Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Разработка методов выявления коллекторов в процессе бурения скважин, определение характера их насыщения и коллекторских свойств

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

Автореферат диссертации по теме "Разработка методов выявления коллекторов в процессе бурения скважин, определение характера их насыщения и коллекторских свойств"

'; i \) !l „

На правах рукописи

i 'Jul <;- -«.?

УДК 550.832.9

АХМАДУЛЛИН Феликс Абдуллович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ВЫЯВЛЕНИЯ КОЛЛЕКТОРОВ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ СКВАЖИН, ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРА ИХ НАСЫЩЕНИЯ И КОЛЛЕКТОРСКИХ СВОЙСТВ

04.00.12 — геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

КАЗАНЬ — 1996

Работа выполнена в Казанском государственном университете. Науч. рук. - доц. | Днктоф Ю.А. |, науч. консультант - доц. Ясонов Г Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Грунис Е.Б. ( г. Сыктывкар). кандидат геолого-минералогических наук, вед. спец. Кавеев И. X. ( г. Казань) Ведущая организация: Татарское геологоразведочное управление

АО " ТАТНЕФТЬ " (г. Казань)

Защита состоится " £I' < ¿У ^¡¿С, 1996 г. в / часов на заседании диссертационного совета К 053.29.21 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук при Казанском государственно) университете по адресу:

420008, г.Казань, ул.Ленина 4/5, геологический факультет КГУ, ауд.34

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке им.Н.И.Лобачевского Казанского государственного университета.

Автореферат разослан Сибц'&а 1996 г.

Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах просим направить в адрес Ученого секретаря диссертационного совета:

Ученый секретарь

Диссертационного совета, . . I

канд.геол.-мин. наук, доцент^~~у\ Н^^г?*-^ """ Д.К.Нургалиев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В последние годы прирост разведанных запасов гефти в терригенных коллекторах Татарстана постепенно сокращается, троблема выявления новых месторождений нефти, связана со сложно по-ггроенными карбонатными коллекторами и породами кристаллического фундамента. Основанием для изучения кристаллического фундамента :лужат материалы бурения и методов исследования скважин в процессе 5урения (СКИБР), которые показывают, что в теле фундамента имеются фонкцаемые зоны, в которых существуют благоприятные условия для :копления углеводородов.

Между тем, задача выявления и изучения сложнопостроенных кол-гекторов не всегда решается современным комплексом промысловой еофизики из-за глубокого проникновения промызочной жидкости в юллекторы трещинного и трешинно-кавернового типов и потерей гео-югической информации о разрезе, связанной с разницей между временем ¡урения скважины и временем проведения ГИС.

В значительной мере эта проблема может быть решена повышением ффективности прсмыслово-геофизических исследований бурящихся кважин, в том числе и комплексом исследований в процессе бурения, юлучившим название геолого-технологического контроля и управления [роцессом бурения глубоких скважин.

Геолого-технологический контроль бурения скважины должен ре-тать комплекс геологических и технологических задач, направленных на перативное выявление в разрезе бурящейся скважины перспективных на ефть и газ пластов-коллекторов и обеспечения безаварийной проводки кважин.

В настоящее время в Республике Татарстан работают несколько се-ийно изготовленных станций геолого-технологической информации ГТИ), одна из которых установлена на сверхглубокой опорно-араметрической Ново-Елховской скважине N20009. Ввиду отсутствия на гих станциях датчиков, позволяющих решать геологические задачи, за сключением проведения газового карогажа, они, в основном, решают щачи технологического контроля процесса бурения и проводки сква-:ины.

В связи с этим возникла необходимость в разработке рационально-э комплекса исследований, позволяющих в процессе бурения скважин гшать с достаточной эффективностью и экономичностью геологические щачи по выявлению проницаемых зон в исследуемом разрезе, определе-Е1Й характера их насыщения и коллекторских свойств.

Цель работы. Разработка методов исследования разрезов буря-;ихся скважин, включая теоретические основы, аппаратуру, методику эоведения работ и методику интерпретации материалов.

Основные задачи исследований:

1. Разработка физико-теоретических основ , дебитометрического, расходомерного, электрического, термометрического , плотностемерного и вискозиметрического методов.

2. Лабораторные исследования процесса фильтрации глинистого раствора через проницаемые перегородки.

3. Разрабогка станции комплексного исследования параметров бурового раствора- СКИБР.

4. Разработка методики исследования аппаратурой СКИБР.

5. Разработка методики качественной и количественной интерпретации результатов исследований скважин СКИБР.

6. Исследование аппаратурой СКИБР разрезов осадочного чехла и кристаллического фундамента сверхглубоких скважин.

Научная новизна:

1. Разработаны физико-теоретические основы дебитометрического, расходомерного, электрического, термометрического, плотностемерного и вискозиметрического способов исследования разрезов бурящихся скважин.

2. Лабораторные исследования полностью подтвердили правильность теоретических выводов о характере фильтрации глинистого раствора в коллектор при вскрытии его в процессе бурения.

3. Разработана аппаратура, методика проведения работ и эталони-ровки датчиков аппаратуры СКИБР.

4. Разработана методика качественной и количественной интерпретации результатов исследований скважин аппаратурой СКИБР.

5. Показана возможность использования воздушных аномалий для точного определения границ проницаемых зон, выделяемых по электрическим, термометрическим, плогностемерным и вискозиметрическим данным.

6. Разработана методика определения коэффициентов проницаемости и пористости по гидродинамическим данным.

7. Разработан на уровне изобретения (авторское свидетельство N610987). способ по предотвращению аварийных нефтегазовых выбросов из скважины в процессе их бурения.

Основные защищаемые положения работы.

1. Разработанные физико-теоретические основы методов исследова ния скважин доказывают возможность зыделепия проницаемых зон в процессе бурения скважин.

2. Результаты лабораторных исследований позволили подтвердить правильность.сделанных теоретических разработок.

3. Разработанная аппаратура СКИБР и её выносные датчики позволяют непрерывно фиксировать в процессе бурения различные параметры промывочной жидкости.

4. Разработанная методика проведения исследований и эталонировки датчиков СКИБР позволяет повысить точность проводимых исследований.

