Отбор образцов горных пород нефтяного пласта в процессе эксплуатации скважины

Обновлено: 04.07.2024

Нормы отбора нефти и газа из скважин и пластов

Установить технологический режим работы скважины - это значит выбрать такие параметры эксплуатационного оборудования, которые обеспечивают получение на поверхности заданного дебита при соответствующем забойном давлении. С позиций притока в скважину заданный дебит называют нормой отбора, под которой понимают максимальный дебит скважины, допустимый условиями рациональной эксплуатации залежи и обеспечиваемый продуктивной характеристикой скважины. С позиций подъема продукции на поверхность заданный максимальный дебит, который можно получить из скважины при выполнении требований рациональной эксплуатации залежи и рационального использования эксплуатационного оборудования, называют технической нормой добычи нефти или оптимальным дебитом. Значения заданного дебита или забойного давления устанавливаются проектом разработки. Однако по мере дальнейшего изучения залежи и изменения условий разработки возникает необходимость их уточнения. Технологический режим определяют при помощи индикаторной диаграммы, на которую дополнительно наносят данные о количестве добываемой воды (обводненность), газа (газовый фактор), песка в зависимости от депрессии (или забойного давления), и регулировочных кривых, которые представляют собой зависимость дебита и других показателей от параметров эксплуатационного оборудования.

При нормировании отбора все скважины подразделяют на две группы: с ограниченными и с неограниченными отборами. Дебит скважины ограничивается геолого-технологическими и техническими причинами. К первым можно отнести: степень устойчивости пород пласта (разрушение пласта и вынос песка); наличие подошвенной воды и верхнего газа; необходимость ограничения объема добываемой воды и уменьшения среднего газового фактора в целом по пласту; необходимость равномерного стягивания ВНК и ГНК и предотвращения прорывов воды и газа. Техническими причинами являются недостаточная прочность эксплуатационной колонны и возможное смятие ее при значительном снижении забойного давления; ограниченная мощность эксплуатационного оборудования; минимальное забойное давление фонтанирования; вредное влияние газа на работу скважинных насосов и др. Неограниченный отбор жидкости допустим в скважинах либо малодебитных, эксплуатирующих истощенные пласты с низким пластовым давлением, когда они удалены от ВНК и ГНК, а динамический уровень снижается до кровли или даже до подошвы пласта, либо в сильно обводненных (более 80 %) при форсировании отборов. В обоих случаях должны отсутствовать образование песчаных пробок, рост газового фактора и обводненности продукции. При назначении неограниченного отбора стремятся достигнуть потенциального дебита скважины, а ограничиваться дебит может технико-технологическими возможностями оборудования по подъему жидкости на поверхность. Такой отбор назначают обычно на поздней стадии разработки.

Бурение скважин на нефть и газ

Разрушение горных пород (проходка бурением) производится с помощью специальной техники - бурового оборудования. (реже термическим, гидроэрозионным, взрывным и другими способами) с удалением продуктов разрушения.
Начало скважины на поверхности земли называют устьем, дно - забоем, а стенки скважины образуют ее ствол.

Бурение - это важный процесс в нефтегазе.

Различают 3 вида бурения:

вертикальное бурение, бурение,
горизонтальное бурение.

При бурении разрушение ведется:

по всей площади забоя (бескерновое бурение),
реже только по кольцевому пространству для извлечения керна (колонковое бурение).

десятки миллиметров (шпуры),
сотни миллиметров (скважины),
тысячи миллиметров (стволы шахтные).

несколько метров (в основном шпуры),
десятки метров (скважины для размещения взрывчатых веществ, закрепления горных пород цементированием, замораживанием и др.),
сотни и тысячи метров (скважины - разведочные на воду, нефть и газ, эксплуатационные и др.).

буровую вышку с талевой системой,
породоразрушающий инструмент (ПРИ),
оборудование для приготовления промывочной жидкости, ее очистки от шлама и дегазации,
противовыбросовое оборудование,
контрольно-измерительную аппаратуру.

вращательное бурение,
ударное бурение,
ударно-поворотное,
вращательно-ударное бурение.

шнековое бурение,
шарошечное бурение,
алмазное бурение,
дробовое и такое прочее,

перфораторное бурение,
пневмоударное бурение,
гидроударное бурение, бурение,
турбинное бурение и
прочее,

вертикальное, наклонно-направленное, и др.

