Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Разработка комплекса методов геолого-технологических исследований для диагностирования осложнений и улучшения показателей проводки скважин

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Разработка комплекса методов геолого-технологических исследований для диагностирования осложнений и улучшения показателей проводки скважин"

МИНИСТЕРСТВО ТОПЛИВА И ЭНЕРГЕТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ФИРМА "ГЕОФИЗИКА"

Экз. N

На правах рукописи

Нестерова Татьяна Никитична

РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА МЕТОДОВ ГЕОЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ОСЛОЖНЕНИЙ И УЛУЧШЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОВОДКИ СКВАЖИН

Специальность 04.00.12 - Геофизические методы поисков II разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат дассертащш на соискание ученой степени кандидата технических наук

РГ6 од

Уфа - 1996

Работа выполнена в АО НПФ "Геофизика"

Научные руководители: - доктор технических наук, профессор

Ю.Ф.Алексеев - доктор геолого-минералогнческих наук, с.н.с. Е.ВЛсшш

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Л.А.Алексеев ( УГНТУ) - кандидат технических наук Р.Т.Ахметов ( БашНИПИиефть)

Ведущее предприятие:

Управление геофизических исследований "Оренбурггеофшика" г. Оренбург.

Защита состоится " ^¿¿з^У 19, в часов на заседашш Диссертационного совета К. 104.01.01 при Башкирском государственном научно - исследовательском и проектном институте нефтяной промышленности (БашНИПИиефть ) по адресу:

450077, г.Уфа, ухЛешша, 86

С диссертацией можно ознакомиться в фондах. БашНИПИнефта.

Автореффат разослан 4 июня 1996г.

Ученый секретарь Диссертацпо1шого_ ^

совета К. 104.01.01. К.Г.-М.Н. ЧДУ Ю.В.Голубев

- -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

В нефтегазодобывающей отрасли постоянную актуальность имеет задача повышения эффективности геолого-разведочных работ на нефть и газ. Традиционный в прежних условиях планирования путь увеличения объемов бурения уже не эффективен в современных условиях рыночной экономики.

Один из путей решения данной задачи - внедрение прогрессивных технологий и современных технических достижений в области контроля за процессом бурения нефтяных и газовых скважин, а также новейших компьютерных технологии, обеспечивающих автоматический сбор, обработку, хранение и передачу больших объемов информации по различным канатам связи. Кроме этого, весьма актуальной является задача сокращения затрат на каждую тонну добываемой нефти и соответственно затрат на строительство скважины. Затраты времени на ликвидацию осложнений и аварий в разведочном бурении велики и составляют до 14% календарного времени бурения, причем имеется тенденция роста этих затрат, связанная, в основном, с увеличением глубин бурения и сложностью геологического разреза.

Одним из средств повышения эффективности проводки скважин являются геолого - технологические исследования (ГТИ), входящие в состав комплекса ГИС для бурящихся скважин [1]. Информация ГТИ получается с помощью наземной информационно - измерительной аппаратуры, включающей комплект датчиков технологических параметров и приборы анализа шлама, керна и бурового раствора. Данные исследоваши должны обеспечить получение информации о разрезе скважины, а также решать задачи раннего обнаружения и предупреждения осложнений и аварий в процессе бурения, определять величину давлений в скважине и пласте, обеспечивать рациональную отработку долот и проводку скважины [2].

Прогресс в области ГТИ немыслим без научного обоснования и создания новейших технологий исследований, а также методического обеспечения для решения стоящих перед службой задач.

Цель работы

Разработка комплекса методов геолого-технологических исследований, обеспечивающих повышение технико-экономических показателей проводки скважин за счет предупреждения осложнений и аварий и оптимальной отработки долот.

Основные задачи работы

1. Исследовать информативность измеряемых параметров для решения задач геолого-технологических исследований и выявить признаки начальной стадии развития типичных осложнений и аварий по данным ГТИ.

2. Разработать основанный на данных ГТИ комплекс методов предупреждения осложнений и аварий, контроля давлений в скважине и пласте и рациональной отработки долот.

3. Разработать технологическую схему оперативного анализа опасных аномалий и оценки сложившейся ситуации.

4. Обосновать систему управления данными ГТИ, алгоритмы и программы, реализующие комплекс методов ГТИ.

5. Разработать и внедрить технологию проведения геолого-технологических исследований.

Научная новизна

¡.Разработан метод оценки, уточнения и прогноза пластовых давлений при отсутствии информации для построения тренда.

2. Разработан оперативный метод определения давления начала поглощения в процессе бурения, заключающийся в замерах интенсивности поглощения при создании различных репрессий на пласт.

3. Разработан метод оперативной оптимизации нагрузки на долото путем анализа фактических данных разгрузки в реальном масштабе времени без проведения планируемого эксперимента.

4. Впервые разработана технология оперативного анализа опасных аномалий и оценки ситуаций в процессе бурения по данным ГТИ на базе рекурсивных алгоритмов.