5. Разработанная методика качественной и количественной интерпретации позволяет выделять на диаграммах СКИБР все типы полезных аномалий, пласты-колллекторы, определять их кровлю и подошву, характер типа флюида, насыщающего проницаемую зону, сделать расчет коллек-торских свойств пород, включая Кпр и Кп.

6. Регистрация воздушных аномалий позволяет определить дебит промывочной жидкости, нагнетаемой в скважину, и истинную глубину залегания коллекторов.

Практическая ценность работы.

Предложенные методы гидродинамических исследований дают возможность выделять в разрезе бурящихся скважин проницаемые пласты, определять их кровлю и подошву, тип насыщающего их флюида, коллекторские свойства горных пород, (проницаемость и пористость), прогнозировать нефтегазовые выбросы до выхода нефти и газа на дневную поверхность.

Реализация результатов.

Разработанными методами исследованы разрезы более двадцати разведочных скважин в Татарстане и Удмуртии, и десять глубоких опорно-параметрических скважин, в которых проводились исследования СКИБР в фундаменте. При исследовании скважин гидродинамическим методом использовались методические разработки диссертации. Ряд технико-методических разработок автора были переданы для внедрения гидродинамического метода в ПО "Татнефтегеофизика," в Урайскую геофизическую экспедицию и во ВНИИ "Нефтепромгеофизика" г.Уфа.

Апробация работы.

Результаты исследований докладывались и обсуждались на научно-технической конференции "Геологические и технологические особенности заложения Ново-Елхозской сверхглубокой скв. 20009" (Альметьевск, 1988), научно-технической конференции "Проблема повышения эффективнссти геолого-разведочных работ в Татарии" (Альметьевск, 1989), на ежегодных координационних совещаниях ВНИИ "Нефтепромгеофизика"(г.Уфа), объединенном совещании УБР, "Урайнефтегаз", Урайская геофизическая экспедиция (г. Урай, Тюменской области). Основные положения данной работы докладывались на итоговых научных конференциях Казанского государственного университета. Станция СКИБР дважды экспонировалась в г. Москва на ВДНХ.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 22 печатных работах, из них одно изобретение, изложены в 11 научно-технических отчетах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Содержит^ машинописных страниц, 57 рисунков, 14 таблиц. В списке использованной литературы125 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю доценту Ю.А.Дикгофу, памяти которого и посвящена данная работа, а также научным консультантам, доцентам П.ГЛсонову, Д.К.Нургатиеву, доцентам А.С.Борисову, Ш.З.Ибрагимову, Д.И. Хасанову, а также всем способствовавшим выполнению данной работы.

Особую признательность автор выражает д.г.м.н., проф.Г.Е.Яковлеву за ценные консультации и замещания сделанные при просмотре работы и подготовке ее к защите.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

1. В первой главе приводится обзор методов получения геолого-геофизической информации в процессе бурения.

Впервые идея об использовании газов, для выявления в разрезе нефтегазоносных пластов была высказана в 1933 г. В.А.Соколовым и М.В.Абрамовичем.

В 1933-1936г.г. П.И.Левицкий применил для исследования разрезов скважин механический каротаж.

В середине 50 годов и позже появляются станции АГКС-55/59; АГКС-65; АГКС-4.

В развитии теории, методики, интерпретации данных газового каротажа и создании аппаратуры сыграли роль работы В.А.Соколова, Л.И.Померанца, Л.М.Чекалина, Ю.М.Юровского, В.М.Кузьмина, Э.Е.Лукьянова, В.В.Масюкова и др.

Начиная со второй половины 60-х годов, под руководством Э.Е.Лукьянова в Западной Сибири проводились работы с помощью станции АСПБ, что привело к созданию службы геолого-технологического контроля процесса бурения. Станции ГТИ решают, в основном, технологические задачи проводки скважины и, из-за отсутствия специальных датчиков, в меньшей степени геологические задачи по комплексному изучению разреза бурящихся скважин.

Станция комплексного исследования параметров бурового раствора СКИБР, разработанная при участии автора на кафедре геофизики Казанского госуниверситета предназначена для решения геологических задач исследования разрезов скважин в процессе бурения.

С конца 60 годов под руководством автора проводились исследования аппаратурой СКИБР разрезов осадочного чехла и кристаллического фундамента на глубоких и сверхглубоких скважинах, что позволило выявить в сложнопостроенных коллекторах значительное количество проницаемых зон и определить харак гер их насыщения.

За рубежом вопросами изучения разрезов скважин по исследованиям ПЖ, шлама, керна и контроля за технологическими параметрами в

процессе бурения занимаются фирмы "Дрессер", "Бароид", "Аналисте", "МОНАРХ", "Хикопог" и др. в США, "Джеосервис", "Самога", "СНПА", Институт нефти во Франции, а также ряд фирм в других странах.

Вторая глава посвящена физико-теоретическим основам разрабаты-выаемых методов. При дебитометрическом способе в процессе бурения непрерывно регистрируются дебиты ПЖ, нагнетаемой в скважину и изливающейся из нее на дневную поверхность. Так как ПЖ практически несжимаема, то вскрытие любого коллектора немедленно отображается на кривой разности дебитов, а кровля и подошва пласта с высокой точностью определяется по аномальным участкам разностной кривой.

При расходомерном способе выявления коллекторов в процессе бурения производится непрерывное определение изменения объема ПЖ в емкостях в зависимости от времени 7! глубины забоя. Расходомерные аномалии отмечаются на диаграммах точно так же как, и дебитомет-рические.

Во втором разделе главы рассматриваются некоторые результаты математического анализа процесса фильтрации глинистого раствора ь пласты-коллекторы. Вначале рассматривается случай, когда фильтрация глинистого раствора в коллектор начиналась только после вскрытия всей его мощности. Сделаны выводы для данного идеализированного случая фильтрации ПЖ в коллектор, позволившие уяснить характер процесса и в том числе процесса образования глинистой корки на стенках сважины против коллекторов гранулярного типа.