добыча жидких и газообразных полезных ископаемых,
поиск и разведка полезных ископаемых,
добыча твердых полезных ископаемых взрывным способом.

Основными составляющими бурения скважин являются:

разрушение горных пород в пространстве, ограниченном периметром сечения ствола скважины и поверхностью ее забоя. Разрушение происходит в результате воздействия (чаще всего - механического или сочетаемого с гидромониторным) на горную породу с интенсивностью, которая превышает ее предел прочности. Гораздо реже применяется, взрывное, кавитационное, термическое разрушение и другие его виды;
очистка забоя скважины от частиц выбуренной горной породы (шлама), транспортировка их по стволу скважины до дневной поверхности потоком флюида (жидкости, газа, пены, газа) или механическим способом. Образование так называемого «чистого забоя» крайне важно для достижения высоких технико-экономических показателей буровых работ, снижения стоимости добываемой из скважин продукции и затрат на их строительство, профилактики аварийности и осложнений. Сочетание двух названных процессов обеспечивает углубление скважин, их проводку до проектной глубины;
крепление скважины, состоящее в спуске в её ствол обсадной колонны и последующего заполнения всего затрубного кольцевого пространства (или части его объёма) цементным раствором. При некоторых сочетаниях горно-геологических и технических условий строительства скважины не удаётся зацементированную колонну в один прием, тогда применяется ступенчатый цементаж. Потребность в креплении создается недостаточной длительной прочностью горных пород в открытом стволе, их проницаемостью, необходимостью изоляции несовместимых пластов, исключения межпластовых перетоков. Разрушение горных пород в объёме ствола скважины нарушает существовавшее равновесие, вызывает набухание, обвалы, сужение ствола;
смена ПРИ в связи с исчерпанием его ресурса или переходом на инструмент другого типоразмера. Глубина самой мелкой скважины на нефть или газ значительно превышает проходку на долото, поэтому на проводку скважины расходуются десятки - сотни долот. Поскольку применение вставных долот, заменяемых через канал бурильной колонны, оказалось неэффективным, смена ПРИ требует подъёма из скважины и спуска в нее всей бурильной колонны, на что может расходоваться больше четверти календарного времени сооружения скважины;
профилактика аварий и осложнений. Причины аварийности и возникновения осложнений в бурящейся скважине весьма разнообразны и многочисленны. Соответственно существуют и применяются различные способы, методы и средства их предупреждения и ликвидации. В отдельных случаях аварии бывают настолько сложными, что их ликвидация становится невозможной либо нецелесообразной, тогда скважину ликвидируют по техническим причинам.

Наряду с перечисленным выше бурение включает в себя другие техпроцессы и операции:

испытание обсадных колон после спуска, тампонажа и оборудования устья;
отбор керна и шлама;
испытание пластов и отбор проб; , разбуривание цементных стаканов и мостов;
непрерывный и периодический контроль, получение, оперативная передача всего объема технологической, геологической, газометрической, технико-экономической информации с использованием комплексов геолого-технического мониторинга.

Совокупность выполняемых в процессе сооружения скважин работ устанавливается индивидуальным или групповым техническим проектом, какое-либо отклонение от него санкционируется техническим советом бурового предприятия.
Применение дорогостоящего оборудования, потребление материалов высокой стоимости в значительных объемах делает буровые работы весьма затратными.
Строительство скважин является самым капиталоемким видом работ в нефтегазовом комплексе.
Затраты на строительство скважин переносятся на себестоимость добытой из них продукции и/или извлекаемых запасов и имеют тенденция к увеличению с ростом глубины и продолжительности сооружения.
Особенно дорого обходится бурение скважин в акваториях, затраты на него могут превышать затраты на бурение аналогичной скважины на суше на порядок.

Конечной целью бурения скважин является:

получение информации,
либо строительство долговечного канала связи продуктивного пласта с дневной поверхностью,
некоторых скважинах на нефть и газ достижение этих 2 х целей удается совместить.

Независимо от источника финансирования буровых работ их выполнение должно быть рентабельным если не по каждой отдельной скважине, то по объему проходки в целом.

От выбора места заложения скважины методом wild cat практически повсеместно отказались.