5. Впервые разработана структура и конфигурация системы управления данными ГТИ (база данных ГТИ), алгоритмы и программы, реализующие весь комплекс методов.

Защшцаемые положешм

1. Обоснование комплекса технологических исследований в составе нового направления промысловой геофизики - геолого-технологических исследований.

2. Комплекс технологических методов предупреждения осложнений и аварий, контроля и прогноза пластовых давлений, оптимальной отработки долота и технология оперативного анализа аномалий и оценки ситуаций в процессе бурения скважин на основе данных ГТИ.

3. Система управления данными ГТИ, программное обеспечение всего комплекса ГТИ.

Практическая значимость и реализация результатов

Разработанные с участием автора диссертации методы технологических исследований вошли составной частью в методическое руководство "Геолого-технологические исследования" РД 39-0147716-102-87, которое широко внедряется службами ГТИ во всех промыслово-геофизических предприятиях России и стран Содружества. Внедрение технологии ГТИ существенно повышают эффективность проводки скважин и позволяют снизить затраты на бурение. Под руководством автора разработана "Технология предупреждения осложнений и аварий на месторождении Тенгиз", содержащая руководство по анализу аномалий и оценки ситуаций, альбом типичных ситуаций и прикладное программное обеспечение применительно к конкретным геолого- техническим условиям. Технология внедрена в ПО Тенгизнефтегаз; опыт, приобретенный при данной разработке, может быть использован для аналогичных месторождений в России. Разработанное под руководством автора программное обеспечение повышает эффективность геолого технологических исследований, обеспечивая решение самых сложных задач ГТИ, а также возможность хранения и последующего анализа информации.

Апробация и публикация результатов работ

По теме диссертации опубликовано 19 научных работ, в том числе монография с соавторами [3]. Основные положения диссертационной работы докладывались на Ученом совете ВНИИнефтепром-

геофизики, республиканской научно-практической конференции по проблемам развития нефтяных месторождений (Уфа, 1986 г.), областной научно-практической конференции "Состояние и перспективы геолого-геофизических и технологических исследований, проводимых в процессе бурения скважин" (Тюмень 1987 г.), научном семинаре при кафедре бурения нефтяных и газовых скважин Уфимского нефтяного института (1990 г), на Всесоюзной школе передового опыта "Геолого-технологнческие исследования в процессе бурения нефтегазовых скважин" (Тверь, 1990 г.), на научно-техническом семинаре в рамках выставки "Нефть. Газ. -96" (Уфа, 1996 г.), на постоянно действующих курсах повышения квалификации специалистов ГТИ в г.Саратове.

Технология ГТИ экспонировалась на ВДНХ в 1988 г., автор диссертации удостоен серебряной медали ВДНХ.

Объект исследований и фактический материал

Диссертация является итогом многолетних (1980-1996 гг) исследований проводки скважин в условиях Западной Сибири, Урало -Поволжья, республики Коми, Башкортостана и Западного Казахстана. В ее основу положены результаты выполненного диссертантом изучения промыслового материала геолого - технологических исследований, включающего диаграммы аналоговой регистрации, данные промыслово - геофизических исследований и испытания скважин, постановки и выполнения экспериментов, технологические и геологические результаты бурения, результаты анатиза и обработки данных с помощью прикладного программного обеспечения, а также литературные и фондовые материалы производственных и научных организаций.

Объем работы

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы из 55 наименований. Работа изложена на 143 стр. машинописного текста, содержит 24 рис. и 7 таблиц.

Работа выполнена в НПФ "Геофизика" (ранее - ВНИИнефтепромгео-физика) в 1985-1996 гг. под руководством доктора технических наук профессора

Ю.Ф.Алексеева

и доктора геолого-минератогических наук Е.В. Лозина, которым автор глубоко благодарен. Автор выражает свою

ризнательность Б.Н.Славнитскому, под руководством которого было азработано направление геолого-технологических исследований.Ценные эветы и замечания были получены автором от профессоров .М.Орлпнского, Н.Ф.Кагарманова и Г.А.Ситдыкова при подготовке [¡ссертации к защите. Автор искренне благодарит своих коллег по аботе П.П.Муравьева, С.Н.Шматченко, Л.М.Боровнкову, В.Р.Токарского 1 помощь в работе и проведении совместных разработок, исследований и сспериментов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность проблемы, определены эъекты исследований и цель диссертационной работы, показано научное и рактическое значение выполненной работы.

В первой главе выполнен критический литературный обзор работ области технологических исследований при бурении глубоких скважин в :ложненных условиях и обоснована постановка задач, результаты решения эторых составляют содержание диссертационной работы.

Данные наблюдений за параметрами бурового процесса эименяются очень давно. Замеры скорости проходки применялись рядом ¡следователей для разделения пород на пачки равной буримости и оценки юоты долот. Наибольший вклад в эти исследования внесли советские геные В.Н.Дахнов, В.Г. Беликов, Ю.Ф.Алексеев, М.Р.Мавлютов, .Н.Попов, H.A.Колесников, Р.М.Энгелес, Г.Д.Бревдо, М.А.Фингерит, .И.Самсоненко и ряд других. С появлением наземных информационно-мерительных систем возникла необходимость в более оперативных ггодах оптимизации отработки долота и корректирования режимных фаметров в процессе механического бурения.