Далее рассматривается реальный случай, когда фильтрация ПЖ в гранулярный коллектор начинается в момент вскрытия его кровли. В целях более наглядного пояснения процесса фильтрации ПЖ произведен расчет теоретических кривых зависимости дебита фильтрации от времени для одного и того же гранулярного коллектора и шести различных механических концентраций глинистых частиц в растворе и мощности колллектора, равном двум метрам. Анализ рассчитанных теоретических кривых показал

1. По дебитометричепким кривым более четко, чем по расходомерным кривым, определяются моменты вскрытия и глубины залегания кровли и подошвы каждого коллектора.

2. С увеличением механической концентрации С глинистого раствора, при прочих неизменных условиях, дебит поглощения и объем профильтровавшейся в гранулярный коллектор жидкости резко убывает. Поэтому возможности выявления гранулярных коллекторов дебитомет-рическим и расходомерным способами резко возрастают при бурении на чистой воде.

Что касается трещинных и трещинно-кавернозных коллекторов, то поскольку при их вскрытии на стенках скважины не образуется глинистой корки, процесс проникновения в них глинистых растьоров любого удельного веса может быть охарактеризован в первом приближении кри-

выми, рассчитанными для гранулярных коллекторов при механической концентрации ПЖ, равной нулю.

Для пояснения возможностей выявления дебитометрическим и рас-ходомерным способом трещинных и трещинно-каверновых коллекторов при буренил скважины на глинистом растворе были рассчитаны теоретические дебитометрические и расходомерные кривые для коллекторов с различными коэффициентами проницаемости и одинаковой мощности равной двум метрам. Анализ кривых показал, что в процессе бурения скважин на глинистом растворе, по дебитометрическим данным можно выявлять указанные коллекторы при коэффициенте проницаемости Клр > 0,18. Ю-12 м2, а по расходомерным кривым, при Кпр > 0,02. 1012м2.

Таким образом, при достигнутой в настоящее время точности измерений дебита и расхода, расходомерный способ выявления коллекторов вышеуказанного типа является примерно в 10 раз более чувствительным, чем дебитометрический.

Следует иметь ввиду, что указанные минимальные значения Кпр коллекторов, не являются предельными, так как они были рассчитаны для коллекторов мощностью 2 м., вскрываемых при перепаде давлений равной 10 кгс/см2. Если фактическая мощность коллектороз будет больше 2х м, а перепад давлений окажется больше 10 кгс/см2, то дебитометрическим и расходомерным способами будут выявляться проницаемые пласты, обладающие меньшими коэффициентами проницаемости.

3.Раздел посвящен лабораторным исследованиям процесса фильтрации глинистого раствора через проницаемую перегородку .

Основной задачей этих исследований являлось изучение характера изменения дебита фильтрующейся жидкости во времени в зависимости от следующих факторов:

1. Разности давления - Р по разные стороны фильтрующей перегородки, при неизменной ее толщине и площади поперечного сечения.

2. Концентрации глинистых частиц в буровом растворе.

В качестве аналогов горных пород в лабораторной установке использовались специальные воронки для микрофильтрования с разными коэффициентами проницаемости. Была проведена серия опытов с одиночными фильтрами и набором фильтров, имитировавшими аналог пласта-коллектора. Опыты проводились с водой и со специально приготовленными растворами различной концентрации при трех различных перепадах давления.

По полученным данным были построены наблюденные кривые зависимости количества профильтровавшейся жидкости V , а также кривые изменения дебита фильтрации g от времени. Анализ кривых позволяет отметить, что при использовании воды количество фильтрующейся жидкости растет пропорционально времени, а дебит фильтрации остается неизменным. При наличии глинистого раствора количество фильтрующейся жидкости также растет со временем, но непропорционально

последнему. Чем больше концентрация глинистого раствора, гем медленнее присходит процесс фильтрации. Дебит же глинистого раствора быстро убывает во времени и тем резче, чем больше концентрация глинистого раствора. Помимо выяснения общих закономерностей процесса фильтрации глинистого раствора вышеописанные опыты проводились также с целью определения коэффициента проницаемости глинистой корки. Для этого использовалась специально рассчитанная палетка теоретических кривых g/gmax = f(t) по шифру кривых которой и проводился расчет указанного параметра.

В результате обработки экспериментальных данных по вышеописанной методике численное значение коэффициента проницаемости глинистой корки оказалось очень небольшим и изменяющимся для разных наблюдаемых кривых g/gmax = f(t) в широких пределах от 0,2 до 0,03 10-'2м2.

Кроме одиночного фильтра проводился опыт, где фильтрация производилась через девять фильтров. Этот опьп представлял собой имми-тацию процесса фильтрации глинистого раствора в коллектор, постепенно вскрываемый при бурении скважины. Результаты этих наблюдений представлены в виде кривых V = f(t) и g = f(t). Сопоставление наблюденной кривой g = f(t) с аналогичными теоретическими кривыми полностью подтверждает прапильность теоретических выводов о характере фильтрации глинистого раствора в коллектор при вскрытии последнего в процессе бурения.

4. Раздел посвящен электрическому (резистивиметрическому) методуВ зависимости от знака разности давлений скзажина-пласт, следует различать три электрических способа выявления коллекторов. Первый, когда пластовое давление в коллекторах превышает давление ПЖ. Аномальное изменение сопротивления ПЖ будет зарегистрировано поверхностным резистиг.иметром не сразу в момент начала притока пластовых вод в скважину, а с запаздыванием t3, равным времени подъема ПЖ от забоя скважины до ее устья. Аналогичное запаздывание будет отмечаться и при регистрации плотностемерных, термометрических и вискозимет-рических аномалий. Второй электрический способ, когда давление ПЖ превышает пластовое давление. В этом случае, с помошью воздушного компрессора, или любым другим способом, необходимо выдавить из скважины часть ПЖ и, создав положительный перепад давления пласт-скважина получить приток флюидов в скважину. Третий вариант, когда нулевой перепад давлений пласт-скважина. В этом случае флюид поступает в ПЖ только из разбуренной части коллектора. Теоретические расчеты позволили определить чувствительность электрического метода и сделать следующие выводы:

1. Если дебит притока g пластовой воды в скважину уменьшаясь стремится к нулю, то удельное электрическое сопротивление смеси ПЖ с

пластовой водой должно стремиться к удельному электрическому сопротивлению чистого бурового раствора р<>, а амплитуда электрической аномалии должна стремиться к нулю.

