Последние инновационные технологии исследования скважин для современной добычи

Методы, которые применяются в процессе исследования самых разнообразных скважин, могут носить различный характер. Причём речь не обязательно идёт о технологии и технике исследования скважин под воду. Здесь стоит говорить и о нефти, и о газе.

По большей части, методики и оборудование для исследования скважин вне зависимости от исследуемой области будут одинаковыми. Рассмотрим основные типы и методы изучений, которые используют в каждой конкретной ситуации.

Например, перед тем как начать бурить непосредственно скважину, нужно собрать как можно больше информации о ней. Здесь можно сделать выводы о её экономической эффективности, а на основе полученных данных подобрать оптимальное оборудование, которое будет использоваться для подъёма воды на поверхность.

Требования к информационному обеспечению строительства нефтегазовых скважин в данной ситуации заключаются в переводе современных исследовательских технологий в разряд обеспечивающих и воздействующих. При них информационное сопровождение наряду с получением необходимого объёма данных давало бы дополнительный экономический, технологический, или иной эффект. К данным технологиям следует отнести следующие комплексные работы:

• контроль наземных технологических параметров и выбор наиболее оптимальных режимов бурения (например, выбор оптимальных нагрузок на долото, обеспечивающих высокую скорость проходки);

• забойные измерения и каротаж в процессе бурения (MWD и LWD-системы);

• измерения и сбор информации, сопровождаемые одновременным управлением технологическим процессом бурения (управление траекторией горизонтальной скважины с помощью управляемых забойных ориентаторов по данным забойных телеизмерительных систем).

Всё новое — это хорошо забытое старое

Перед современным нефтегазодобывающим и угледобывающим комплексом стоит ряд серьёзных проблем.

В некоторых когда-то прибыльных регионах падает уровень добычи из-за истощённости разрабатываемых месторождений и их прогрессирующей обводнённости. Ежегодная добыча не компенсируется приростом уже заранее подготовленных запасов. В свете этих трудностей основными задачами являются существенное повышение геологической, оперативной и экономической эффективности подготовки новых запасов, а также увеличение коэффициента извлечения полезных ископаемых на разрабатываемых месторождениях.

Эффективность поисково-разведочных работ во многом зависит от объёмов исследований глубоких скважин. На данный момент времени именно современная сейсморазведка является ключевым звеном повышения геологической эффективности добычи, а, следовательно, оперативности и экономичности подготовки запасов. Поэтому применение всё более совершенных сейсмических исследований является залогом решения поставленных выше задач.

К сожалению, восхваляемое ранее применение технологий 3D-сейсморазведки не принесло ожидаемого результата в смысле необходимого повышения геологической эффективности поисково-разведочного бурения, хотя стоимость работ существенно возросла относительно более старых исследовательских методов.

Отдельно не хотелось бы останавливаться на положительных и отрицательных сторонах 3D-сейсморазведки, специалистам они прекрасно известны. Благодаря совместной работе российских учёных и геологов в настоящее время существует альтернатива — инновационные сейсмоакустические технологии, позволяющие решить проблему 100-процентной продуктивности вновь пробуренных поисково-разведочных скважин.

Справка

Средняя глубина добывающих скважин в различных нефтегазовых провинциях Российской Федерации составляет 1.5-3 тыс.м., в перспективе из-за выработанности существующей ресурсной базы углеводородов России она может достигнуть значения 4 — 6 тыс.м, что повлечёт удорожание себестоимости добычи нефти и газа на 15-20%.

Для разработки инновационных сейсмоакустических технологий использованы результаты фундаментальных и прикладных экспериментальных, лабораторных и натурных исследований, проводимых учёными научной школы профессора О. Кузнецова ещё с середины 1980-х годов.

Как бы это парадоксально не звучало, но именно благодаря достаточно старым трудам российских учёных идёт разработка новых проектов. Результаты тех исследований позволили выявить закономерности нелинейного взаимодействия упругих волн с многофазной поротрещиноватой средой и оценить возможность использования упругих волн с «инфранизкой» энергетикой для диагностики и управления состоянием и свойствами геологической среды.