Кроме задач оптимизации, те же данные, измеряемые на )верхности, могут быть использованы для предупреждения и раннего дааружения различных предаварийных ситуаций. Наибольший вклад в ¡учение причин и механизма проявления пласта внесли ряд советских и рубежных ученых А.И.Булатов, А.А.Мовсумов.В.Д., Шевцов, В.Бабаян, В.Рэм. Н.Адамс, Н.Гоинс, Р.Шеффилд. Т.Браин. А.К.Куксов и Указанные исследователи развивали принципы контроля за мереннем ряда параметров бурового процесса, но в их трудах

не обозначены четкие критерии распознавания предвыбро-

совых ситуаций по этим параметрам. Механизм поглощения бурового раствора в пласт изучался В.И.Мшцевичем, В.И.Крыловым, Г.А.Ситдыковым, Г.С.Абдрахмановым, А.Х.Мирзаджанзаде,

А.Г.Аветисовым, М.С.Винарским, М.Хаббертом, Д.Уиллисом, Б.Итоном и многими другими. Все исследователи отмечают большое влияние гидродинамических давлений в скважине на процессы поглощений, а также необходимость учета величины давлений гидроразрыва. Существует целый ряд методов получения информации по поглощающим пластам, основанных, главным образом, на статистической обработке данных исследования таких пластов. При их применении практически не используется информация, получаемая в процессе вскрытия пласта на начальном этапе поглощения с помощью наземных датчиков.

Первые отечественные работы в области теории геолого-технологнческих исследований проводились в Казанском

государственном университете под руководством профессора Ю.А.Дикгофа Им были разработаны физико-математические основы гидродинамических методов выделения коллекторов, введены понятия расходометрии и дебитометрии, а также теоретически обоснованы различные виды аномалий уровня и расхода бурового раствора в зависимости от условий вскрытия и фнльтрационно-емкостных свойств пласта. Практическое использование данных исследований показало высокую степень неоднозначности не только при оценке коллекторских свойств, но и при выделении коллекторов. Связано это, в первую очередь, с неучетом технологии вскрытия пластов (изменение режима вскрытия и обработка раствора) и погрешностью измерения информативных параметров. Практические работы как по выделению коллекторов, так и по оптимизации бурения на основе измерений с помощью дооснащенных технологическими датчиками газокаротажных станций проводились под руководством Э.Е.Лукьянова в Западной Сибири. В процессе указанных работ были введены понятия детального механического каротажа, каротажа по давлению и фильтрационного каротажа, и показана хорошая корреляция этих методов со стандартной геофизикой. Э.ЕЛукьяновым была впервые показана возможность контроля износа опор долота по данным ГТИ при бурении различными типами турбобуров.

Исследованиямп характера и причин неустойчивости ствола скважины и условиями возникновения прихватов занимались Н.М.Шерстнев. Я.М.Расизаде, С-А-Ширинзаде, Б.В.Байдюк, А.К.Самотой, И.П.Пустовойтенко, А.П.Сельващук, Н..Адаме, М.Броузе, Г.Вильсон, В.Хелмик, и многие другие. Этими учеными были выявлены факторы, обусловливающие неустойчивость пород в разрезе и стволе скважины, причины прихватов инструмента, а также разработаны методы ликвидации прихватов. Все методы предупреждения осложнений, связанных с неустойчивостью ствола скважины, не предусматривают оперативной оценки сложившейся ситуации в скважине и соответствующей корректировки действий по предупреждению прихватов.

Задача "прогноза и оценки пластовых / поровых давлений является актуальной при проводке глубоких разведочных и поисковых скважин. Проблеме аномально-высоких пластовых давлений (АВПД ) посвящен ряд работ К.А.Аникеева, В.М.Добрынина, Б.Л.Александрова, В.С.Ташаева, А.А.Орлова, У.Фертля, Б.Итона и других. Существует множество методов прогноза, контроля и расчета величины пластовых давлений, основанных на замерах непосредственно в процессе бурения. К ним относятся методы d - экспоненты, сигма - log и разные их модификации. Недостаток метода d -экспоненты - низкая чувствительность при репрессиях на пласт выше 4 МПа и невысокая точность; недостаток сигма-log - тот же, что и у d-экспоненты плюс сложность интерпретации, неучет износа долота и ограниченная область применения - твердые непластичные породы. Кроме того, оба эти метода требуют значительного объема информации по вышележащим породам,поскольку тренд нормального изменения свойств пород строится на этой базе.

В настоящее время все задачи предупреждения осложнений и аварий, рациональной отработки долота и контроля пластовых давлений решаются либо неоперативно, либо с низкой степенью достоверности. Главная причина этого заключается в отсутствии четких критериев их решения, т.е. соответствующего методического и программного обеспечения. Кроме того, отсутствует единый комплексный подход, который обеспечил бы наиболее рациональное и эффективное применение методов в конкретных геолого-технологическнх условиях.