2. Если дебит притока пластовой воды увеличивается и стремится к бесконечности, то рс смеси должно стремиться к сопротивлению пластовой воды рп , а амплитуда аномалии должна стремиться к рп- ро* 0.

3. Электрическая аномалия десятипроцентной амплитуды,уверенно выделяющаяся на наблюденной кризой, возникнет, когда в смеси жидкостей на каждый литр чистого бурового раствора будет приходиться всего около 1см3 пластовой воды с рп=0,05 Ом.м.

Практическая оценка содержания пластовой воды в буровом растворе о производится следующим образом.

По специально рассчитанной номограмме, по известным значениям р0, рп и рс, определяется отношение g /О, где О дебит ПЖ нагнетаемый в скважину. Зная (>, определяется g.

Таким образом, можно утверждать, что электрическим способом можно обнаруживать коллекторы, которые создают ничтожные притоки пластовых вод или других типов флюидов в скважину.

5. Раздел посвящен сущности и теоретическим основам плотностемерно-го метода выявления коллекторов в процессе бурения.

Для непрерывного измерения плотности промывочной жидкости во время бурения скважины наиболее подходящими являются плотностеме-ры поплавково-весового и амплитудио-вибрационного типов. Принцип действия первых основан на том, что при изучении плотности жидкости, в которой находится поплавок, изменяется выталкивающая сила и поплавок перемещается соответственно вверх или вниз. Физические и теоретические основы этого заключаются в следующем.

Пусть высота поплавка Н=10 см, его плотность сто равна 0,8 г/см3, а плотность раствора стР меняется от 0,9 до 1,3 г/см3, то при плотности ПЖ равном 0,9 г / см3 будет иметь место следующее равенство Ро = Рр, т.е. вес всего поплавка (в воздухе) уравнивается весом вытесненного им раствора. Тогда можно записать Нхвхсг. = ( Н 11 )8.хст где Б - поперечное сечение поплавка, а Ь превышение поплавка над уровнем раствора равное Ь = (1 I стР)Н. Проведенный расчет зависимости Л Ь от оР показал, что изменение аР от 0,9 до 1,3 г/см3 изменяет А Ь на 2,73 см, что позволяет измерять плотность ПЖ с помошью этого метода с достаточной для практики точностью.

Так как возможные изменения удельного веса смеси ПЖ составляют от 1,002 до 1,018 г/см3 то для того, чтобы уловить такие небольшие изменения должен быть разработан плогностемер непрерывного действия шкала диаграммы которого должна регистрировать изменение плотности

раствора от 1,000 до 1,018 г/см3. Разработка прибора, удовлетворяющего всем этим требованиям была начата в 1987 году на кафедре геофизики Казанского госуниверситета. Окончательно разработанный прибор успешно прошел промышленное испытание на сверхглубокой Ново-Елховской скважине N 20009 при исследовании разреза фундамента.

6. В разделе излагается сущность и теоретические основы термометрического метода выявления коллекторов в процессе бурения скважин.

Принцип термометрического исследования промывочной жидкости заключается в непрерывном измерении ее температуры в процессе бурения скважины. Температура промывочной жидкости измеряется двумя специально разработанными датчиками-термометрами. Одним датчиком-термометром измеряется температура промывочной жидкости закачиваемой в скважину, а другим температура промывочной жи^ сости у устья скважины. Сложные процессы изменения температуры промывочной жидкости в скважине при бурении изучены недостаточно полно, но и имеющиеся сведения дают возможность применять термометрию промывочной жидкости в комплексе с дебитометрией, расходометрией, резистивиметрией, вискозиметрией и плотностеметрией для выделения пласгов-коллектороп в разрезе скважин. При бурении температура жидкости в причабойной зоне будет расти с ростом скорости вращения долота, с увеличением длительности рейса, с увеличением твердости горных пород. Температура поднимающейся от забоя жидкости будет тем выше, чем больше глубина скважины и геотермический градиент в данном районе. При непрерывной регистрации изменения температур 41 и 12 и их разности - Ь, возможно выделение аномальных зон повышения или понижения температуры промывочной жидкости.

В случае притока из коллектора пластовой воды, более нагретой, чем ПЖ, будет наблюдаться увеличение температуры (г. Если из пласта коллектора поступает нефть, температура и несколько уменьшается вследствие более низкой теплопроводности нефти. Снижение температуры Ь ПЖ будет происходить и при поступлении в скважину газа, что связано с падением давления и расширением газа в месте выхода его из пласта в скважину. При непрерывной регистрации температуры ПЖ. при определенных геологических условиях, на взгляд автора, возможно прогнозирование зон АВПД в трещиноватых породах. 7. В разделе изложены физические основы вискозиметричсского метода

Физическая сущность вискозиметрии заключается в следующем. Если привести в движение части жидкой среды одну относительно дру-"ой, то движение их постепенно замедлится и прекратиться, не будучи тоддержано внешними силами: и наоборот, если поддерживать часть кидкой среды в состоянии постоянного движения, то последнее посте-тенно сообщается остальмой массе жидкости. Эти явления, доступные ^посредственному наблюдению, были приписаны Ньютоном недостатку скольжения" между частицами жидкости, т.е. свойству, сход-

ному с трением между твердыми поверхностями. Ньютоном установлено, что величина, названная им т] . представляет константу, характерную для каждой данной жидкости, которая при обычном давлении уменьшается с температурой. Величина г) носит название динамического коэффициента внутреннего трения или вязкости. Было замечено, что вязкость всех жидхостей и растворов зависит от температуры в большей степени, чем от давления. Обьясняется это тем, что в жидкостях вязкость обусловлена межмолекулярным взаимодействием, ограничивающим подвижность молекул.

Автором предпринята попытка использовать параметр вязкости для исследования промывочной жидкости, так как она несет дополнительную, к уже исследуемым параметрам, информацию о пройденном бурением разрезе скважины.

3. В третьей главе рассматривается аппаратура СКИБР.