Выдаче точки бурения разведочной скважины в натуре предшествует выполнение сложного комплекса сложных изысканий, включающего полностью или частично:

проведение геологической съемки, обобщающей результаты полевого и лабораторного изучения поверхностной морфологии и геоморфологии местности;
проведение поверхностных геофизических исследований методами сейсмо-, грави-, электро- и магнитной разведки;
проведение поверхностных геохимических исследований методами газовой, люминисцентно-геологической, радиоактивной, бактериологической и гидрохимической съёмки;
изучение обнажений, окаменелостей, проб пород;
построение геологической карты предполагаемого района нефтегазоносности;
бурение структурно-поисковых скважин до глубины залегания основных пород;
детализация геологической карты, построение сводного стратиграфического разреза и структурной карты;
бурение разведочных, оконтуривающих и опережающих добывающих скважин, подтверждение или опровержение факта наличия в разведываемом районе месторождения, оценка его промышленного значения.

Разнообразие способов, методов и технических средств бурения на нефть и газ приведено в таблице ниже.

Углубление скважины - это совокупность операций:

разрушение горной породы,
очистка забоя и ствола скважины от выбуренной породы,
подача бурового инструмента на забой.

В приведенном выше сочетании это называется механическим бурением, оно характеризуется набором интервальных параметров режима бурения.

Численные значения параметров устанавливаются:

режимно-технологическими картами,
геолого-техническим нарядом.
техническим проектом на строительство скважины.

Для каждого интервала бурения с одинаковыми горно-геологическими и техническими условиями задаются:

компоновка бурильной колонны (отдельно - ее низа КНБК), типоразмер забойного двигателя в случае его применения;
типоразмер ПРИ, частота его вращения, осевая нагрузка;
полный комплекс физических, гидравлических, реологических свойств промывочного агента; его расход, расчетное гидравлическое сопротивление;
ожидаемое пластовое давление или его градиент;
зенитный и азимутальный углы профиля ствола (в наклонно-направленных скважинах);
концентрация твердой фазы в промывочном агенте, выходящем из скважины.

Для интервалов вскрытия продуктивного пласта (заканчивания скважины) составляются режимно-технологические карты, содержащие дополнительную информацию.

Рациональность назначенных параметров режима бурения имеет место при достижении максимума рейсовой скорости, которая вычисляется как отношение походки на долото к суммарным затратам времени на механическое бурение и спускоподъемные операции (СПО), включая время на наращивание бурильной колонны.

выполненный объем проходки (раздельно в эксплуатационном и глубоком разведочном бурении);
число законченных строительством скважин;
средняя глубина скважин:
число станкомесяцев в бурении, достигнутая коммерческая скорость;
средняя проходка на долото;
себестоимость метра проходки;
списочное число комплектных буровых установок;
средняя годовая проходка на одну списочную установку;
коэффициент оборачиваемости.

Анализируя эти показатели в динамике, можно выявить тренды, предусмотреть и предпринять своевременные меры для предотвращения нежелательных последствий.
Выполнение буровых работ организуется одним из 2 х способов:
- безподрядным, все работы выполняются буровым предприятием с использованием имеющихся у него производственных мощностей;
- сервисным, значительная часть специфичных работ (геофизические исследования скважин, тампонажные работы, разработка рецептур и приготовления промывочных агентов, подбор компоновок бурильных колонн и выбор ПРИ, перфорация обсадных колонн и др.) выполняется сервисными специализированными компаниями по заказу бурового предприятия на подрядных принципах.

2 й способ дает ускоренное выполнение работ, высокое их качество, снижение аварийности и затрат на строительство, но он применим лишь в районах с высокой концентрацией объёмов проходки.

Информационное обеспечение буровых работ на нефть и газ значительно улучшилось, многие буровые установки оснащены бортовыми компьютерами, способны воспринимать, обрабатывать и хранить информацию, получаемую от десятков датчиков, контролировать параметры режима бурения, выбирать и задавать их значения, рекомендовать ПРИ эффективных типоразмеров.

Созданы региональные банки геолого-технической информации.

РАЗВЕДОЧНОЕ БУРЕНИЕ

для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения, роторным, турбинным способом;
электробурами для региональных исследований,
для поисково-разведочных работ, связанных с разработкой нефтяных и газовых месторождений.

В последние годы при разведочном бурении активнее остальных средств применяются электрические турбобуры.