Исходя из изложенного выше, диссертант сформулировал основ-

ную задачу защищаемой работы следующим образом: обоснованней разработка комплекса методов технологических исследований, обеспечивающих безаварийную и рациональную проводку скважины.

Вторая глава посвящена теоретическим основам и разработке комплекса методов ГТИ для предупреждения осложнений и аварий.Технологические задачи, решаемые комплексом ГТИ. следующие: предупреждение выбросов и значительных поглощений бурового раствора, предупреждение прихватов инструмента и оценка технических неисправностей инструмента н оборудования.

Для предупреждения выбросов необходимо оценивать следующие ситуации: поступление пластового флюида в скважину и движение его по стволу, выход пачки газа на поверхность, проявление в процессе подъема инструмента. Проведенные диссертантом теоретические исследования и промысловые испытания позволили определить характерные признаки данных ситуаций [4.5].

Процесс подъема газовой пачки происходит без расширения газа до тех пор, пока давление насыщения газа не превысит гидростатическое давление в скважине; с этого момента начинается выделение газа, что сопровождается снижением давления на насосах и ростом уровня в емкости. Момент выхода пачки из ствола скважины сопровождается резким ростом уровня и снижением давления, ростом и колебаниями потока на выходе, а также резким ростом газосодержания раствора, снижением его плотности и температуры. Проявление флюида в процессе подъема инструмента определяется по разнице между объемом поднятых труб и объемом доливаемого раствора. Диссертантом предложена и успешно опробована на практике технология контроля за доливом, включающая кроме визуальных ряд количественных характеристик [6]. Контроль осуществляется путем регистрации уровня в рабочей или доливочной емкости, расчета теоретического долива, баланса каждого долива и общего баланса с начата подъема. Приток в процессе подъема отличается от поступления пачки флюида из-за эффекта свабирования тем, что в первом случае при неподвижном инструменте наблюдается движение бурового раствора по желобам.

Для предупреждения значительных поглощений бурового раствора необходимо оценивать поглощение в процессе циркуляции, погло-

щение без циркуляции, поглощение при спуске инструмента, момент вхождения долотом в поглощающие пласты. Прямые признаки поглощения - снижение уровня в рабочей емкости и скорости потока на выходе из скважины, косвенные - снижение и колебания давления на входе, рост скорости проходки, снижение температуры раствора. Определение типа поглощающей среды и величины давления начала поглощения позволяет выбрать наиболее оптимальный способ ликвидации поглощения. С этой целью автором диссертации был разработан метод определения давления начала поглощения в процессе вскрытия поглощающего пласта, использующий линейную модель фильтрации [7]. Для реализации этого метода создаются различные давления на пласт и фиксируется интенсивность поглощения в каждом случае. Давление в скважине можно изменять путем изменения гидродинамических потерь давления в кольцевом пространстве (КП) - Ркп. Тогда имеем следующее соотношение:

Qi Pre + Д PKni - Рпл ^ ^

Q2 ~ Pre + Д Ркго - Рпл

где Pre и Рпл - гидростатическое и пластовое давления;

ДРКП1 и ДРкп: - потери давления в КП для интенсивностей поглощения Qi и Q: соответственно.

При выключенной циркуляции (ДРкт = 0) формула для определения Рпл преобразуется к виду:

Q; ДРкп

Рпл — Pre - п п----<2>

Qi - Q2

где (^1 и С?? - интенсивность поглощения в процессе циркуляции и без нее соответственно.

Рассчитанное по формуле ( 2 ) пластовое давление является величиной давления в скважине, при котором фильтрация в пласт равна нулю, т.е. фактически величиной давления начала поглощения.

По этой вмичнне рассчитывается требуемая для ликвидации поглощения плотность бурово1 о раствора.

Для предупреждения осложнений, связанных с неустойчивым стволом скважины и угрозой прихвата, необходимо отличать осыпи и обвалы, зашламления. сальники, сужения ствола и наличие уступов.

Основные признаки появления прихватоопасных зон в разрезе - рост давления в циркуляционной системе и крутящего момента на роторе, избыток обвальной породы на вибросите, затяжки и посадки при спуско-подъемных операциях.

В дополнение к качественным признакам диссертантом были предложены количественные характеристики неустойчивых зон [8]. Интервал неустойчивости ствола скважины в процессе бурения определяется по времени подъема обвальной породы на поверхность начиная с момента появления аномалии и до появления породы на вибросите с учетом размера и плотности частиц породы и свойств раствора. Кроме этого, предложено оперативно оценивать степень очистки забоя от шлама: требуемый расход бурового раствора должен обеспечивать скороа ь потока в кольцевом пространстве, превышающую скорость оседания шлама и не позволяющую превышать допустимую его концентрацию.

