизонтально- слоистая модель залежи позволяет выявлять зоны возможных осложнений на этапе проектирования скважины.

3. Прогнозирование залегания аномально уплотненных абразивных пропластков позволяет корректно подбирать буровые долота для их оптимальной отработки.

4. Применение разработанного метода дает возможность выбрать оптимальную промывочную жидкость, оказывающую минимальное воздействие на фильтрационные свойства разуплотненного коллектора.

Реализаиия результатов работы.

Метод прогнозирования аномальных прослоев коллектора применялся при строительстве скважин Оренбургского НГКМ. Использование метода позволило увеличить ресурс работы буровых шарошечных долот за счет снижения их абразивного износа, целенаправленно применять профилактические мероприятия для снижения поглощений бурового раствора в процессе бурения скважин, уменьшить затраты времени и средств на ликвидацию аварий, связанных с шарошечными долотами. Для вскрытия продуктивного пласта применялся буровой раствор, приготовленный по рецептуре: Н20 + 4% крахмал +1% NaOH + 3,5% Na2SiOs + +3,5% Al2(S04)3. В результате по скважинам достигнут расчетный дебит углеводородов, таким образом, есть все основания предполагать, что значительных повреждений прослоев суперколлекторов не произошло.

Апуобаиия работы

Основные результаты работы доложены, обсуждены и награждены дипломами 1 и 2 степени на Международном форуме Академии наук о Земле (г. Москва, 2004 г.), Региональной научной конференции ОАО «Самаранефтегаз» (г.Самара, 2004 г.), Всероссийском конкурсе Министра образования и науки РФ «Нефтяная и газовая промышленность» (г. Москва, 2004 г., 2006 г.), Всероссийском конкурсе на лучшие научные работы по естественным, техническим наукам (г. Москва, 2004 г.), Международном научном симпозиуме им. акад. М.А.Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (г. Томск 2004 г., 2005 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Нефтегазовые и химические технологии» (г. Самара 2005 г.), 60-й Юбилейной студенческой научной конференции «НЕФТЬ и ГАЗ» (г.Москва, 2006г.), SPE Russian and Caspian Region Student Paper Contest (г.Москва, 2006 г., 2008 г), International Romanian Petroleum Conference (г. Бухарест, Румыния, 2007 г.), Всероссийской конференции «Современные технологии для ТЭК Западной Сибири»

(г. Тюмень, 2007 г., 2008 г.), Конкурсе молодежных разработок Пермского филиала ООО БК "Евразия" (г. Пермь, 2008 г.), SPE Annual Technical Conference, (г. Новый Орлеан, США, 2009 г.), SPE Applied Technology Workshop: "Petrophysics XXI (г.Тюмень, 2010 г.), Международной научно- технической конференции «Повышение качества строительства скважин» (г. Уфа, 2010 г.), Международной научно-практической конференции «Ашировские чтения» (г. Самара, 2004 г., г. Туапсе,2012 г.), SPE Workshop "Carbonates. New Frontiers" (г.Санкт-Петербург, 2012 г.)

Публикации

По теме диссертации опубликована 31 печатная работа, 4 из которых в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем работы

Диссертационная работа изложена на 168 страницах машинописного текста, иллюстрируется 56 рисунками, содержит 2 таблицы и состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка литературы из 112 наименований и 1 приложения.

Автор выражает особую благодарность старшему преподавателю кафедры бурения СамГТУ Кулаковой Ольге Анатольевне за помощь в работе с керновым материалом и литологическими шлифами.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель работы и основные задачи исследований. Показана научная новизна и практическая значимость работы, приводятся основные положения, выносимые на защиту, сведения об апробации и внедрении результатов работы.

В первой главе проведен обзор существующих представлений о строении углеводородных месторождений, анализ состояния системы «нефть- коллектор - пластовые воды - техногенные флюиды — скважина», а также рассмотрены изменения, происходящие с породой и флюидом под влиянием различных факторов.

Проанализированы причины скачкообразного циклического изменения фильтрационно-емкостных свойств коллекторской среды,

образования суперколлекторов и аномальных прослоев, ответственных за возможные осложнения при бурении указанных интервалов, сделан анализ причин аварийности с долотами при бурении сложнопостроенных коллекторов.

Проведена систематизация взглядов на вторичное изменение пород коллекторов, их разуплотнение, цементацию на уровнях стабилизации водонефтяных контактов. Оценен вклад ученых, посвятивших свои работы исследованиям и анализу геологической ситуации, моделированию залежи и создавших теоретическую базу, объясняющую истинные процессы, происходящие в пласте. Это работы Е.М.Смехова, К.И.Багринцевой, Л.П.Гмид, М.Х. Булач, Л.Г. Белоновской, Р.С.Сахибгареева, Л.В.Цивинской и др. Значительный вклад в исследовании свойств пород-суперколлекторов внесли С.Н.Закиров, И.П.Жабрев, И.В.Рощина и др.

Практически все авторы приходят к выводу о значительном влиянии неоднородности на процессы фильтрации пластовых и техногенных флюидов. Как правило, все продуктивные пласты макро и микронеоднородны. Причем макронеоднородность характеризуется наличием прослоев и участков различной проницаемости, а микронеоднородность характеризуется наличием в сечении пласта поровых каналов различных размеров. Однако, заранее неизвестно, какой из видов неоднородности будет играть большую роль. Между тем, имеются данные о преобладающем влиянии микронеоднородности пласта практически на все процессы, происходящие в продуктивных пластах, а выбор оптимального бурового раствора для вскрытия продуктивных отложений рассматривается как ключевой элемент сохранения фильтрационно- емкостных свойств пласта.

Во второй главе рассмотрена методика проведения эксперимента, использованное оборудование. Описана структура пустотного пространства коллекторов Карачаганакского и Оренбургского месторождений.