Благодаря полученным данным, которые стали базовой основой современных разработок, удалось создать принципиально новые сейсмоакустические технологии, которые расширили возможности специалистов, особенно по сравнению с привычно используемыми методами — российскими и зарубежными. Наиболее важные инновационные сейсмоакустические технологии отмечены премией Правительства РФ в 2008 году в области науки и техники и кратко представлены ниже.

А вам СЛаБО?

Крупнейшую российскую технологию «Сейсмический локатор бокового обзора (СЛБО)» создали в 1990 году специально для изучения трещиноватости геологической среды на нефтегазовых месторождениях. Реализовали на практике её несколько позднее. Технологии СЛБО отличается от привычных для специалистов тем, что используются рассеянные сейсмические волны, ранее никогда не применявшиеся в сейсморазведке.

Рассеянные волны (РВ) являются прямым индикатором трещиноватости геосреды. А вот энергия сейсмических сигналов этих волн отождествляется с интенсивностью открытой трещиноватости геосреды в области 1-й зоны Френеля. Рассеянные волны характеризуются аномально низкой энергией на 1-2 порядка ниже, чем у зеркально отражённых волн, широко применяемых в стандартной сейсморазведке. Для выделения таких волн используют суперкратное накопление (около 104) сейсмических сигналов этих волн.

Для реализации синфазного накопления сигналов рассеянной волны потребовалось уже ранее разработанное С. И. Шленкиным фокусирующее преобразование сейсмического волнового поля.

Оно позволяет в регистрируемом сейсмическом поле выделить рассеянные волны, определить их энергию и место возникновения.

Важно помнить, что на основе фокусирующего преобразования осуществляют сканирующий обзор нижнего полупространства и получают объёмную матрицу значений энергии рассеянной волны, отождествляемую 3D-полем индекса открытой трещиноватости геосреды.

Для исключения областей, где доминантное влияние имеют отражённые волны, при наблюдении реализуют схему локатора бокового обзора.

Одним из самых важных преимуществ технология СЛБО является возможность надёжно решать наиболее важную задачу — получение высоких и максимальных притоков нефти во вновь пробуренных скважинах. Отметим, что кроме Сибири аналогичные результаты получения максимальных притоков ультразвуковых волн за счёт бурения скважин в аномально трещиноватые зоны получены в Оренбургской области, на Северном Кавказе, в Иране.

А вот полученные на практике результаты исследований СЛБО используют также для решения ряда других важных задач. Благодаря данной разработке удаётся составить прогноз аварийно-опасных интервалов бурения скважин (поглощение бурового раствора, прихват инструмента, выброс пластового флюида и т. д.), провести оптимизацию направления горизонтальных скважин, повышение эффективности сейсморазведки в сложных сейсмогеологических условиях, контроль изменения трещиноватости при техногенном воздействии на геологическую среду и продуктивную толщу.

Низкие частоты на благо исследований

Не менее известной технологией акустической низкочастотной разведки является АНЧА Р. Эта методика создана в 1993 году для прямого обнаружения месторождений нефти и газа. В основе технологии лежит эффект генерации углеводородной залежью собственных когерентных колебаний в диапазоне инфранизких частот, около 3-7 Гц, при возбуждении её внешним искусственным или естественным полем упругих колебаний. Режим генерации собственных волн сохраняется в некотором интервале времени даже после прекращения действия внешнего источника возбуждения.

Практические полевые наблюдения, которые проводят учёные с помощью специальных датчиков в инфразвуковом диапазоне частот, доказали эффективность данного типа исследований. За основу данной процедуры обработки сейсмических сигналов берётся расчёт спектральной мощности сейсмического волнового поля до и после вибровоздействия.

АНЧАР успешно применяют даже в промышленной сфере. Технология позволяет прогнозировать наличие нефти и газа до глубин более 6 км. Благодаря данной разработке учёных изучено более 500 участков на поисково-разведочных площадях, разрабатываемых месторождениях и эксплуатируемых подземных газовых хранилищах. Также в более чем 85% случаев результат исследований положительно подтверждался бурением.