В третьей глаис обосновывается комплексный метод оценки пластовых давлений по данным ГТИ. Задача контроля пластовых давлений делится на два этапа - определение приближения и вхождения в зону АВПД и количественная оценка и прогноз давлений на большую глубину. Анализ признаков приближения к зоне АВПД и вхождения в эту зону позволил разработать классификационную таблицу, содержащую ряд признаков по данным ГТИ, изменение которых позволяет выделить барьер давления над переходной зоной, переходную зону и собственно зону АВПД.

Для решения задачи количественной оценки давлений был проведен обширный анализ всех существующих методов применительно к реально существующим скважинным условиям месторождений республики Коми, Туркменистана и Западного Казахстана. В качестве базового был выбран метод сЗ-экспоненты и выявлены специфические условия и требования дтя его успешной реализации.

Одно из требований применения методов - учет износа долота.

Для использования в аналоговых станциях ГТИ автором диссертации предложен графический способ учета, основанный на том положении, что для долот одинаковых типов и работающих в аналогичных породах линии износа на <1-экспоненте будут параллельны [9]. Из аналитических зависимостей была выбрана модель износа Галле-Вудса, показавшая лучшие результаты в сравнительном анализе. Для использования этой модели были проанализированы и подобраны отечественные анатоги типов долот по группам твердости.

Второе требование - повышение точности определения величины давления. С этой целью был разработан метод расчета, основанный на фактической зависимости <3 - экспоненты от плотности бурового раствора и использовании равновесной с! - экспоненты, т.е. значения, которое принимает (¿-экспонента в условиях равновесного режима бурения [10]. Зависимость d = ) имеет степенной характер, т.е.

где с)1 и йг - значение неисправленной с!-экспоненты;

р 1 и р г - соответствующая плотность бурового раствора; с - показатель степени, характеризующий влияние плотностн раствора (или дифференциального давления) на ё-экспоненту.

Исходя из данного уравнения была предложена формула для расчета пластового давления:

где grad Рпл - градиент пластового давления; р экв - эквивалентная плотность раствора; ёф - фактическое значенне ё-экспоненты; (Зр - значенне d - экспоненты в условиях равновесия ( при grad Рпл = р экв).

(3)

(4)

Значение можно определить для любой точки пласта, где известно пластовое давление (например, было проведено пла-стоиспытание), либо другим косвенным методом, принимая что в данном интервате режим бурения приближен к равновесному. В любом случае равновесная с1 - экспонента определяется из уравнения:

где с1 и р экв - фактическое значение с! - экспоненты и эквивалентная плотность раствора в том же интервале.

Для случаев, когда в процессе проводки разведочных скважин возникает необходимость оценки пластовых давлений в зоне АВПД при отсутствии информации по вышележащей переходной зоне, автором диссертации предложено проводить последовательную аппроксимацию сЬэкспоненты от глубины различными зависимостями и по ним же делать прогноз на большую глубину до тех пор пока не появится хотя бы один замер пластового давления. При появлении единичного замера давления определяется значение (1 -экспоненты на линии тренда, рассчитывается пластовое давление по предыдущему интервалу и далее аппроксимируются значения давления различными зависимостями с прогнозом на большую глубину до тех пор, пока не будет выбрана наиболее подходящая модель аппроксимации. Такой метод последовательных приближений позволяет оценивать величину давления и корректировать плотность раствора даже в условиях начальной неопределенности.

Прогноз давлений производится методом интерполяции значений давлений на глубину 25-50м ниже долота, а при разбросе значений не более чем на 5-10% - на глубину до 100 м. По прогнозной линии давлений определяется глубина спуска обсадной колонны и изменение плотности раствора.

Все разработанные методики прошли широкое опробование в вышеназванных районах. В качестве критериев эффективности методов использоватись либо данные прямых замеров в пласте, либо поведение скважины при корректировании плотности раствора, если пластоиспытания

(5)

не проводились. Например, при прогнозе пластового давления на месторождении Тенгнз наши расчеты показали тенденцию снижения градиента пластового давления с глубиной при вскрытии отложений продуктивного карбона, хотя проектом предполагалась его величина неизменной и при проектной плотности раствора бурение ниже 4300-4350м было практически невозможно из-за непрерывных поглощений и последующих выбросов раствора. Опираясь на результаты прогноза н практику дальнейшего вскрытия, была изменена конструкция скважины и технология бурения, что и позволило в дальнейшем вскрывать весь этаж нефтегазоносности. Другой пример выделения зоны повышенных давлений в разведочной скважине N 1 Нагумановской площади Оренбургской области приведен на рис. 1. Подтверждением служат повышенные газопоказания бурового раствора и данные ГК. Но поскольку величина давлений не превышает фактического давления в скважине и бурение проходит без осложнении, никаких корректировок сделано не было.