В ходе разведочного бурения особая роль принадлежит буровому раствору.

Буровой раствор должен:

снижать до приемлемого минимума скорость выпадения в осадок частиц выбуренной горной породы;
приводить в движение, снабжать энергией вращение турбобура;
охлаждать буровое долото;
характеризоваться определенным значением плотности, оптимальным для данных горно-геологических условий бурения;
предупреждать флюидопроявления и поглощения;
способствовать сохранению стойкости стенок ствола скважин

Прежде чем приступать к разведочному бурению, необходимо заранее определить его объемы, а также разработать, согласовать и утвердить технический проект на строительство скважины.
Количественно объем разведочного бурения определяется как запланированный прирост запасов по категориям / принятая эффективность ГРР
Объемы разведочного бурения будут неизбежно расти и в связи с этим будут создаваться новые или наращиваться существующие производственные мощности предприятий разведочного бурения. Далее стартует фаза разбуривания месторождения добывающими, нагнетательными и другими скважинами.

ЭКСПЛУАТАЦИОННОЕ БУРЕНИЕ

Этап эксплуатационного бурения - бурения скважин в зоне залежей, продуктивность которых уже доказана, закономерно продолжает работу, начатую при бурении разведочном.
Эксплуатационному бурению предшествует комплексное обустройство участка бурения, сопряженное с развитием разведочного бурения.
При бурении горизонтальных и наклонно-направленных скважин используют специальные навигационные системы, отслеживающие местоположение долота.
Телеметрическая система установлена в компоновке низа бурильной колонны, именно он измеряет необходимые параметры и передает их наверх через буровой раствор

рис. 1 Типы профилей наклонно-направленных скважин

1 - вертикальный участок; 2 - участок набора угла наклона ствола;
3 - прямолинейный наклонный участок; 4 - участок снижения угла наклона ствола
Их последняя колонна способна входить в пробуренный ствол скважины под определенным углом и далее принимать горизонтальное положение, после чего увеличивается радиус контура питания, площадь дренируемой зоны и, как следствие - продуктивность скважины.
В целом, у горизонтальных скважин дебит значительно выше, чем у вертикальных скважин.

Обзор современных методов обеспечения устойчивости стенок скважины

На этапах бурения и заканчивания главными задачами являются прогнозирование устойчивости ствола скважины в процессе строительства и сохранения целостности в процессе ее эксплуатации.

Решению первой задачи в последнее время уделяется повышенное внимание, особенно на месторождениях на поздней стадии эксплуатации. Изменение напряжения и перегрузка, вызванные уплотнением пласта-коллектора в процессе эксплуатации, предъявляют особые технические требования, например, необходимость прогнозирования изменения давления гидроразрыва и его влияния на устойчивость ствола скважины. Выполнение этих требований часто влечет за собой высокие затраты на оборудование и затраты, связанные с увеличением продолжительности строительства скважины.

В последнее время разведка на нефть и газ все более концентрируется на сложных объектах и больших глубинах. Соответственно, бурение становится все дороже, а осложнения при бурении - все более нежелательными. Чтобы снизить риск таких осложнений, требуются более определенные и точные предсказания целого ряда условий, параметров, свойств при планировании скважин, т.е. для обоснования геометрии ствола скважины, конструкции ее обсадки и режима бурения, включая регулирование плотности бурового раствора.

Механические свойства грунтов с целью определения соответствующих характеристик, получения зависимостей, описывающих деформирование грунтов, исследуются при лабораторных и полевых испытаниях.

В некоторых случаях допускается принимать характеристики по справочным данным, например, для предварительной общей оценки геологических условий строительной площадки [3].

Непосредственное использование справочных данных для инженерных расчетов возможно лишь на начальных стадиях проектирования и в случаях, оговоренных нормами и техническими условиями [3].

Основными закономерностями механики грунтов, необходимыми для построения методов расчета деформаций и прочности грунтовых массивов являются зависимости между напряжениями и деформациями грунта в условиях трехосного нагружения.

Параметры этих зависимостей входят в различные расчетные формулы как количественные характеристики механических свойств грунтов.

Важнейшими показателями механических свойств являются деформативные прочностные характеристики.

Многочисленными исследованиями грунтов установлен целый ряд характерных особенностей их поведения, практически не наблюдаемых при изучении свойств других, например, конструкционных (металл, дерево, бетон) материалов.