Комплекс аппаратуры СКИБР предназначен для непрерывной регистрации в процессе бурения на входе и выходе из скважины дебита, расхода, удельного электрического сопротивления, плотности, температуры и вязкости бурового раствора.

В качестве датчиков входного дебитомера использованы два тахогенератора, установленные на валах нагнетательных буровых насосов.

В разработанных выходных дебитомерах в качестве индикатора измерения выходного дебита СЬ использованы принципы маятника и поплавка.

Для измерения удельного электрического сопротивления ПЖ разработан двухэлектродный поверхностный резистивиметр.

Для измерения плотности ПЖ разработан плотностемер амплитудно-вибрационного типа, особенно чувствительный к наличию в ПЖ газа. Для температурных измерений ПЖ разработан термометр с диодным термодатчиком, позволяющий измерять температ}гру жидкости с высокой точностью.

Изменение объема ПЖ в буровых амбарах проводится с помощью разработанных уровнемеров. Индикатором изменения уровня промывочной жидкости может служить поплавок, или линейное сопротивление изменяющее свое значение в зависимости от уровня ПЖ в емкости.

Принцип работы зискозиметра основан на изменения коэффициента затухания упругой волны в контактном волноводе в зависимости от ьязкостей жидкостей в которые он погружается. Разработан также и изготовлен тип вискозиметра в котором индикатором вязкости является круг, вращающийся паралелльно движущемуся пот оку жидкости.

Для каждого из перечисленных выше датчиков разработана принципиальная электрическая схема, позволяющая записывать сигналы в виде непрерывных кривых на самописцах любого типа. Станция СКИБР, имеющая небольшие габариты (без регистраторов) 0,6 х 0,6 х 0,2 м может

быть установлена в виде отдельного блока для проведения исследований в любой станции ГТИ пли газокаротажной, станции.

4. В четвертой главе последовательно дается описание разных типов аномалий, зарегистрированных в процессе бурения датчиками аппаратуры СКИБР.

В параграфе первом описаны дебитометрические аномалии поглощения, притока, газовые и воздушные.

Аномалии поглощения возникают при вскрытии коллекторов, пластовое давление которых меньше статического давления промывочной жидкости. По амплитуде аномалий поглощения можно вычислить коэффициенты проницаемости соответствующих коллекторов по формуле:

Отах -П-Ш(—)

к=-

г-я-мрв-р,)

где Ь - мощность коллектора, Рп и Рр - пластовое и давление ПЖ на уровне коллектора^ - динамическая вязкость фильтрата ПЖ; гс - радиус скважины, g - максимальная величина дебита поглощения. Я - расстояние от скважины до точек коллектора, в которых первоначальное пластовое давление практически не меняется при бурении данной скважины.

Аномалии притока возникают при вскрытии коллекторов, пластовое давление которых больше давления ПЖ на уровне коллектора. В условиях Татарстана подобные аномалии наблюдаются преимущественно в пизкоальтитудных скважинах. По аномалиям можно определить кровлю и подошву ] оллектора и коэффициент проницаемости.

Газовые аномаши возникают при вскрытии коллекторов, содержащих природный га. в свободном или растворенном состоянии. Форма газовых аномалий за: исит от величины и знака перепада давлений между коллекторами и скважиной. Моменты регистрации начала и конца газовой аномалии будут отставать от моментов вскрытия кровли и подошвы газосодержащего коллектора на отрезок времени 1з, равный продолжительности подъема ПЖ от данного коллектора до устья скважины. Помимо глубины залегания коллектора, можно определить также его коэффициент открытой пористости по формуле:

кп =--

Э - диаметр скважины, Ь - мощность коллектора, ст- удельный вес пластового флюида, Н - глубина залегания коллектора, Ь и Ь - моменты времени, соответствующие началу и концу газовой аномалии, g - значения

аномального дебита газовой аномалии, относящиеся к серединам выбранных интервалов интегрирования.

Воздушные аномалии образуются вследствие накопления воздуха в верхней части бурильных труб в период наращивания очередной трубы или смены долота. После возобновления процесса бурения воздух, находившийся в бурильных трубах, увлекается ПЖ к забою, причем его объем, в зависимости от глубины заСоя, уменьшается в десятки или даже в сотни раз. По выходе из бурильных труб смесь воздуха с промывочной жидкостью устремляется по затрубному пространству вверх к устью скважины. По мере уменьшения статического давления ПЖ воздух начинает расширяться, увеличивая скорость течения, а, следовательно, и дебит промывочной жидкости, изливающейся из скважины на земную поверхность. Воздушные аномалии характеризуются одним узким, но интенсивным максимумом и одним более широким и пологим минимумом. Время прохождения воздуха от устья скважины до ее забоя и обратно 1в позволяет с высокой точностью вычислять дебит что крайне необходимо для определения истинных глубин залегания кровли и подошвы коллекторов, создающих газовые, электрические, плотностемерные, термометрические, вискозиметрические аномалии. Формулы расчета 1„ и приведены в тексте диссертации.

Во втором параграфе описываются расходомерные аномалии и методика их интерпретации. При расходомерных исследованиях регистрируется кривая изменения уровня ПЖ в приемных амбарах, что, при известной площади горизонтального сечения последних, характеризует собой изменение объема указанной жидкости р. амбарах в процессе бурения скважины. На расходомерной кривой регистрируются аномалии поглощения, притока и газовые. Условия образования и интерпретации расходомерных аномалий анологичны вышеописанным дебитометрическим аномалиям.

В третьем параграфе описываются электрические аномалии. В зависимости от характера флюидов, насыщающих, коллекторы могут возникать электрические аномалии пониженного и повышенного сопротивления. Пониженного сопротивления возникают аномалии при вскрытии коллекторов, насыщенных минерализованными водами, повышенного сопротивления при вскрытии коллекторов, насыщенных нефтью или газом. Кровля и подошва коллекторов определяется также, как и по дебитометрическим газовым аномалиям. Если известно удельное электрическое сопротивление пластовой воды, то по электрической аномалии можно определить дебит притока пластовой воды, а затем по формуле для Кпр определи! ь коэффициент проницаемости коллектора. По электрическим аномалиям повышенного сопротивления, возникающим при вскрытии коллекторов, насыщенных нефтью или газом, можно определить величину дебита притока нефти и газа.