Из отобранного керна было изготовлено и исследовано более 3000 больших литологических шлифов. Шлифы проанализированы и описаны при наблюдении под микроскопами «ТЕРМОПАН», «С^ГОБУСОМЕ ТМ-100» при 100-х увеличении в проходящем простом,

поляризованном и отраженном свете, а также на установке «АЛА-ТОО» при 400-х увеличении и электронном микроскопе 1ео1-2500. Был произведен подсчет пористости пород по сравнительным моделям Х.Вильямса, Ф.Тернера, Ч.Гилберта, произведена статистическая обработка полученных результатов, построены графические зависимости изменения пористости коллектора с глубиной, выделены зоны залегания суперколлекторов.

Модель залежи Карачаганакского нефтегазоконденсатного месторождения была построена по четырем скважинам. Параметры полученной модели проверялись и уточнялись согласно данным пяти других скважин. Для Оренбургского ГКМ модель построена по данным скважины, пробуренной с полным отбором керна, проведено апробирование разработанного метода при бурении других скважин.

В карбонатном комплексе пород первичную структуру определяли биогермостроители, которые создавали изначально пористую и проницаемую среду в осадке, где интенсивно протекали процессы растворения, перекристаллизации, доломитизации, сульфатизации. В результате образовывались вторичные поры. На стадии катагенеза, происходила дальнейшая перекристаллизация кальцита и доломитизация, произошел переход формы пустотного пространства в угловатые поры, не затронутые растворением. Катагенетическая неоднородность пород, вызванная формированием зон водонефтяных контактов, накладывается на седиментационно-диагенетическую и имеет горизонтальное положение в залежи. В связи с этим характер изменения пористости в залежи подчиняется в большей степени катагенетическим преобразованиям пород в зонах древних ВНК и обуславливает чередование прослоев плотных и рыхлых пород. В результате в продуктивных толщах наблюдаются пропластки суперколлекторов с пористостью до 40-50% и мощностью до 1 м, а так же чрезвычайно уплотненные и абразивные участки. Плотность пород в верхней части аномального прослоя может снижаться на 35-40% и на столько же увеличиваться в нижней, что неизбежно сказывается на прочности пород и скорости проходки.

В третьей главе описаны процессы, обусловившие возникновение суперколлекторов на больших глубинах, рассмотрена трансформация горных пород в процессе их катагенетических преобразований,

фазовые состояния вещества в системе мультифазные флюиды -пористая среда (рисунок 1) и процессы, приводящие к их изменениям, дана оценка фильтрационной способности образцов, объяснены закономерности увеличения концентраций водомаслонерастворимых соединений тяжелых металлов.

Компоненты мультифазной полидисперсной системы пластовый флюид - пористая среда рассматриваются как взаимосвязанные фазы. Все происходящие в ней процессы затрагивают не только углеводородные компоненты и вмещающую породу, но и целый ряд сопутствующих систем, что позволяет рассматривать природную залежь как комплексное месторождение с целым рядом полезных

ископаемых, включая и рудные.

Появление в ловушке каждой новой порции углеводородов сопровождалось оттеснением пластовой воды и формированием прогрессивного древнего ВНК, легко обнаруживаемого по характерным литофизическим признакам на латеральном срезе месторождения. Разрушение углеводородных месторождений при прорыве части углеводородов через породы покрышки или замки структуры сопровождается компенсацией пластовой водой уменьшения объёма углеводородов с формированием регрессивного ДВНК. Количество ДВНК определяется этажом нефтегазоносности и может достигать нескольких десятков. Чередование прогрессивных и регрессивных ДВНК носит случайный характер, при этом они могут соприкасаться и налагаться друг на друга в любой последовательности, образуя весьма запутанную картину. Каждый древний ВНК имеет мощность порядка 10 м и делится на 2 контрастные зоны: верхнюю -разуплотнения мощностью 5-7 м с пористостью до 40-50% и нижнюю -цементации, мощностью 3-5 м с пористостью 1-3%.

Образование зон разуплотнения является результатом физико-химических процессов растворения, связанных с увеличением агрессивности вмещающих растворов. Растворение начинается с микритизации кристаллов, коррозии породы по линиям спайности, приводит к выщелачиванию и заканчивается увеличением порового объема и возникновением каверн до образования суперколлекторов. Прослои пород-суперколлекторов (рисунок 2) характеризуются чрезвычайно высокой разницей в пористости и проницаемости по

сравнению с выше- и нижезалегающими прослоями. Они имеют очень низкие прочностные свойства и способны разрушаться при депрессиях от 0,1 до 0,4 МПа. При этом к интервалам залегания суперколлекторов приурочено 45-75% дебита скважин. В прослоях суперколлекторов увеличивается скорость фильтрации раствора, усиленная механическим воздействием бурильной колонны на стенки скважины, поэтому они наиболее уязвимы и активно подвергаются возмущающим воздействиям техногенного флюида.

После оттеснения растворенного вещества и смены рН с кислой реакции на щелочную, ниже реакционной зоны начинается рост кристаллов из насыщенных растворов: сверху вниз по разрезу идет последовательное выпадение карбонатов, сульфатов и галоидов. Поры коллектора запечатываются, создавая контрастную по пористости зону цементации. Поровый объём при этом уменьшается от 1-3% до 0,5 -0,2%. Каждая подзона может быть разделена по вертикали на чередующиеся битумные и безбитумные прослойки. Количество прослоек в пласте всегда четное и изменяется от 2 до 6 -8 с мощностью 0,5-1м (для битумных прослоек).