Результаты, объективно получаемые при исследовании грунтов в приборах, могут быть представлены в различной форме. Как известно, решения задач механики грунтов строятся на использовании тех или иных счетных моделей грунтовой среды.

При этом всегда неизбежной является схематизация свойств реального грунта, зависящая от выбранной расчетно-теоретической модели. Кроме того, необходимо увязывать форму представления результатов экспериментальных исследований, применяемое оборудование и требования, предъявляемые расчетной моделью к реализуемым ею характеристикам грунта.

Например, при проектировании оснований фундаментов при ограничении средних давлений условием p≤ R удовлетворительные результаты дает использование модели линейно-деформируемой среды.

Поскольку реализация этой модели связана с определением только двух характеристик - модуля деформации Е и коэффициента Пуассона ν (практически ограничиваются определением модуля Е), достаточным и оправданным является проведение в этом случае компрессионных или штамповых испытаний грунта. Проявляемое в настоящее время настойчивое стремление существенно повысить средние давления (p> R) на грунты диктует переход к более сложным расчетным моделям.

Многочисленные геодинамические и геомеханические явления, связанные с освоением недр, а именно с добычей полезных ископаемых, разработкой месторождений, строительством подземных сооружений, закачкой отходов производства в глубокие поглощающие горизонты, заставляют рассматривать эти факторы как неотъемлемую характеристику техногенного воздействия на
недра [4, 6]. Помимо экологических и технологических опасностей, которые приносят данные явления, они становятся в отдельных случаях фактором социально-экономической напряженности региона освоения недр [4].

Вместе с тем из опыта разработки месторождений твердых полезных ископаемых, строительства подземных сооружений хорошо известно, что познание геодинамических и геомеханических факторов, умелое управление ими и даже их использование могут значительно повысить экономичность освоения недр [6].

Общепризнанно, что наиболее существенным видом техногенного воздействия на недра является добыча нефти и газа [7].

Разработка нефтяных и газовых месторождений и связанные с ней изменения пластового давления, различные виды воздействия на залежь для поддержания пластового давления и повышения нефтеотдачи нарушают природное напряженно-деформированное состояние недр, создавая предпосылки для возникновения сильных и даже катастрофических природно-техногенных явлений, которые приводят к деформациям горного массива и земной поверхности, повреждениям и авариям систем и объектов обустройства, а также скважин и коммуникаций [4, 7].

Безусловно, сильные и катастрофические геодинамические и геомеханические события природно-техногенного характера на разрабатываемых месторождениях и других природно-технических системах и объектах нефтегазового комплекса представляют явление сравнительно редкое, опасность которого не стоит преувеличивать.

Прогнозирование этих событий и снижение масштабов их последствий являются актуальной проблемой, поскольку их возникновение может иметь катастрофические последствия для предприятий и природной среды [4].

Другой чрезвычайно важный аспект геомеханического поведения горных пород при освоении недр связан с их использованием для повышения эффективности добычи нефти и газа.

Устойчивость скважин тесно связана с геомеханическими характеристиками массива, его структурными особенностями и его исходным напряженным состоянием.

Деформации и оседания земной поверхности обнаруживаются чаще всего по достижении ими определенных опасных значений, а также по нарушениям подземных и поверхностных инженерных объектов, когда уже необходимо затратить значительные средства на восстановление поврежденных объектов. Начальные стадии этих процессов можно обнаружить только на основе специального маркшейдерско-геодезического мониторинга. Существующий опыт исследования и прогнозирования просадок земной поверхности свидетельствует о том, что сильные их проявления возможны в случае [5]:

- наличия аномально высоких пластовых давлений (АВПД) и разработки продуктивных объектов без поддержания пластового давления;

- низких прочностных и деформационных характеристик резервуара;

- наличия высокой пористости пород-коллекторов (до 30÷40%);

- относительно небольшой глубины разрабатываемых залежей (до 2000 м);

- значительной суммарной мощности продуктивных отложений.

Для большей части месторождений скорость просадки составляет небольшие значения - один-два сантиметра в год, а накопленные значения просадок не превышают десятков сантиметров.

Однако зафиксированный диапазон оседаний поверхности при разработке углеводородов весьма велик - наблюдаются оседания от нескольких миллиметров до нескольких метров, и в связи с этим обстоятельством маркшейдерско-геодезический мониторинг и прогноз деформационных процессов при разработке месторождений углеводородов являются обязательной нормой цивилизованной эксплуатации природных ресурсов [5].