Исследование глубин

В связи с последними тенденциями исследований глубоководных нефти и газа выросло значение морской геофизической разведки. Благодаря острой актуальности данной специфики специалисты разработали новую, специализированную под глубинные условия версию АНЧАР — прямую акваториальную разведку углеводородного сырья (ПАРУС). Данная технология рассчитана для проведения измерений на море и суше и во многом сходна с предшественницей. Технологию АНЧАР используют в сложных сейсмогеологических условиях (соляно-купольная тектоника, транзитные зоны и других), что позволяет существенно повысить эффективность сейсморазведки на поисково-разведочном этапе.

Одни из последних изобретений

Также известность обрела технология «Сейсмолокация очагов эмиссии (СЛОЭ)». Её создали в 2005 году для решения важных геологических и промысловых задач, ранее не ставившихся перед сейсморазведкой, на разведуемых и разрабатываемых месторождениях, а также поисковых площадях. В основе лежит изучение микросейсмической эмиссии (МСЭ) упругих волн геологической среды. В основе технологии СЛОЭ используются принципы пассивного локатора. Наблюдения волнового поля осуществляют с дневной поверхности площадной системой (апертурой) геофонов. Обработку же проводят на основе фокусирующего преобразования.

Справка

ОАО «Сургутнефтегаз» регулярно проводит соревнования профессионального мастерства на звание «Лучший по профессии». В текущем году состоятся 42 подобных соревнования среди коллективов и работников компании, из которых 24 — по рабочим специальностям, в том числе операторов по исследованию скважин. Лучшим среди конкурсантов признан оператор по исследованию скважин 4-го разряда НГДУ «Лянторнефть» Артем Корниенко.

Отличительная особенность СЛОЭ — специалисты своевременно и оперативно получают результаты мониторинга. И сразу в режиме реального времени. Благодаря полученным результатам исследований изучается процесс изменения МСЭ в точках сканирования геологической среды.

Отметим, что данный процесс характеризуется как мультипликативный случайный. Для него стационарными параметрами являются среднее значение, дисперсия и автокорреляционная функция. Именно эти показатели определяются такими характеристиками геосреды, как напряженное состояние, трещиноватость, физико-механические свойства и тип флюидонасыщения.

Работы по технологии СЛОЭ делятся на кратковременный и долговременный мониторинги МСЭ. В первом случае мониторинг проводится в течение 1-2 часов для изучения результатов воздействия на пласт, в основном гидроразрыва пласта (ГРП). Так технология СЛОЭ позволяет контролировать процесс ГРП в реальном времени и оперативно останавливать его, предотвращая его негативное развитие.

Так, например, по данным длительного мониторинга, около 20 дней, научные работники получают важную геологическую и промысловую информацию о месторождении:

• неоднородность нефтесодержания, глинизацию, наряженное состояние продуктивной толщи и её мини-блоковое строение;

• схемы потоков нефти и воды в залежи;

• потенциал текущего дебита скважин и выделение первоочередных скважин для кратного увеличения притоков нефти;

• обводнённость залежи, конфигурацию фронта вытеснения нефти водой, местоположение останцов нефти.

Эта информация позволяет полностью оптимизировать разработку с целью увеличения полноты извлечения и темпа отбора нефти на месторождении при снижении эксплуатационных затрат за счёт сокращении объёмов бурения и исключения неэффективных геолого-технологических мероприятий.

КИН

Комплекс технологий «Сейсмоакустическое воздействие на продуктивный пласт» создан в 2000 годах для повышения коэффициента нефтеизвлечения (КИН) и темпа отбора нефти на месторождениях с падающей добычей, истощёнными и трудно извлекаемыми запасами. Он включает 15 комбинированных волновых технологий.

Основной физической новизной технологии является дистанционное сейсмоакустическое воздействие на продуктивную среду упругими колебаниями гармонической и импульсной формы самостоятельно или в сочетании с гидродинамическими, химическими и тепловыми воздействиями.

Для реализации комплекса технологических процессов создан ряд скважинных гидро- и газодинамических генераторов упругих колебаний различной мощности, струйных насосов и скважинного оборудования, который позволяет проводить работы для любых конструкций скважин и типов геологического разреза. Именно технологии сейсмоакустического воздействия позволяют:

• кратно повысить продуктивность и приемистость добывающих и нагнетательных скважин;

• реанимировать скважины, находящиеся в длительном простое;

• подключить к работе низкопроницаемые, неоднородные заглинизированные пропластки;

• вовлечь в разработку слабодренируемые и застойные зоны;

• инициировать и интенсифицировать традиционные физико-химические, тепловые, гидродинамические методы увеличения нефтеотдачи;

• повысить успешность гидроразрыва пласта, эффективность гидроизоляции и др.