В четвертом параграфе описаны термометрические аномалии и методика их интерпретации. При поступлении в скважину пластовой воды, более нагретой, чем ПЖ, будет наблюдаться увеличение температуры t2. При поступлении нефти, температура ¿2 несколько уменьшится вследствии более низкой теплопроводности нефти, снижение температуры ПЖ будет происходить и при поступлении в скважину газа, что связано с падением давления и расширением газа в месте выхода его из пласта в скважину. При непрерывной регистрации у устья скважины возможно прогнозирование зон аномально высокого пластового давления (АВПД) в трещиноватых породах, в том числе и фундамента. Это объясняется тем, что возрастание пластового давления вызывает изменение физических свойств трещиноватых пород. Количество трещин в них возрастает и следовательно увеличивается содержание воды, теплопроводность которой в три раза киже, чем теплопроводность минерального скелета плотных пород. Уменьшение теплопроводности трещиноватых пород приводит к повышению геотермического градиента. При бурении сквгжины по мере приближения к зоне АВПД градиент, температуры ПЖ, выходящей из скважины, несколько уменьшается, а затем при выходе из плотных пород и вскрытии неуплотненных трещиноватых пород резко возрастает, с приближением же к плотным породам снова уменьшается Такое изменение градиента температуры объясняется более высокой, чем у трещиноватых пород теплопроводностью плотных пород .

В пятом параграфе рассматриваются плотностемерные аномалии. При поступлении минерализованной воды в скважину плотность ПЖ на уровне коллектора изменится, что на кривой плотностемера создаст ло-. кальную аномалию. Причем характер аномалий, в зависимости от того на чем бурится скважина, на воде или с использованием глинистого раствора, будет различным. При бурении на воде аномалия будет представлять собой локальный максимум, тогда как при бурении на глинистом растворе плотность ПЖ в районе притока уменьшится и на плотносте-грамме будет зарегистрирован минимум. В том случае, если пластовый флюид будет представлять собой нефть или газ, то в обоих случаях и при бурении на воде и на глинистом растворе аномалии будут отличаться локальными минимумами на кривой плотностемера. По плотностемерной кривой кровля пласта определяется по началу аномалии, а подошва, по максимальнму или минимальному значению плотности. Вискозимет-рические аномалии интерпретируются аналогично плотностемерным аномалиям.

5. В пятой главе изложены практические результаты работ, полученные при исследовании разрезов бурящихся скважин аппаратурой СКИБР в которых, начиная с 1968 года автор принимал непосредственное участие. За прошедшее время было исследовано семнадцать разведочных скзажин, расположенных на Тлянче-Тамакской, Уратьминской, Ямашинской, Бавлинской, Ульяновской, Мензелино-Актанышской.

Сармановск^ч, Приказанской площадях Татарии и три аналогичные поисково-разведочные скважины на территории Удмуртии, расположенные на Чутырской площади.

Кроме указанного, начиная с 1973 года аппаратурой СКИБР в процессе бурения были исследованы разрезы кристаллического фундамента на десяти глубоких и сверхглубоких скважинах, расположенных на территории Татарстана. Среди них наибольший практический и научный интерес представляют две сверхглубокие опорно-параметрические скважины N20000 - Миннибаевская и N20009 Ново-Елхэвская, в которых исследования СКИБР проведены в разрезах фундамента до глубины 5100 и 5450 м соответственно.

В задачи работ по исследованию разрезов скважин входило выявление коллекторов в проницаемых зонах непосредственно в процессе бурения скважин, определение их кровли и подошвы, характера насыщения разными типами флюидов и расчет коллекторских свойств с определением таких важных параметров, как коэффициенты проницаемости и пористости. Все вышеуказанные задачи решены для большинства разведочных и всех глубоких и сверхглубоких скважин. Проведенные на хорошо изученной части терригенного разреза, исследования СКИБР позволили выявить все коллекторы, регистрируемые ГИС, и подтвердили эффективность проведения изучения разрезов аппаратурой СКИБР. Наибольшая эффективность исследования СКИБР связана со сложнопо-строеннымп коллекторами карбонатного и трещинного типов, где проведение стандартного комплекса ГИС связано с определенными трудностями в получении достоверной информации.

В породах фундамента, где исследования ГИС проводятся на больших глубинах, где высокие температуры и давления, большее количество зон дробления и трещиноватости, чем в нормальных разрезах, эффективность применяемых стандартных методов резко уменьшается. Задача же по определению характера насыщения проницаемых зон в фундаменте пластоиспытателями также вызывает трудности, а в отдельных случаях вообще не решается. Исследования разрезов любых скважин, в том числе и фундамента, аппаратурой СКИБР, как показали проведенные исследования, позволяют оперативно, в процессе бурения определять характер флюидов, насыщающих проницаемые зоны и определять Кпр и Кп. Трудность в определении характера насыщения проницаемых зон фундамента методами ГИС, на взгляд автора, по-видимому, можно также обьяснить тем , что отдельные пласты , в силу особых, сформировавшихся на определенных глубинах, геологических условий, отдают флюиды только при их вскрытии, и в течение, какого-то, достаточно короткого отрезка времени, после которого прекращается поступление флюидов в скважину. Если это так, то этим можно объяснить, по-видимому, отсутствие нефти в тех пластах, в которых при их разбурива-нии отмечались признаки нефти, и неэффективность методов ГИС, ко-

торые в глубоких и сверхглубоких скважинах проводятся спустя достаточно длительное время, достигающее одних и более суток, , что полностью изменяет характер распределения флюидов в околоскважинном пространстве.

Методы исследования скважин в процессе бурения лишены указанных недостатков. Проведенные исследования СКИБР в разрезах всех скважин зарегистрировали полезные аномалии всех типов: воздушные, газовые, поглощения и притока. Из-за ограниченного объема диссертации, в качестве примера, рассмотрены лишь результаты работ, полученные СКИБР при исследовании разрезов двух поисково-разведочных N797; 788 и двух сверхглубоких N20000 и N20009 скважин.