Если в процессе стабилизации ВНК весь растворенный материал не вытесняется из зон разуплотненной породы, то пропорционально потере объемной плотности увеличивается пластовое давление и, на границах фаз образуются коллоидные системы: порода и переходит в новое фазовое состояние. Процесс перехода сопровождается резким увеличением поверхности контакта с активными компонентами. По трещинам спайности минерал раскалывается, по ним осуществляется его пигментация и пропитка нефтью. Почти так же, как желатин и агар-агар осмотически набухают в воде, может разбухать в углеводородах кристалл, содержащий в дефектах и дислокациях кристаллической решетки ионы органического вещества. Таким образом, кристалл может перестать быть твердым, а становится студнеобразным, набухшим в органическом растворителе. Последствиями этого процесса могут стать снижение коэффициента проницаемости пород (за счет набухания), снижение коэффициентов продуктивности за счет приведения в связанное состояние ранее свободных углеводородов, нарушение затрубного пространства, смятие вплоть до разрыва колонн за счет увеличения пластичности пород.

Биохимические процессы, связанные с жизнедеятельностью сульфатредуцирующих бактерий и приводящие к восстановлению железа, проявляются, как выпадение пирита в зонах древних ВНК. Пирит выпадает в виде отдельных рассеянных зерен и скоплений с металлическим блеском и золотистой окраской. Выпадение часто происходит в ассоциациях с твердым битумом и халцедоном и отмечает нижнюю границу водоносной подзоны контакта. Содержание пирита и халцедона может достигать 15-20%, но чаще до 5%.

Стилолитовые швы своим распространением определяют границы нефтесборной площади, где происходило активное движение флюидов разной плотности. Установлено закономерное увеличение объемной плотности стилолитов над древними и современным водонефтяными и газожидкостными (ГЖК) контактами и в зонах самих контактов. Образование стилолитов - результат диффузионных процессов, определяющих скорость адсорбции, растворения, кристаллизации и т.д. и являющихся показателями формирования и разрушения углеводородных скоплений.

Адсорбционные процессы выражаются в гидрофобизации коллектора полярными компонентами нефтей и приводят к закупорке поровых каналов в зонах древних и современных ВНК. Цементация трещин и каналов миграции твердым битумом, смолами и асфальтенами связана с потерей легких углеводородных фракций насыщающего флюида. Эти процессы оказывают существенное влияние на процессы фильтрации и полноту выработки залежи.

Качественная оценка фильтрационной способности породы-коллектора в разрезе карбонатной толщи дана на примере разрезов крыла и свода Карачаганакского месторождения (рисунок 3).

Оценка была произведена на основании сопоставления данных по наличию в образцах керна и шлифах породы-коллектора открытых трещин. Оценка фильтрационной способности породы показала, что в скважинах, расположенных на крыле структуры «хорошо» фильтрует 24,6% образцов, фильтрует «нормально» - 15,1% образцов, «плохо» фильтрует 23,3 % образцов и 37% образцов из разреза скважины совсем не фильтруют. В скважинах на своде - «хорошо» фильтрует 28,4% образцов породы-коллектора, «нормально» - 19% образцов,

«плохо» фильтрует 20,6 % образцов и 37% образцов, фильтрация отсутствует в 32,0% образцов из разреза скважины.

Сравнение условного показателя фильтрационной способности

образцов на своде и крыле КНГКМ --------

40 ■■:.....................-............—...............—................_„,„ —...

о ■■' —...........

''Плохо''

"Отсую&у'.1'

Условный показатель фильтрации

Рисунок 3 - Сравнение условного показателя фильтрации образцов свода и крыла Карачаганакского месторождения

Исследования физических, фильтрационно-емкостных свойств и водонефтегазонасыщенности пород рассматриваемых месторождений (рисунок 4) приводят к выводу об их аномально выраженной неоднородности и приуроченности пиков фильтрационной способности к зонам разуплотнений древних ВНК, что совпадает с данными измерения проницаемости образцов, полученными с помощью установки ГК-5 по алгоритму Данюшевского.

В процессе фильтрации мультифазных флюидов в пористой среде, каждая следующая порция легкой газированной нефти смешивается с вязкими нефтями на контактах, при этом нерастворимые в ней твердые битумы выпадают в осадок. В процессе изучения шлифов были выделены желтые смолистые, коричневые вязкие, черные неподвижные битумы, содержащие углистое вещество, а также свободный углерод различных модификаций, включая фуллерен и алмаз. Количество отложившегося битума антрацитовой стадии метаморфизма может достигать 30% эффективного объема пор, а битумы каменноугольной и буроугольной стадии метаморфизма могут занимать >60%. Фуллереновые скопления являются продуктом

трансформации битумных пленок, находящихся на стенках пор при выделении газа в свободную фазу на этапе становления древних ГЖК. Образование многочисленных зародышей алмаза происходит в восстановительных условиях в момент образования подзон разуплотнения, а эпитаксиальный рост ряда зародышей происходит в условиях подзон цементации (избыток воды и достаточная щелочность среды). Размеры алмазов продуктивных толщ достигают 0,03 - 0,3 мм.

В исследованных месторождениях выделены интервалы глубин, где концентрации сообществ микроэлементов: Си, Мп, Б г, РЬ, V, Со, В1, П, №, Оа превышают кларковые значения. Прослеживается четкая связь их максимальных значений с насыщением пород нефтью и твердым битумом. Металлы находятся в виде элементоорганических соединений, солей металлов внутри межмолекулярных комплексов, в смолах и асфальтенах, а также в зонах газожидкостных контактов. Характер распределения микроэлементов по разрезу залежи подтвердил совпадение их максимальных концентраций с зонами ДВНК, что является результатом перераспределения вещества в процессе формирования залежи. Уникальный микроэлементный профиль каждого ДВНК дает возможность с высокой степенью достоверности фиксировать нижнюю границу зоны суперколлектора.