По технологии сейсмоакустического воздействия обработано более 3000 скважин. Успешность проведения работ составила около 95% при продолжительности эффекта 6-18 месяцев и более.

Успешность последних разработок

О масштабах реализации результатов работ свидетельствуют следующие данные. Сейсмические работы по технологии СЛБО, АНЧА Р и СЛОЭ широко использованы в нефтедобывающих регионах России: Восточная и Западная Сибирь, Урало-Поволжье, Север Европейской части, Северный Кавказ, Сахалин, шельфы Каспийского и Берингова морей, а также в других странах. Изучено более 100 поисково-разведочных объектов и площадей по технологии СЛБО, более 300 — АНЧАР и 6 — СЛОЭ.

По сейсмоакустическому воздействию работы выполнены в Западной Сибири, республиках Башкортостан и Татарстан, Удмуртия и другие, а также в странах зарубежья (СНГ , Южная Америка, Германия, Сирия и прочие) в более 3000 добывающих и нагнетательных скважинах на 95 месторождениях. Годовые объёмы работ с применением разработанных технологий продолжают неуклонно увеличиваться.

Справка

Глубина бурения скважин океанских недр может достигать 10 тыс.м, и находится на глубине 2м под водой.

Разработанные инновационные технологии являются уникальными в мировой практике и защищены патентами РФ, США и других стран. Опробование этих технологий на нефтяных месторождениях показало их высокую конкурентоспособность по сравнению с зарубежными аналогами. Обеспечены приоритет на мировом рынке и технологическая безопасность нефтегазового сектора экономики России в данном направлении.

Достигнутый экономический эффект выражен в ускорении поисково-разведочных работ и вводе в эксплуатацию новых территорий нефтедобычи в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке в связи со строительством ВСТО .

Так, внедрение новой разработанной технологии сейсморазведки СЛБО для изучения трещиноватости продуктивной толщи на Куюмбинском месторождении (с площадью около 6 000 км2, Красноярский край) позволило значительно ускорить его разведку. Достигнутый экономический эффект к настоящему времени составляет 4,3 миллиарда рублей.

Опыт разведки Куюмбинского месторождения широко распространяется в Восточной Сибири. В старых нефтедобывающих районах Урало-Поволжья, Западной Сибири и других внедрение сейсмоакустических технологий воздействия на продуктивные пласты позволило дополнительно добыть более 3 миллионов тонн нефти, что по современным ценам составляет более 40 миллиардов рублей.

Геолого-технологические исследования

В информационном обеспечении процесса строительства скважин особенно важную роль играют геолого-технологические исследования (ГТИ). Основной задачей службы ГТИ являются изучение геологического строения разреза скважин, выявление и оценка продуктивных пластов и повышение качества строительства скважин на основе получаемой в процессе бурения геолого-геохимической, геофизической и технологической информации.

Оперативная информация, получаемая службой ГТИ, имеет большое значение при бурении разведочных скважин в малоизученных регионах со сложными горно-геологическими условиями, а также при проводке наклонно направленных и горизонтальных скважин. Однако в связи с новыми требованиями к информационному обеспечению процесса бурения задачи, решаемые службой ГТИ, могут быть значительно расширены.

Высококвалифицированный операторский состав партии ГТ И, работающий на буровой, на протяжении всего цикла строительства скважины при наличии соответствующих аппаратурно-методических средств и программного обеспечения в состоянии решить практически полный комплекс задач информационного сопровождения процесса бурения:

• геолого-геохимические и технологические исследования;

• обслуживание и работа с телеизмерительными системами (MWD и LWD-системы);

• обслуживание автономных систем измерения и каротажа, спускаемых на трубах;

• контроль параметров бурового раствора;

• контроль качества крепления скважины;

• исследования пластового флюида при опробовании и испытании скважин;

• каротаж на кабеле;

• супервайзинговые услуги и т. д.