При извлечении углеводородного сырья или воды известны многочисленные случаи сейсмических явлений [4]. Механизмов данных явлений может быть несколько: выделение техногенной сейсмической энергии связано с высвобождением основной сейсмической энергии находящегося поблизости сейсмически активного региона (очага); диффузия напряжений, возбуждающих сейсмические события; локальная реакция типа гидроразрыва на закачивание жидкости; восстановление равновесия регионального масштаба, связанное с перемещением жидкости, активизация тектонически активных зон и нарушений.

Среди специалистов существуют разные мнения о возможности прогноза природных землетрясений, и эти мнения меняются со временем. Иногда преобладает крайний пессимизм, иногда - крайний оптимизм. Однако совершенно определенно можно сказать, что к началу XXI столетия ученые не решили эту фундаментальную для человечества проблему. Еще сложнее обстоит дело с прогнозом техногенных землетрясений, которые пока еще представляют единичные явления, появившиеся в последние три десятилетия. Еще не выяснен механизм этих явлений, условия их возникновения, зависимость от природных и технологических факторов [6].

По всей вероятности, в обозримом будущем можно будет лишь ответить на вопросы: возможны ли техногенные сейсмические явления при разбуривании конкретного месторождения, и если да, то какой силы и какой из механизмов присутствует при наведении такой сейсмоактивности. Однако познав механизм данных явлений, можно проектировать превентивные меры, снижающие негативность их проявлений.

В процессе эксплуатации добывающих скважин, в результате образования воронки депрессии в прискважинной зоне пласта наблюдается значительное снижение пластового давления [1].

По мере работы добывающих скважин происходит расширение воронки депрессии, которая может охватывать значительные по площади участки залежи.

В результате этого пласт, особенно в прискважинной зоне, начинает испытывать дополнительную вертикальную нагрузку, приводящую к деформации полого пространства. При этом происходит как упругое, так и пластическое уменьшение емкостных и фильтрационных свойств пород.

Наличие необратимой деформации коллекторов обнаружено на многих месторождениях мира, где в процессе их разработки наблюдалось значительное снижение, пластового давления.

При этом было выявлено, что значения необратимой деформации коллекторов определяются не только значением падения пластового давления, но также палеоглубиной залегания пласта, литологическим типом пород и длительностью воздействия дополнительных нагрузок на продуктивные отложения. На примере месторождения Западной Сибири установлено, что необратимая деформация коллекторов приводит не только к замедлению темпов отбора нефти, но и снижению нефтеотдачи пластов.

Проявление необратимой деформации коллекторов на месторождениях Западной Сибири, по мнению специалистов, привело к потере десятков миллионов тонн, извлекаемых запасов нефти.

Особую чувствительность к действующим нагрузкам испытывают коллекторы трещинного и трещинно-порового типов, которыми представлены глубокозалегающие продуктивные объекты.

Для них характерно сравнительно быстрое и равномерное снижение пластового давления при использовании редкой сетки разведочных скважин, непредсказуемая динамика обводненности скважин, существенно неравномерная продуктивность скважин.

Все эти явления связаны с механическими особенностями поведения под нагрузкой трещиноватых пород-коллекторов.

К сожалению, на современном этапе проектирования вскрытия и разработки продуктивных объектов трещинно-поровых и даже чисто поровых коллекторов особенности их поведения под нагрузкой учитываются весьма слабо.

Особенности учета деформирования пористых консолидированных и тем более деформируемых трещиноватых сред практически не учитываются в гидродинамическом моделировании и создания технологических схем разработки месторождений. Устойчивость скважин при их строительстве и в процессе последующей эксплуатации - традиционная проблема механики горных пород. Точные аналитические решения механики горных пород не потеряли своей актуальности, но с появлением численных методов стали вытесняться из инженерной практики [2].

При большом разнообразии строения и свойств горных пород, которые пересекает ствол скважины в процессе ее проходки, последующего крепления и работы чрезвычайно трудно разработать модель, которая могла бы описать напряженно-деформированное состояние вскрытых разновидностей горных пород и использовать ее в качестве основы проекта.