й—четвертой главе представлена статистическая обработка полученных материалов, обобщены результаты исследования, обосновано взаимовлияние различных компонентов системы, рассмотрены механизмы воздействия фильтрата бурового раствора на разуплотненный коллектор, предложены рекомендации по вскрытию и освоению суперколлекторов.

Горизонтально- слоистая неоднородность, вызванная катагенетическими процессами в зонах древних ВНК и ГЖК, хорошо иллюстрируется построенными графиками изменения пористости, а статистическая обработка данных подтверждает сведения о происходящих процессах и позволяет сделать выводы об их взаимовлиянии. Наибольшие значения пористости были зафиксированы на своде структуры (рисунок 5). Они убывают к крыльям, что свидетельствует о том, что максимальной интенсивностью всех процессов обладают газовые части залежей.

Растворение

Выпадение

Коллои-дизация

Пиритин зация

Диффузия

Сорбция

Фильтрация

Карбонизация

Рисунок - 1 Физические процессы в углеводородных месторождениях

г

Рисунок - 2 Пористость пород в зонах суперколлекторов

Суперколлектор

Коллектор

Карачаганак-19 4730-4738 м пористость19%

Карачаганак-2 4101-4109 м пористость 40%

0ренбург-2027 1581-1596 м пористость 11%

Карачаганак-19 4624-4634 м пористость 2%

Карачаганак-9 пористость 27%

Карачаганак-9 пористость 47%

Карачаганак-19 Карачаганак-2 4864-4870 м. 4094-4101 м пористость 40% пористость 49%

0ренбург-2027 1581-1596м пористость 29%

Карачаганак-2 4087-4094м пористость 21%

Карачаганак-9 пористость 14%

Карачаганак-9 пористость 5%

Фильтрационная способность

Проницаемость <1х10"16м2

Проницаемость

1хю- 1x1 а1,м2

Проницаемость

12 2

1x10 - 1x10 м

Проницаемость > 1х1012м2

Карачаганак, скв.23 глубина 4624-4634 м Пористость 2,7%

Карачаганак, скв.2 глубина 3845-3852 м Пористость 6%

Карачаганак, скв.2 глубина 3900-3917 м Пористость 12,5%

Карачаганак, скв.9 глубина 4746-4751 м Пористость 20,7%

Оренбург, скв.7017 глубина 1848-1859 м Пористость 1%

Оренбург, скв.2027 глубина 1743-1749 м Пористость 6%

Оренбург, скв.2027 глубина1699-1706 м Пористость 17%

Оренбург, скв.2027 глубина 1699-1706 м Пористость 13%

Рисунок - 4 Фильтрационная способность образцов

г ИСунил ,> ~ ЪЛС1УШ г~л ----------г------------------

месторождении и обобщенные сведения о характере изменения открытой пористости коллектора

Точно такие же закономерности наблюдаются в степени карбонизации органического вещества и повышении концентрации мироэлементов: высококарбонизированный битум, свободный углерод и наиболее восстановленные формы металлов обнаруживаются на своде структуры, в прослоях суперколлекторов. Это иллюстрирует, что каждому фазовому состоянию минеральной среды соответствует определенное фазовое состояние мультифазного флюида, а совпадение максимальных концентраций микроэлементов с горизонтальными зонами древних ВНК позволяет анализировать залежь углеводородов не только как систему мультифазный флюид- пористая среда, но и рассмотреть зарождение, локализацию и развитие новой системы с новой иерархией порода -руда - вода.

Статистическая обработка данных показала, что из - за абразивного износа долото часто выходит из строя либо в битумных прослойках зон разуплотнения, мощностью 0,5-1м, либо в подошвах зон цементации, мощностью 0,4-1м (рисунок 6). Снижение плотности пород в зоне разуплотнения на 35-40% и аналогичное ее увеличение в зоне цементации неизбежно сказывается на прочности пород, а значит, и на

механической скорости проходки. При прохождении зоны разуплотнения скорость проходки увеличивается вплоть до 3,0 Уср, а при прохождении зоны цементации скорость проходки уменьшается вплоть до 0,3 Уср. Указанные колебания происходят резко, внезапно, в интервале по мощности не превышающем 4-6 м, в то время как при прохождении нейтрального слоя продуктивного коллектора таких резких перепадов в механической скорости проходки не наблюдается.

Характер изменения пористости коллектора

Изменение скорости проходки

Скорость проходки увеличивается до ЗVc р

I.алмазов

Скопление \фуллеренов

Резкое чередование механических свойств породы на границе раздела зон может приводить к авариям с долотом

Скорость проходки | уменьшается до 0,3 Уср

Выпадение ^пирита

Износ допот

За счет скоплений свободное углерода, повышенной концентрации сопеС тяжелых металлов отработка долота СТ) через 6м

Скопление

За счет присутствия вновь выпевших минералов, отработка долота (Т, СТ) через 4м

Выпадение Iмнвкислоты

Рисунок 6 - Схема влияния аномальных прослоев на работу долот

Ввиду столь резкого чередования свойств породы в зонах древних ВНК, граница раздела прослоев является наиболее аварийноопасным участком. Кроме того, в данных интервалах могут происходить осевые вибрации, продольные и крутильные колебания бурильной колонны, увеличивается опасность искривления скважины.

Согласно проведенному для Оренбургской площади анализу аварийности (рисунок 7), в 20% от общего количества произошедших аварий возникали поломки долота. По типу повреждений подобные поломки аналогичны повреждениям, возникающим при резком ударе инструмента о забой.