Четвертая глава посвящена разработке оперативных методов оптиматьной отработки долот для достижения наилучших показателей работы данного долота в конкретных геолого-гехнико-технологических условиях. В качестве управляющих воздействий было выбрано время пребывания долота на забое и режимные параметры ( нагрузка, обороты, расход). При этом полагалось, что главная оптимизационная задача -выбор типа долота, способа бурения, типа бурового раствора, конструкции инструмента и т.д. - заранее решена на стадии проектирования.

Оперативный выбор оптимальных параметров режима целесообразно проводить по критерию максимума механической скорости проходки. В качестве критерия подъема долота следует использовать ряд качественных признаков, определяющих износ опоры. Если вооружение долота изнашивается быстрее, то в качестве критерия подъема используется максимум текущей рейсовой скорости или минимум стоимости метра проходки в пределах рейса долота. '

Для выбора оптиматьной нагрузки на долото автором разработан метод, свободный от недостатков известных методов "заторможенного вала лебедки" и "минимума времени выбурки". Метод заключается в анализе массива данных величины разгрузки инструмента за время

ПЛОЩАДЬ: НАГУМАИОВСКАЯ

СКОРОСТЬ ПРОХОДКИ м/ч

НОМЕР СКВАЖИНЫ :

ГРАДИЕНТ ПЛАСТОВОГО ЯВЛЕНИЯ

1-/СЧ.1

10 12 14 16 1;

- I (ЛПЛЗ.НЛ доло; о^ мех,скоросч ь 1 ГЛЗОСГ )Д СУМ

О"

лотност». р — — :»кспоме»гтй ^ Граднои г Рил

— Оп — экспонента

Рис. 1. Выделение зоны повышенных, давлений.

подачн [11]. Анализ массива данных разгрузки заключается в расчете первой и второй производных зависимости нагрузки от времени. Если вторая производная положительна - требуется снижение нагрузки, сели отрицательна - требуется увеличение нагрузки. Как показала практика, опрос датчика веса даже при самой быстрой подаче необходимо производить с частотой не более 50гц, что вполне обеспечивается современной аппаратурой. Данный метод не требует проведения эксперимента н задалживания времени у буровой бригады, т.к. анализ ведется постоянно в реальном времени и величина нагрузки может корректироваться с каждой новой подачей.

Пятая глава посвящена разработке технологии анализа опасных аномалий и оценки ситуаций в процессе ГТИ. Для решения поставленной задачи был разработан обязательный комплекс регистрируемых параметров для каждой технологической операции, проводимой в скважине - бурение, промывка, СПО и т.д.[2]. Несоответствие данному комплексу влечет за собой либо неоднозначность в решении задачи, либо невозможность правильной оценки ситуации. Разработанная технология основана на использовании рекурсивных алгоритмов анализа, когда каждое последующее воздействие на объект (в данном случае, на скважину) обусловлено реакцией объекта. Данная технология предусматривает поэтапный анализ десяти самых типичных аномалий, возникающих в процессе бурения, промывки, проработки и СПО, и позволяет оценить около сорока различных ситуаций, связанных с угрозой выброса, катастрофического поглощения, прихвата и слома инструснта и ряда других предаварийных состояний скважины.

Шестая глава содержит описание информационной структуры ГТИ, а также описание разработанного алгоритмического и программного обеспечения. Многолетний опыт создания и использования инфомационно-измерительных систем позволил определить задачи, которые решаются системой в режимах реального времени on-line и в автономном режиме off-line. Задачи on-line - настройка системы, сбор и сохранение информации с отображением процесса на мониторе, контроль выхода параметров за установленные пределы, формирование и выдача на виешш^. устройства информации по установленным формам, решение ряда оперативных геологических и технологических задач, обеспечение периодического или

постоянного считывания информации в базу данных off-line. Задачи off-line - формирование базы данных, решение всех геологических (литологическое расчленение разреза, выделение коллекторов и определение характера их насыщения) и технологических (контроль и прогноз давлений в скважине и пласте, оптимальная отработка долот, предупреждение осложнений и аварий и оптимизация процессов их ликвидации) задач ГТИ, комплексная интерпретация данных, оптимизация строительства скважины [12].

Методическую основу разработанных алгоритмов составили методы, изложенные в данной диссертации, методы геолого-геохимнческих исследований, входящих в общий комплекс ГТИ, и, наконец, ряд методов, необходимых для проведения ГТИ и содержащихся в соответствующей нормативно-технической документации ( гидродинамические расчеты, расчеты по глушению скважин и т.д.).