Такая модель должна быть достаточно простой, чтобы разработанные на ее основе методы исследований устойчивости и разрушения горных пород можно было применять с уверенностью без чрезмерных затрат труда. В связи с этим одно из центральных мест в механике горных пород при разработке месторождений углеводородов занимает создание модели деформирования горного массива.

Создание модели деформирования горного массива применительно к разработке углеводородов является более сложной проблемой, чем решение аналогичной проблемы при разработке твердых полезных ископаемых, строительстве подземных сооружений или возведении высотных плотин. В данном случае исследователь если и проникает в недра Земли, то это проникновение определяется всего лишь диаметром скважины. Все остальные возможности познания массива пород (геофизические и др.) несут косвенную, требующую умелой интерпретации, информацию. Дополнительные сложности вносят эффекты консолидации массива при его вскрытии и извлечении флюида, термические напряжения, а также чаще всего полная неопределенность с исходным полем напряжений.

Знание исходного тензора напряжений, его ориентации и величины имеет фундаментальное значение в нефтяной промышленности, так как этот параметр влияет на многие аспекты разведки и разработки углеводородов.

Достаточно отметить, что трещина гидроразрыва пласта (ГРП) растет в направлении наибольшего сжатия, следовательно, зная направление максимального главного напряжения, и тем более его значение, можно гораздо более эффективно проектировать и выполнять ГРП. Овализация ствола скважины, ее разрушение являются также следствием действия высоких анизотропных напряжений.

Явления разрушения призабойной зоны, или пескопроявления, наносящие большой ущерб оборудованию нефте- и газопромыслов, также являются следствием действия природного поля напряжений, при этом, естественно, накладываются эффекты консолидации коллекторов, слабость их прочностных свойств.

Изучение физико-механических и компрессионных свойств продуктивных объектов - чрезвычайно сложный раздел механики горных пород. Как учесть при определении геомеханических параметров продуктивных объектов на образцах керна, добываемого из скважин на глубинах 4 км и более, многочисленные эффекты, связанные с разгрузкой образца от действующих высоких, чаще всего анизотропных напряжений, анизотропию свойств самого образца, влияние высоких температур, насыщенность пористой среды и целый ряд еще не менее значимых проблем?

В связи с этим параметрическое обеспечение самых оригинальных численных моделей деформирования горного массива чаще всего становится непреодолимой преградой при практической реализации этих моделей. В этих условиях исследователь вынужден использовать порой наиболее простые модели и подбирать входящие в них коэффициенты на основе эмпирических знаний.

Таким образом, одной из причин возникновения обвалов и гидроразрывов в процессе строительства скважин является исходное поле напряжений горной породы. Оно связано с неравномерными распределениями в пространстве скоростей тектонических движений и деформаций земной коры.

Анализ работ по определению условий устойчивости стенок скважины, в частности возникновения обвалообразований и гидроразрывов, показал перспективность дальнейших исследований в этом направлении. В свою очередь это ведет к необходимости экспериментального определения механических свойств горной породы.

Также следует отметить что определение направления максимального горизонтального напряжения на сегодняшний день осуществляется только путем проведения дополнительных геофизических исследований. Такой подход требует дополнительного вложения значительных средств. Следовательно, появляется необходимость в более дешевом и простом способе определения направления главного напряжения.

1. Алимжанов А.М. Неосесимметричное упругопластическое состояние вокруг скважины при разупрочняющем действии бурового раствора // Материалы межд. конф. «Геодинамика и напряженное состояние земных недр». Новосибирск - Академгородок, 4-7 октября 1999. - С. 184-189.

2. Баклашов И.В., Геомеханика. Том I. Основы геомеханики / Баклашов И.В. // - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2005. - 280 с.

3. Карев В.И., Коваленко Ю.Ф., Устинов К.Б. Математическое и физическое моделирование разрушения горных пород в окрестности наклонно-направленных нефтяных и газовых скважин с учетом анизотропии упругих и прочностных свойств пород // Тезисы докл. на IX Всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике. Нижний Новгород. 2006.

4. Кашников Ю.А., Ашихмин С.Г. Влияние добычи нефти в упругом режиме на изменение НДС горного массива. Часть 1. Анализ инструментальных наблюдений. Модель деформирования нефтяного коллектора под нагрузкой // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 1998. - № 5. - С.71-80.