■ Прихват БК

1.1 Слог/ элементов БК и КНБК

м Аварии с долотом а Прихват КНБК и Прочие аварии с КНБК И1 Посадки инструмента

Аварии с геофизическим инструментом Попадание посторонних прдметов в скважину Размыв соединения Прочие

Заклинки при подъеме Аварии с хвостовиком

Рисунок. 7 - Диаграмма аварийности на Оренбургской площади за 2010г.

Применение построенной модели позволило выявить глубины залегания контрастных прослоев с известными значениями пористости, регулировать механическую скорость проходки в зонах чередования прослоев, что позволит избежать аварий с долотом и элементами КНБК, а так же естественного искривления ствола скважины.

В Карачаганакском НГКМ было выявлено 63 уровня стояния контакта; по результатам исследования одной из скважин Оренбургского месторождения - 15. Пропластки суперколлекторов, выявленные на каждом уровне стояния контакта, характеризуются неустойчивостью стенок скважины и аномально низким давлением гидроразрыва, что создает риски возникновения обвалов стенок скважины, поглощений вплоть до полной потери циркуляции и последующих выбросов. Кроме того, они чрезвычайно проницаемы для бурового раствора и особо чувствительны к проникновению в них фильтратов техногенных жидкостей и твердой фазы, заполняющей поры и трещины коллектора, вызывающей деформационные изменения, эффекты защемления или запирания. В околоскважинном пространстве карбонатные коллекторы за счет собственной анизотропности проявляют деформационную анизотропность пористости и проницаемости, что приводит к снижению притока нефти. Размер зоны возможного поражения разуплотненного коллектора находится в прямой зависимости от длительности воздействия фильтрата, количества и глубины его проникновения.

Из массива данных исследований, проведенных на кафедре бурения СамГТУ о воздействии разных видов промывочных жидкостей и их компонентов на различные типы отложений, методом планирования эксперимента, были выбраны 7 рецептур буровых растворов (таблица 1), влияние которых на фильтрационные характеристики суперколлекторов оценивалось методами принудительной кольматации и растровой электронной микроскопии. У кернов определялась прямая проницаемость и обратная (после кольматации выбранными растворами). По результатам была произведена оценка кольматирующей способности промывочных жидкостей по коэффициенту потери проницаемости пласта и сделаны выводы о воздействии бурового раствора на разуплотненный коллектор. Таблица 1 - Исследованные буровые растворы и характер их воздействия на

коллектор

№ Рецептура раствора Оказываемое воздействие

1 Н20 + 7% бентонит + 0,075%МаС)Н + +0,2% КМЦ + 18% ВаЭОд Внутрипоровая кольматация - активно-кольматирующее действие

2 Н20 +3% бентонит+3,5% №28Ю3 + +0,5% КМЦ +3% УЩР +1% ФХЛС Кольматация временная, объемно-кольматирующее действие

3 Н20 + 4% крахмал + 1 % №ОН + +3,5% К!а28Ю3 + 3,5% А12(804)3 Регулирующе-модифицирующая кольматация. Минимальное воздействие.

4 Н20 + 4% крахмал + 1 % КаОН + +3,5%Ш28Ю3+3,5%А12(804)3+ +25%ЫаС1 Регулирующе-модифицирующая кольматация (ЫаС1 легко вымывается)

5 Н20 +7,5% бентонит + 3,5% УЩР + +0,5%КС1 Осадкообразующее действие. Уменьшение объема порового пространства

6 Н20 +5% бентонит+0,5% КМЦ+ +0,25% ПАА+8% нефть Регулирующе-модифицирующая кольматация. Наличие новообразований.

7 Н20+3%№0Н+8% ксантановая смола+3% крахмал + 3% ФК-2000+ +2% СаСОз Активно-кольматирующее действие.

Исследования показали, что растворы №3 и №4 оказывают щадящее действие на коллектор и практически не влияют на фильтрационные процессы, что подтвердилось данными рентгено-фазового анализа.

Сравнение эффектов регулирующе -модифицирующего и активно-кольматирующего действия хорошо наблюдается при сравнении электронных снимков (рисунок 8).

Регулирующе- модифицирующее

действие раствора №3

Активно-кольматирующее действие раствора №7

Рисунок 8 - Микрофотоснимки буровых растворов различного действия

Таким образом, всестороннее изучение продуктивного коллектора позволило выявить закономерности в неоднородностях его строения, разработать метод их прогнозирования, и, как следствие, снизить риски возникновения аварий при бурении и подобрать промывочную жидкость, оказывающую минимальное воздействие на фильтрационно-емкостные свойства коллектора.

Заключение

1. Обоснован метод выделения контрастных прослоев в залежи нефти и газа, заключающийся в выявлении мест стояния древних водонефтяных и газожидкостных контактов и прогнозировании глубин их залегания, что позволяет регулировать режимные параметры бурения для предотвращения аварийных ситуаций при вскрытии продуктивных пластов в сложных условиях.

2. Выявленные закономерности процессов, происходящих в системе мультифазные флюиды - горная порода позволяют по литологическим показателям выделять зоны древних водонефтяных и газожидкостных контактов, отмечать глубины залегания суперколлекторов и пластов с аномально низкой пористостью.

3. Разработанный метод выделения битумных и безбитумных прослоев зон разуплотнения и зон вторичной цементации в карбонатных коллекторах позволяет выбрать оптимальный породоразрушающий инструмент для вскрытия продуктивного пласта.

19

4. Причиной повышенного износа породоразрушающего инструмента при вскрытии карбонатных коллекторов является наличие в них высокоабразивных минералов, выявление которых позволяет обоснованно подходить к выбору соответствующих буровых долот. Реализация метода на ОГКМ позволила увеличить ресурс работы буровых шарошечных долот за счет снижения их абразивного износа.