Скважины N797 и 788 расположены на Уратьминской площади Татарии. Проведенными исследованиями СКИБР в турнейских отложениях, в интервале 1136,3-1159 м, было выявлено аппаратурой СКИБР ряд аномальных зон, из которых, в результате проведения испытаний, получили притоки нефти в 9,23 и 6,54 м3/сутки соответственно. В скважине N788 выделено зри аномальных интервала в турнейских отложениях. ( 1139,3-114G; 1140,5-1141,2; 1145,5-1146 м. ) Проведенные испытания дали 10,15 кубических метров нефти в сутки.. По результатам исследований СКИБР были рассчитаны коэффициенты пористости для всех выявленных коллекторов, изменяющиеся в среднем, от 12 до 20%, что соответствует значениям полученным по ГИС.

При исследовании разрезоЕ сверхглубоких скважин установлено, что большая часть фундамента представлена трещиноватыми, дробленными породами, что позволило выделить в их разрезе значительное количество проницаемых зон. Так в разрезе скважины N20000, в интервале глубин 2050-5100 м, в фундаменте выделено более 100 проницаемых зон, мощностью от 0,5до 7 метров. Характер насыщения большинства аномальных интервалов представляется ках газ, смешанный с водой. В редких случаях, как чистый газ или пластовая вода. Представляет интерес, что интервалы 4503-4537; 4567-4570, выделенные по СКИБР как газонасыщенные, полностью подтвердились испытаниями КИИ-146, и тем, что через некоторое время после бурения скважины в этих интервалах отме-щена коррозия труб и свищи, которые полностью подтверждают правильность сделанных выводов об аномальном характере насыщения флюидами данных интервалов.

В результате проведенных исследований аппаратурой СКИБР скв. N20009 в интервале глубин 2090-5445 метров выделено 109 проницаемых зон, что составляет 45,7% от всей части исследованного разреза. Большинство зон по данным СКИБР насыщены в разной пропорции смесью газа и воды и характеризуются весьма незначительным выходом керна, составляющим около 20-30%. Проведенная количественная интерпретация по определению коэффициентов общей пористости и проницаемости позволила получить весьма важную информацию о характере разреза,

его структуре и распределении указанных параметров с глубиной. Большинство методов ГИС в фундаменте малоинформативны. Для них нет на настоящее время разработанной методики и интерпретации. Наиболее информативными методами ГИС в фундаменте следует считать каверно-метрию и термометрию. Исследования КИИ по определению характера насыщения нижней части кристаллического фундамента скважины N20009 положительных результатов не дали.

Таким образом, проведенные исследования аппаратурой СКИБР показали, что наиболее достоверную информацию о разрезе скважины можно получить только проводя исследования ее в процессе бурения. Регистрируя разные физические параметры смеси ПЖ на поверхности, можно точно установить кровлю и подошву проницаемой зоны, характер ее насыщения флюидом, а также рассчитать Кпр и Кп.

В Заключении изложены основные выводы:

1. Разработаны теоретические и физические основы дебитомег-рического, расходомерного, плотностемерного, термометрического и вискозиметрического методов выявления коллекторов в процессе бурения. 2. Проведены лабораторные исследования процесса фильтрации глинистого раствора через пористые перегородки в зависимости от перепада давления и различной концентрации растворенных глинистых частиц в растворе, которые подтвердили правильность теоретических выводов о характере фильтрации глинистого раствора в коллектор при вскрытии его в процессе бурения.

3. Разработаны и изготовлены несколько вариантов станций комплексного исследования параметров промывочной жидкости(СКИБР), предназначенных для выявления пластов-коллекторов и изучения характера их насыщения в разрезах осадочного чехла и породах кристаллического фундамента непосредственно в процессе бурения скважин. Аппаратура СКИБР дважды экспонировалась ла ВДНХ, г.Москва.

4. Разработаны и изготовлены высокоточные выносные датчики аппаратуры СКИБР, позволяющие регистрировать в процессе бурения скважины величины дебитов промывочной жидкости, нагнетаемой в скважину и изливающейся из нее, уровень жидкости в приемных емкостях, удельное электрическое сопротивление, плотность, температуру и вязкость ПЖ.

5. Установлены, на основании теоретически?: и экспериментальных исследований на схважиках, разнообразные типы дебитометрических, расходомерных, электрических, плотностемерных и термометрических аномалий, которые обусловлены разными физическими процессами и содержат разный объем информации о параметрах коллекторов и насыщающих их флюидов.

" 6. Разработана методика качественной и количественной интерпретации дебитометрических, расходомерных, электрических, плотносте-

мерных и термометрических аномалий, регистрируемых СКИБР или другими аналогичными станциями в процессе бурения. с

7. Показана возможность определения по указанным аномалиям типа коллектора, глубины залегания его кровли и подошвы, характера насыщения флюидами, коэффициентов проницаемости и пористости, общего количества поглощенного коллектором фильтрата и объема коллектора, заполненного профильтровавшейся жидкостью.

0. Проведено промышленное опробование и внедрение разработанных автором способов и методов исследований разрезов бурящихся скважин в 30 скважинах, 1С из которых сверхглубокие.

СПИСОК РАБОТ. ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Ахмадуллин Ф.А., Дикгоф Ю.А. Лабораторные исследования процесса фильтрации глинистого раствора через проницаемую перегородку .//Методика и интерпретация геофизических наблюдений. - Казань, Изд-во КГУ, 1974. - С.53-64.

2. Дикгоф Ю.А., Ахмадуллин Ф.А. Предварительные результаты работ, полученные станцией комплексного исследования параметров бурового раствора (СКИБР) на скв.20000 в интервале глубин 2050-4401 м в сопоставлении с данными промыслово-геофизических исследований.//Глубинные исследования архейского фундамента востока Русской платформы в Миннибаевской скважине 20000. - Казань, 1976. - С. 107-110.

3. Дикгоф Ю.А., Ахмадуллин Ф.А. Техника и методика непрерывной регистрации удельного электрического сопротивления жидкости в процессе бурения скважины. //Методика и результаты исследований новыми геофизическими методами. - Казань, Изц-во КГУ, - 1978. С.62-66.