Разработка программного обеспечения прошла последовательно три стадии. Вначате нами был разработан ряд пакетов прикладных программ для программируемых микрокалькуляторов МК-52 [13]. Это пакеты по АВПД, гидродинамике, обработке данных инклинометрии, интерпретации газового каротажа, оптимизации и т.д. Далее под руководством автора диссертации был разработан пакет прикладных программ ГТИ для IBM-совместимых персонатьных компьютеров под управлением DOS. Разработанные алгоритмы и программы учитывают возможность использования в полевых и стационарных условиях. В пакет вошли программы по гидродинамическим расчетам с применением двух реологических моделей - линейной и степенной (потерн давления в циркуляционной системе: в трубах, на долоте, в кольцевом пространстве, при спуско-подъемных операциях); программы по предупреждению осложнений (контроль за доливом и вытеснением раствора при СПО, контроль за выбросом, определение типа поглощающей среды и давления начала поглощения, определение места прихвата, объема ванны и допустимого закручивания инструмента, расчеты инструмента на прочность); программы обязательных технологических расчетов (время цикла и полуцикла промывки, время отставания шлама, расчеты при обработке раствора, разбивка скважины на секции и т.д.); программы литологического расчленения разреза на базе анализа

шлама, выделения ко.ллекторов по технологическим параметрам и газовому каротажу; программы оптимизации отработки долота. Данный пакет закрывает весь круг задач ГТИ режима off-line в пределах одной скважины.

С целью комплексной интерпретации, анализа и хранения данных бурения и ГТИ под руководством автора диссертации была разработана структура и конфигурация базы данных, а также сама база, содержащая информацию о процессе проводки и исследования скважин. База реализована под управлением СУБД Paradox в многозадачной и многопользовательской системе Windows for Workgroup. Структура базы приведена на рис.2. В базе содержатся сведения по месторождениям и скважинам, конструкции скважины и инструменту, по цементированию и обработке раствора, пометровые данные изменения всех регистрируемых параметров, характеристики осложнений и аварий, данные анализа шлама, керна, бурового раствора, данные газового каротажа. База позволяет проводить быстрый поиск необходимой информации, выдавать ее на монитор и принтер в графическом виде, печатать отчеты. Кроме этого, база данных выполняет различные запросы, осуществляет выборки, анализ информации и интерпретацию данных с помощью прикладного программного обеспечения. Прикладное программное обеспечение реализует полный комплекс методов ГТИ и имеет преимущество перед автономными пакетами программ, поскольку позволяет проводить обработку данных и соответствующую корреляцию по ряду скважин одного месторождения и по скважинам нескольких площадей. База данных является открытой системой и позволяет наращивать ее содержимое как новыми данными исследования скважин, так п новыми прикладными программами обработки данных.

Заключите

В период исследований по теме диссертационной работы получены следующие результаты:

1. Выявлены закономерности поведения параметров ГТИ в момент возникновения и развития осложнений: установлены характерные признаки развивающегося проявления и последующего выброса, начальной стадии поглощения, неустойчивости ствола скважины и угрозы прихвата,

СТРУКТУРА БАЗЫ ДАННЫХ ГТИ

Прикладное ПО

База данных

- Связь "один к одному* —. Связь "ОДИН КО МНОГИМ"

Рис. 2. Структура базы данных

предаварийных ситуаций, связанных с неисправностью оборудования. Разработаны методы получения качественных и количественных характеристик осложнений.

2. Разработан комплексный метод контроля и прогноза пластовых давлений, включающий в себя определение моментов приближения и вхождения в зону АВПД, учета износа долота, уточнение зависимости <1-экспоненты от плотности бурового раствора.

3. Разработан метод оценки, уточнения и прогноза пластовых давлений при отсутствии информации для построения тренда путем последовательной аппроксимации и показано практическое использование данного метода для корректирования режима проводки скважины и уточнения глубины спуска обсадной колонны.

4. Разработан оперативный метод определения давления начала поглощения и оценки пластового давления, заключающийся в замерах интенсивности поглощения при создании различных репрессий на пласт и использующий линейную модель фильтрации бурового раствора. Показана возможность использования данного метода для корректирования плотности бурового раствора.

5. Разработаны и опробованы в промысловых условиях ряд методов и приемов оптимальной отработки долота: поиск оптимальной нагрузки путем анализа массива данных разгрузки каждой подачи инструмента в реальном масштабе времени, определение момента подъема долота с использованием критериев износа долота по опоре и вооружению -изменение крутящего момента на роторе и давления на входе и достижение экстремальных значений рейсовой скорости и стоимости метра проходки.

6. Разработана технология анализа опасных аномалий и оценки ситуаций в процессе бурения скважин поданным Г'Ш на базе рекурсивных алгоритмов, которая включает последовательный поэтапный анализ аномалий измеряемых параметров, активное воздействие на скважину и оценку ситуации в зависимости от реакции скважины. Технология обеспечивает однозначность решения задачи в условиях неопределенности и повышает эффективность принятия решений.

7. Разработанные методы включены в методическое руководство-"Технология геолого-технологическнх исследований", РД 39-0147716-102-87.

Технология внедрена во всех геофизических объединениях страны и является эффективным средством повышения технико - экономических показателей бурения. Эффект достигается за счет сокращения материатьных и временных затрат на ликвидацию осложнений и аварий, а также за счет оптимальной отработки долот.

8. Все разработанные методы реализованы в виде прикладного программного обеспечения под управлением DOS. Разработана система управления данными ( база данных ГТИ ) с встроенным прикладным программным обеспечением под управлением СУБД Paradox for Windows. Данная разработка не имеет отечественных аналогов. Внедрение компьютерной обработки данных ГТИ, особенно в среде базы данных, значительно повышает эффективность использования получаемой информации.