5. Для вскрытия прослоев суперколлекторов Оренбургского и Карачаганакского месторождений рекомендуется использовать буровой раствор, приготовленный по рецептуре: Н20+4%крахмал+1 %NaOH+ +3,5% Na2Si03 + 3,5% A12(S04)3, оказывающий минимальное влияние на фильтрационные характеристики разуплотненного прослоя.

Основное содержание диссертации отражено в следующих наиболее значимых печатных работах:

1. АнтиповаК.А. Реконструкция условий образования и залегания суперколлекторов на больших глубинах в результате фильтрации мультифазных флюидов // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море.- 2012. -№6.- С.27-33.

2. АнтиповаК.А., Кулакова O.A. Закономерности изменения микроэлементного состава пород Карачаганакского месторождения углеводородов// Н-техн вестник «Каротажник» №9.-2012.-C.15-26.

3. АнтиповаК.А., Кулакова O.A. Построение модели залежи на основании комплексного петрофизического исследования керна в сочетании со скважинными геофизическими данными. Науч.-техн. вестник «Каротажник» № 1 .-2011 .-с. 15-21.

4. АнтиповаК.А., ЖиваеваВ.В. Многофазная фильтрация техногенного флюида в призабойной зоне продуктивного пласта // Междунар. журнал прикладн. и фундамент, исследований «ACADEMY OF NATURAL HISTORY».- 2009,- №5.- C.73-74.

5. АнтиповаК.А., КулаковаO.A Фильтрационные возможности коллектора в природном резервуаре нефтегазоконденсатного месторождения // В сб. науч.тр. Матер. VIII Междунар. науч.-практ. конф. «Ашировские чтения», т.2.-, 2012. - С.16-23.

6. Antipova К.А., Kulakova O.A. Paradoxical Phenomena in Deep Waters // SPE Electronic Library -2009. -№136193. [http://www.onepetro.org]

РИЦ Горного университета. 19.04.2013. 3.220 Т.ЮО экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Антипова, Ксения Александровна, Самара

Министерство образования Российской федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет»

На правах рукописи

04201358679

АНТИПОВА КСЕНИЯ АЛЕКСАНДРОВНА

ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА ВСКРЫТИЯ ПРОДУКТИВНЫХ ПЛАСТОВ В СЛОЖНЫХ УСЛОВИЯХ РЕГУЛИРОВАНИЕМ РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ БУРЕНИЯ, СОСТАВА И СВОЙСТВ БУРОВОГО

РАСТВОРА

Специальность 25.00.15 - Технология бурения и освоения скважин

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Живаева Вера Викторовна

Самара -2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................4

ГЛАВА 1: ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР........................................................................9

1.1 Выводы по 1 главе...........................................................................................29

ГЛАВА 2: ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ КАРБОНАТНЫХ МАССИВОВ ОРЕНБУРГСКОГО И КАРАЧАГАНАКСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЙ...............30

2.1 Объект исследования.......................................................................................30

2.2 Исследование литологических шлифов........................................................32

2.3 Оценка пористости..........................................................................................33

2.4 Выделение различных форм свободного углерода......................................34

2.5 Исследование воздействия промывочной жидкости на разуплотненный коллектор.....................................................................................................................36

2.6 Метод растровой электронной микроскопии................................................37

2.7 Структура пустотного пространства карбонатных отложений на примере Оренбургского и Карачаганакского месторождений.............................................39

2.8 Формирование пустотного пространства......................................................40

2.9 Трещинное пространство природного резервуара.......................................41

2.10 Выводы по 2 главе...........................................................................................50

ГЛАВА 3: ЗАЛЕЖЬ УГЛЕВОДОРОДОВ, КАК МУЛБТИФАЗНАЯ ДИСПЕРСНАЯ СИСТЕМА.......................................................................................51

3.1 Формирование зоны ДВНК.............................................................................51

3.2 Фазовые состояния вещества в системе мультифазные флюиды - пористая среда............................................................................................................................53

3.3 Процессы растворения.....................................................................................56

3.4 Процессы выпадения.......................................................................................62

3.5 Набухание и переход породы в коллоидное состояние...............................66

3.6 Стилолитообразование....................................................................................72

3.7 Фильтрационная способность породы - коллектора....................................76

3.8 Вода, как компонент мультифазной полидисперсной системы..................80

3.9 Метаморфизм твердых битумов в залежах углеводородов: сорбция,

фильтрация, карбонизация........................................................................................83

3.10 Формы залегания твердых битумов...............................................................84

3.11 Особенности строения зоны древних газожидкостных контактов и образование свободного углерода............................................................................88

3.12 Кластерные формы свободного углерода.....................................................91

3.13 Механизм образования алмазов в нефтегазонасыщенном разрезе............96

3.14 Закономерности изменения микроэлементного состава пород................100

3.15 Выводы по 3 главе.........................................................................................107

ГЛАВА 4: СНИЖЕНИЕ РИСКОВ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ.............................109

4.1 Закономерности изменения пористости......................................................109

4.2 Прогнозирование рисков аварий с долотом и бурильной колонной........114

4.3 Абразивное изнашивание долот в зонах древних ВНК.............................116

4.4 Особенности вскрытия и освоения суперколлекторов..............................120

4.5 Выбор промывочной жидкости для вскрытия прослоев суперколлекторов продуктивных отложений........................................................................................123

4.6 Выводы по 4 главе.........................................................................................152

ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................................153

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...........................................................................................154

ПРИЛОЖЕНИЕ............................................................................................................167

ВВЕДЕНИЕ

Успешность бурения и достижение высоких технико-экономических показателей строительства скважин зависит от многих факторов, в том числе от эффективности применения методов предотвращения непредвиденных ситуаций и вызывающих их причин. Новые технологии контроля риска в бурении помогают предсказать поведение скважины за долго до начала бурения, что позволяет в спокойной обстановке принять технически грамотные решения и, в конечном итоге, приводит к оптимизации процесса бурения.