В ряде случаев совмещение этих работ в партиях ГТ И является экономически более выгодным и позволяет экономить на непроизводительных затратах по содержанию специализированных, узконаправленных геофизических партий, минимизировать транспортные расходы. Однако технических и программно-методических средств, позволяющих объединить перечисленные работы в единую технологическую цепочку в станции ГТ И, в настоящее время нет. Поэтому возникла необходимость разработки более совершенной станции ГТИ нового поколения, которая позволит расширить её функциональные возможности.

Рассмотрим основные направления работ при этом. Основные требования к современной станции ГТИ — это надёжность, многофункциональность, модульность и информативность. Станция построена на принципе распределенных удаленных систем сбора, которые объединены между собой с использованием стандартного последовательного интерфейса.

Основными низовыми системами сбора являются концентраторы, предназначенные для развязки последовательного интерфейса и подключения через них отдельных составных частей станции: модуля газового каротажа, модуля геологических приборов, цифровых или аналоговых датчиков, информационных табло.

Через такие же концентраторы к системе сбора (на регистрирующий компьютер оператора) подключаются и другие автономные модули, и системы: модуль контроля качества крепления скважин (блок манифольда), наземные модули забойных телеизмерительных систем, систем регистрации геофизических данных типа «Гектор» или «Вулкан» и подобные.

Концентраторы одновременно должны обеспечивать гальваническую развязку цепей связи и питания.

В зависимости от возложенных на станцию ГТИ задач количество концентраторов может быть разным — от нескольких единиц до нескольких десятков штук. Программное обеспечение станции ГТИ обеспечивает полную совместимость и слаженную работу в единой программной среде всех технических средств.

Другие способы и методики

Скважинные дебито- и расходометрические исследования позволяют выделить в общей толщине пласта работающие интервалы и установить профили притока в добывающих и поглощения в нагнетательных скважинах.

Обычно эти исследования дополняются одновременным измерением давления, температуры, влагосодержания потока (доли воды) и их распределения вдоль ствола скважины.

Для исследования на электрическом кабеле в работающую нагнетательную скважину спускают скважинный прибор — расходомер (в добывающую скважину — дебитомер), датчик которого на поверхность подаёт электрический сигнал, соответствующий расходу жидкости.

Прибор перемещают в скважине периодически с определенным шагом (около 1 метра) от точки к точке. В каждой точке измеряется суммарный расход.

По данным измерения строят диаграмму интенсивности (расходо- или дебитограмму) или преимущественно профиль поглощения (притока) жидкости, что позволяет определить работающие интервалы, их долевое участие в общем расходе (дебите) жидкости, охват разработкой по толщине пласта (отношение работающей толщины пласта к нефтенасыщенной и перфорированной), эффективность проводимых в скважине работ по воздействию на призабойную зону пласта.

При наличии измерения забойного давления можно определить коэффициент продуктивности (приемистости) каждого интервала или в случае исследований при нескольких режимах работы скважины — построить для них индикаторные линии.

Термодинамические исследования скважин позволяют изучать распределение температуры в длительно простаивающей (геотерма) и в работающей (термограмма) скважине, по которому можно определять геотермический градиент, выявлять работающие и обводненные интервалы пласта, осуществлять анализ температурных процессов в пласте (при тепловом воздействии, закачке холодной воды) и выработки запасов нефти при заводнении, контролировать техническое состояние скважин и работу подземного скважинного оборудования.

Расходо- и термометрия скважин позволяют также определить места нарушения герметичности колонн, перетоки между пластами и другие.

Гидродинамические методы исследования скважин и пластов, по данным о величинах дебитов жидкостей и газа, о давлениях на забоях или об изменении этих показателей, а также о пластовой температуре во времени, позволяют определять параметры пластови скважин.

Определение параметров пластов, по данным указанных исследований, относится к так называемым обратным задачам гидродинамики, при решении которых по измеряемым величинам на скважинах (дебиты, давления, температура) устанавливаются параметры пластов и скважин (проницаемость, пористость, пъезопроводность пласта, несовершенство скважин и другие).

Целью гидродинамических исследований на стадии промышленной разведки месторождений является получение возможно полной информации о строении и свойствах пластов, необходимой для подсчёта запасов и составления проекта разработки.

Текст: Кира Генеральская