Основные положения диссертации изложены в следующих печатных работах:

1. РД 39-4-1101-84. Положение о службе геолого-технологических исследований. - Уфа, ВНИИнефтепромгеофизнка, 1984 г.

2. РД 39-0147716-102-87. Геолого-технодогическне исследования в процессе бурения. - Уфа, ВНИИнефтепромгеофизнка, 1987 г.

3. Геолого - технологические исследования скважин. - Москва: Недра, 1993 г., 240с., ил. (соавторы Чекалин JLM. и др.).

4. Возможности технологического контроля для предупреждения аварий и осложнений в бурении. - Тезисы докладов областной научно-практической конференции "Состояние и перспективы геолого-геофизнческих и технологических исследований, проводимых в процессе бурения скважин", Тюмень, 1987 г.

5. Использование данных геолого-технологнческих исследований для предупреждения осложнений в процессе бурения скважин на месторождении Тенгиз. - Тезисы докладов республиканской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов по проблемам развития нефтяных месторождений, Уфа. 1987 г., вып. 17. (соавтор Теняков В. А.).

6. Аварии и осложнения при бурении скважин на Тенгизском месторождении. - Геофизические исследования в процессе бурения и

испытания скважин: Тр. ВНИИнефтепромгеофизпки, Уфа, 1989 г., вып. 19. (соавторы Шматченко С.Н. и др.).

7. Метод оперативной оценки пластового давления и предупреждеши осложнений в процессе бурения по результатам геолого-технологических исследований. - РНТС Нефтегазовая геология, геофизика и бурение, М., 1985 г., N 12. (соавтор Копцев С.Н.).

8. Оценка состояния неустойчивых пород в разрезе методами ГТИ. -Оценка выработки и качества вскрытая пластов методами ГИС: Тр. ВНИИнефтепромгеофизпки, Уфа, 1988 г., вып. 18. (соавтор Шматченко С.Н.).

9. Контроль за пластовым давлением по параметрам режима бурения. - РНТС "Бурение" ВНИИОЭНГ, N 10, 1983 г., с. 2-4. (соавтор Струговец Е.Т.).

10. Прогнозирование пластовых давлений по параметрам бурения. -Нефтяное хозяйство^ 10, 1984 г., с.22-25. (соавтор Струговец Е.Т.).

11. Способ оптимизации нагрузки на долото. - Геофизические исследования нефтяных скважин: Тр. ВНИИнефтепромгеофизпки, Уфа, 1990 г., вып. 20. (соавтор Дудников В.П.).

12. Применение вычислительной техники в ГТИ. - Тезисы докладов областной научно-практической конференции "Состояние и перспективы геолого-геофизических и технологических исследований, проводимых в процессе бурения скважин", Тюмень, 1987 г. (соавторы Славнптский Б.Н., Марков В.А.).

13. Спецвычислитель оперативной обработки данных геолого-технологических исследований "Мнкропак-ГТИ" - Состояние и пути дальнейшего совершенствования геолого-технологических исследований при бурении нефтегазовых скважин. Тезисы докладов Всесоюзной школы передового опыта, Тверь, 1990 г. (соавторы Б.Н.Славнитский мдр.).

14. Результаты оперативного технологического контроля при бурении глубокой разведочной скважины N 61 Иснмовской площади. - РНТС "Бурение" ВНИИОЭНГ, N 4, 1982 г. (соавтор Струговец Е.Т.).

15. Технологический контроль в процессе бурения скважин. - Научно-технический прогресс в нефтепромысловой геофизике: Тр. ВНИИнефтепромгеофизпки, Уфа, 1987 г., вып. 17. (соавторы Славнитский Б.Н., Шматченко С.Н.).

16. Выбор оптимального режима вскрытия продуктивных пластов пс данным геолого-технологических исследований (ГТИ) в процессе бурения. - Оценка выработки и качества вскрьгпы пластов методами ГИС: Тр. ВНИИнефтепромгеофизики, Уфа, 1988 г., вып. 18. (соавторы Муравьев П.П. и др.).

17. РД 39-0147716-008-89. Инструкция по приемке и оценке качества материалов геолого-технологическпх исследований в процессе бурения нефтегазовых скважин. - Уфа, ВНЫИнефтепромгеофизика, 1990 г.

18. Технология комплексных исследований в процессе бурения поисковых и разведочных скважин. - Состояние и пути дальнейшего совершенствования геолого-технологических - исследований при бурении нефтегазовых скважин. Тезисы докладов Всесоюзной школы передового опыта, Тверь, 1990г. (соавторы В.В.Лаптев, Муравьев П.П.).

19. Определение площади контакта шарошечных долот. - Геофизические исследования нефтяных скважин: Тр. ВНИИнефтепромгеофизики, Уфа, 1990 г., вып. 20. (соавторы Алексеев Ю.Ф., Янгирова И.З.).

/

/