Актуальность темы

В последнее время перспективные на углеводороды горизонты прогнозируются на больших глубинах. С увеличением глубины скважин повышаются температура и давление, скважина вскрывает пласты с различными по химической природе флюидами (газ, нефть, пластовая вода), отмечается многообразие горно-геологических условий и минералогического состава коллекторов, поэтому бурение необходимо рассматривать, как физико-химический процесс, включающий в себя взаимодействие пористой среды с природным и техногенным мультифазным флюидом. Перечисленные факторы в значительной степени затрудняют прогнозирование условий бурения, что часто приводит к возникновению осложнений и аварий. Анализ, проведенный на примере Оренбургской площади, показывает, что наиболее интенсивные поглощения, нефтегазопроявления и обвалоопасные зоны связаны с интервалами развития разуплотненных коллекторов. В этих же прослоях отмечаются аварии с долотом, которые составляют 20% от общего количества аварий.

Современные требования к точности определения интервалов залегания высокопроницаемых прослоев делают необходимым построение катагенетической модели залежи и проведение подробного анализа кернового материала, что особенно актуально, поскольку сильно разуплотненные образцы не всегда удается извлечь в целостном состоянии, они представляют собой

рыхлые несцементированные породы и бывают слабо охарактеризованы в описаниях геологов, работающих на промыслах.

Настоящая работа посвящена проблеме выделения в разрезе нефтегазоконденсатных месторождений зон развития суперколлекторов (суперколлекторы- прослои пород со значением открытой пористости более 25% и проницаемостью более 7 мкм2.), разработки рекомендаций по их качественному вскрытию и корректному использованию ресурсного потенциала залежи.

Актуальность геологических аспектов диссертационной работы для специалистов по бурению скважин обоснована и подтверждена комплексным подходом к проектированию скважин и разработке месторождений, активно применяющимся в настоящее время российскими и зарубежными компаниями.

Целью работы является повышение качества вскрытия продуктивных пластов.

Идея работы состоит в разработке метода прогнозирования аномальных прослоев коллекторов для предотвращения возможных осложнений и аварий при их вскрытии.

В настоящей работе все процессы рассматриваются на примере двух месторождений: Оренбургского и Карачаганакского, с целью демонстрации аналогичности происходящих процессов для различных месторождений и возможности экстраполяции модели применительно к другим залежам.

Задачи исследования:

• Выделение продуктивных интервалов Оренбургского и Карачаганакского месторождений, оценка их фильтрационно - емкостных свойств.

• Изучение и описание керна, литологических шлифов, изготовление и анализ фото и микрофотоснимков с целью изучения структуры пустотного пространства рассматриваемых отложений, подсчета пористости, измерения проницаемости.

• Оценка фильтрационно-емкостных свойств коллекторов, выделение прослоев суперколлекторов и аномально уплотненных пропластков, построение диаграмм изменения пористости с глубиной.

• Статистическая обработка результатов, сопоставление полученных данных с результатами других методов исследования.

® Построение катагенетической модели залежи.

• Разработка метода прогнозирования расположения прослоев суперколлекторов в разрезе вновь бурящейся скважины, подбор рецептур бурового раствора и породоразрушающего инструмента для вскрытия продуктивного пласта.

• Опытно-производственная оценка эффективности рекомендуемого метода.

• Внедрение полученных результатов исследований в практику.

Основные методы научных исследований

При выполнении работы применялся петрографический, минералогический и электронномикроскопический методы исследования, стендовые испытания пористости и проницаемости с последующей статистической обработкой полученных результатов. Полученные результаты сопоставлены со скважинными геофизическими данными и подтверждены рентгеноструктурным, люминесцентным, битуминологическим, спектральным анализами.

Научная новизна заключается в установлении закономерностей в расположении аномальных прослоев в разрезе залежи нефти и газа, их соответствии местам стояния древних ВНК, определении свойств прослоев суперколлекторов, выявлении повышенной концентрации микроэлементов в зонах Древних ВНК, объяснении процессов снижения фильтрационных свойств коллектора, а так же нарушения затрубного пространства в указанных прослоях.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Метод выявления контрастных прослоев для прогнозирования глубин их залегания позволяет регулировать механическую скорость бурения и предупреждать аварии с долотом и элементами КНБК.

2. Результаты исследования свойств суперколлекторов позволяют обоснованно выбирать для их вскрытия промывочную жидкость, минимизирующую изменение филтрационно- емкостных свойств коллектора.

Практическая значимость

1. Доказанное горизонтальное расположение прослоев суперколлекторов на всем латеральном срезе месторождения позволяет прогнозировать глубины их залегания с целью рационального подбора промывочной жидкости для вскрытия продуктивных горизонтов.

2. Горизонтально- слоистая модель залежи позволяет выявлять зоны возможных осложнений на этапе проектирования скважины.

3. Прогнозирование залегания аномально уплотненных абразивных пропластков позволяет корректно подбирать буровые долота для их оптимальной отработки.

4. Применение разработанного метода дает возможность выбрать оптимальную промывочную жидкость, оказывающую минимальное воздействие на фильтрационные свойства разуплотненного коллектора.

Реализация результатов работы

Метод прогнозирования аномальных прослоев коллектора применялся при строительстве скважин Оренбургского НГКМ (Приложение 1). Использование метода позволило увеличить ресурс работы буровых шарошечных долот за счет снижения их абразивного износа, целенаправленно применять профилактические мероприятия для снижения поглощений бурового раствора в процессе бурения скважин, уменьшить затраты времени и средств на ликвидацию аварий, связанных с шарошечными долотами. Для вскрытия продуктивного пласта применялся буровой раствор, приготовленный по рецептуре: Н20 + 4% крахмал

+1% NaOH + 3,5% Na2Si03 + 3,5% Al2(S04)3. В результате по скважинам достигнут расчетный дебит углеводородов, таким образом, есть все основания предполагать, что значительных повреждений прослоев суперколлекторов не произошло.