4. Ахмадуллин Ф.А., Дикгоф Ю.А. Техника и методика непрерывного измерения высоты уровня буровой жидкости в приемном амбаре с помощью уровнемера. //Методика и результаты исследований новыми геофизическими методами. - Казань, изд-во КГУ, - 1978. - С.67-70.

5. Ахмадуллин Ф.А., Дикгоф Ю.А..Кузьмин В.М., Цыганов Б.Ф. Авторское свидетельство СССР N610987, опубликованное 15.06.78, бюллетень N22.

6. Дикгоф Ю.А., Ахмадуллин Ф.А., Коваленко Н.Г. Возможность применения поверхностного резистивиметра для выявления пластов-коллекторсв в процессе бурения разведочных и эксплуатационных скважин. //Геофизические исследования и разработки. - Казань, изд-во КГУ, -1979. - С. 11-20.

7. Дикгоф Ю.А., Ахмадуллин Ф.А., Колесников Ю.Н., Коваленко Н.Г. Выходной резистивиметр. //Геофизические исследования и разработки. - Казань, изд-во КГУ, - 1979. - С.3-10.

8. Дикгоф Ю.А., Ахмадуллин Ф.А. Возможность использования воздушных дебитометрических аномалий для уточнения глубины залегания газонасьпценных коллекторов. //Геофизические исследования и разработки. - Казань, изд-во КГУ, - 1979. С.20-27.

9. Дикгоф Ю.А., Ахмадуллин Ф.А., Лосев Е.П. Дебитометрическая установка для выявления пластов-коллекторов в процессе бурения скважин. //Разведочная и промы еловая геофизика. - Казань, изд-во К1У, -1980.-С.61-67.

10. Дикгоф Ю.А., Ахмадуллин Ф.А., Лосев Е.П. Методика интерпретации и результаты дебитометрических исследований. //Разведочная и промысловая геофизика. - Казань, изд-во КГУ, - 1980. - С.68-83.

11. Дикгоф Ю.А., Ахмадуллин Ф.А. Методика интерпретации дебитометрических, расходомерных и электрических аномалий. //Геофизические исследованкя и разработки. - Казань, изд-во КГУ, - 1980. - С. 25-49.

12. Ляшко H.H., Изотов В.Г., Червиков Б.Г., Дроздов A.B., Ахмадуллин Ф.А. Петрофизические и промыслово-геофизические исследования докембрийских образований юга Татарии (данные глубокого бурения). //Аппаратура, методика и интерпретация геофизических исследований. -Казань, изд-во КГУ, - 1987, - С. 138-143.

13. Ахмадуллин Ф.А., Ляшко H.H. Некоторые результаты гидродинамических и промыслово-геофизических исследований разреза фундамента опорно-парам.трической скважины N678. //Геолого-геофизические исследования и разработки. - Казань, изд-во КГУ, -1988. -С.111-115.

14. Лопухов B.C., Верхоланцев А.П., Ахмадуллин Ф.А., Богатеев Ш.М. Геолого-технологический контроль параметров процесса бурения скв.20009. /Геологические и технологические особенности заложения Но-во-Елховской сверхглубокой скв.20009. Тезисы докладов научно-технической конференции. - Альметьевск. 1988. С.25-28.

15. Лопухов B.C., Богатеев Ш.М., Ахмадуллин Ф.А., Назипов А.К. Предварительные результаты геолого-технологических исследований скв.20009. /Проблемы повышения эффективности геолого-разведочных работ в Татарии. Тезисы докладов научно-технической конференции Альметьевск. 1989. С.81-82.

16. Ахмадуллин Ф.А. Методика изучения характера насыщения коллекторов с помощью станции "СКИБР" в момент приостановки бурения скважины. //Вопросы геолого-геофизических исследований Татарстана и сопредельных областей. - Казань, изд-во КГУ, - 1991. - С.49-57.

17. Ахмадуллин Ф.А. Методика получения гидродинамических аномалий с помощью компрессора и расчет необходимой продолжительности его работы в зависимости от заданной глубины понижения ПЖ в скважине. //Вопросы геолого-геофизических исследований Татарстана и сопредельных обласгей. - Казань, изд-вл КГУ, - 1991. - С.57-60.

18. Ахмадуллин Ф.А., Ляшко H.H. Методика определения глубины залегания Нп коллектора, вызвавшего газовую, электрическую или плот-ностные аномалии. //'Решение вопросов прикладной геофизики в Татарии и сопредельных районах. - Казань, изд-во КГУ, - 1993. - С. 102-112.

19. Ахмадуллин Ф.Л. Возможности резисгивиметрического, термометрического и плотностемерного метода при гидродинамических исследованиях бурящихся скважин. - Казан, ун-т. - Казань, 1995. - 6с. - Деп. в ВИНИТИ 20.12.95. N3410-B95.

20. Ахмадуллин Ф.А. Методика расчета высоты газовой смеси в скважине послс вскрытия газоносного коллектора. /Казан, ук-т. - Казань, 1995. 6с. - Деп. в ВИНИТИ 20.12.95. N3411-В95.

21. Ахмадуллин Ф.А. Методика расчета коллекторских свойств пород по данным гидродинамических исследований. /Казан.ун-т. - Казань, 1996. - 5с. Деп. в ВИНИТИ 28.02.96. N624-B96.

22. Ахмадуллин Ф.А. Теоретические основы и методика интерпретации плотносгемерных аномалий. /Казан.ун-т. - Казань. 1996. -8с. Деп. в ВИНИТИ N872-B96.

23. Ахмадуллин Ф.А. Унжаков Е.Б., Ляшко H.H. Упрощенная методика определения проницаемости и пористости коллекторов по данным выходного дебитомера. //Результаты исследований в области прикладной геофизики в Татарии. - Казань, изд-во КГУ (в печати). - С.88-90.

24. Ахмадуллин Ф.А., Унжаков Е.Б., Ляшко H.H. Качественное описание характера газовых аномалий. //Результаты исследований в области прикладной геофизики в Татарии. - Казань, изд-во КГУ (в печати). -С.91-95.