Апробация работы

Основные результаты работы доложены, обсуждены и награждены дипломами 1 и 2 степени на Международном форуме Академии наук о Земле (г. Москва, 2004 г.), Региональной научной конференции ОАО «Самаранефтегаз» (г. Самара, 2004 г.), Всероссийском конкурсе Министра образования и науки РФ «Нефтяная и газовая промышленность» (г. Москва, 2004 г., 2006 г.), Всероссийском конкурсе на лучшие научные работы по естественным, техническим наукам и инновационным научно-образовательным проектам (г. Москва, 2004 г.), Международном научном симпозиуме им. акад. М.А.Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (г. Томск 2004 г., 2005 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Нефтегазовые и химические технологии» (г. Самара 2005 г.), 60-й Юбилейной студенческой научной конференции «НЕФТЬ и ГАЗ» (г. Москва, 2006 г.), SPE Russian and Caspian Région Student Paper Contest (r. Москва, 2006 г., 2008 г), International Romanian Petroleum Conférence (г. Бухарест, Румыния, 2007 г.), Всероссийской конференции «Современные технологии для ТЭК Западной Сибири» (г. Тюмень, 2007 г., 2008 г.), Конкурсе молодежных разработок Пермского филиала ООО Буровая компания "Евразия" (г. Пермь, 2008 г.), SPE Annual Technical Conférence, (г. Новый Орлеан, США, 2009 г.), SPE Applied Technology Workshop: "Petrophysics XXI-Core/Log/Resevoir data acquisition and intégration. Traditions and Innovations (г. Тюмень, 2010 г.), Международной научно- технической конференции «Повышение качества строительства скважин» (г. Уфа, 2010 г.), Международной научно-практической конференции «Ашировские чтения» (г. Самара, 2004 г., г. Туапсе,2012 г.), SPE Workshop "Carbonates. New Frontiers" (г.Санкт-Петербург, 2012 г.)

ГЛАВА 1: ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Анализ практики бурения, проводившийся специалистами различных компаний и в разных регионах мира, показывает, что система «нефть- коллектор -пластовые воды - техногенные флюиды - скважина» непрерывно меняются под влиянием различных факторов.

Стадии формирования углеводородного месторождения иногда сопровождаются одновременным его разрушением, а результаты процессов формирования и разрушения накладываются друг на друга и изменяют исходное строение всей системы. Такой же след оставляют процессы, сопровождающие разработку месторождения.

Существующие представления о строении углеводородных месторождений можно условно разделить на четыре класса:

• Воззрения на формирование природных ловушек и путей их заполнения углеводородами.

• Образ залежи углеводородов.

• Взаиморасположение углеводородных фаз в поровом пространстве природных ловушек и вторичные процессы, происходящие в углеводородной среде.

• Процессы, происходящие в залежи при ее разработке.

Любое новое представление о строении углеводородного месторождения самым непосредственным образом оказывает влияние на его разработку.

Обычно углеводородное месторождение рассматривается как совокупность пород-коллекторов (карбонатных или терригенных пород) и непроницаемых пород-покрышек (глины, алевролиты, соли), которые являются составными частями ловушки любого типа. Как любые осадочные породы, коллекторы и покрышки изменяли свое первоначально горизонтальное залегание под действием тектонических процессов и принимали слоисто-изогнутую форму дислокаций. Последующее заполнение ловушки углеводородами связано с процессами нефтегазообразования и наличием путей миграции углеводородов. Заполнение

ловушки углеводородами происходило порциями по разломам и трещинам. Углеводороды оттесняли поровую воду, замещая ее в коллекторе, а после стабилизации создавались условия для образования зоны водонефтяного контакта.

Однако, на сегодняшний день накопилось немало фактов, не укладывающихся в данные представления.

Прежде всего, во-первых, речь идет о том, что плотность и пористость пород, полученная при изучении многочисленного кернового материала, поднятого из продуктивных толщ, изменяется с глубиной залегания совершенно иначе, чем плотность и пористость аналогичных пород, поднятых с тех же глубин, но из ловушек, не заполненных углеводородами.

Во - вторых, тщательное изучение притоков продукции из скважины в массивных залежах (например, на Карачаганакском нефтегазоконденсатном месторождении) свидетельствует о том, что основное дренирование происходит по узким пропласткам мощностью 5-6 м, никак не отделенным от остальной массы аналогичных пород.

В-третьих, при разбуривании продуктивных пластов, сложенных одной и той же породой, скорость проходки при постоянной нагрузке на долото внезапно и резко изменяется на весьма существенную величину, достигающую одного порядка.

В-четвертых, в керновом материале, поднятом из определенных интервалов продуктивных толщ, обнаруживаются совершенно не свойственные данному типу отложений образования, объяснить существование которых с существующих воззрений невозможно.

Открытие и разработка в 70-е и 80-е годы таких крупных нефтегазоконденсатных месторождений, как Оренбургское, Астраханское и Карачаганакское, поставило перед наукой целый ряд практических вопросов, разрешение которых станет возможным только с коренным изменением стереотипов геологического мышления.

Фундаментальное геологическое обеспечение прикладных наук было подготовлено трудами ученых- органиков И.М.Губкина, Н.Б.Вассоевича, С.Г.Неручева, создавших теории осадочно-миграционной нефтегазогенерации, рассеянного органического вещества и главных фаз нефте- и газогенерации и зон катагенеза органического вещества в осадочном чехле Земной коры. Ученые и