5. Кашников Ю.А., Ашихмин С.Г. Численная модель для расчета сдвижений горных пород при добыче нефти. - В кн.: Проблемы механики горных пород. - Санкт-Петербург. - 1997. - С.193-198.

6. Кашников Ю.А., Якушина Е.М., Ашихмин С.Г. Деформирование скального массива по системам трещин // Известия ВУЗов. Горный журнал. - 1992. - № 3. - С.75-80.

Отбор образцов горных пород нефтяного пласта в процессе эксплуатации скважины

Скважины нефтяные и газовые

ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И РАБОТЫ В СКВАЖИНАХ

Oil and gas wells. Geophysical researches and works in wells. General requirements

Дата введения 2015-01-01

Предисловие

Цели, основные принципы и общие правила проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Техническим комитетом по стандартизации ТК 431 "Геологическое изучение, использование и охрана недр", Обществом с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский и проектный институт мониторинга природных ресурсов" (ООО "НИПИ МПР")

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации по переписке (протокол от 18 октября 2013 г. N 60-П)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97

Код страны по МК (ИСО 3166) 004-97

Сокращенное наименование национального органа по стандартизации

Госстандарт Республики Беларусь

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Август 2019 г.

Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта и изменений к нему на территории указанных выше государств публикуется в указателях национальных стандартов, издаваемых в этих государствах, а также в сети Интернет на сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации.

В случае пересмотра, изменения или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации в каталоге "Межгосударственные стандарты"

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает виды, объемы, стадии и порядок проведения геофизических исследований и работ в нефтяных и газовых скважинах и требования к ним.

Настоящий стандарт предназначен для применения при геологическом изучении, разведке и добыче углеводородного сырья, сооружении и эксплуатации подземных хранилищ газа, а также при проведении аудита запасов углеродного сырья.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

ГОСТ 12.2.034 Система стандартов безопасности труда. Аппаратура скважинная геофизическая с источниками ионизирующих излучений. Общие требования радиационной безопасности

ГОСТ 22609 Геофизические исследования в скважинах. Термины, определения и буквенные обозначения.

ГОСТ 26116 Аппаратура геофизическая скважинная. Общие технические условия

3 Сокращения

В настоящем стандарте использованы следующие сокращения:

АК - акустический каротаж;

АКЦ - акустическая цементометрия;

БК - боковой каротаж;

БКЗ - боковое каротажное зондирование;

БМК - боковой микрокаротаж;

ВИКИЗ - высокочастотное индукционное каротажное изопараметрическое зондирование;

ВСП - вертикальное сейсмическое профилирование;

ГГК-ЛП - гамма-гамма-каротаж литоплотностной;

ГГК-П - гамма-гамма-каротаж плотностной;

ГДК - гидродинамический каротаж;

ГИРС - геофизические исследования и работы в скважинах;

ГК - гамма-каротаж интегральный;

ГК-С - гамма-каротаж спектрометрический;

ГТИ - геолого-технологические исследования скважин;

ДК - диэлектрический каротаж;

ИК - индукционный каротаж;

ИНГК - импульсный нейтронный гамма-каротаж;

ИНГК-С - импульсный спектрометрический нейтронный гамма-каротаж;

ИНК - импульсный нейтронный каротаж;

ИННК - импульсный нейтрон-нейтронный каротаж;

ИПК - испытание пластов с помощью приборов на кабеле;

ИПТ - испытание пластов с помощью инструментов на трубах;

КМВ - каротаж магнитной восприимчивости;

КО - отбор керна с помощью приборов на кабеле;

КС - метод кажущегося сопротивления;

ЛМ - локация муфт колонн;

НГК - нейтронный гамма-каротаж;

НК - нейтронный каротаж;

НКТ - насосно-компрессорные трубы;

ПЖ - промывочная жидкость;

ПС - метод потенциалов самопроизвольной поляризации;

ПХГ - подземные хранилища газа;

ТВЧ - термометрия высокочувствительная;

ТГГ - определение термометрического градиента;

УВС - углеводородное сырье;

ЯМК - ядерный магнитный каротаж.

4 Общие положения

4.1 В настоящем стандарте под ГИРС понимается комплекс методов, основанных на измерении характеристик естественных или искусственных физических полей по разрезу, потока, флюидов, их состава и свойств, пространственного положения и геометрических размеров сечения стволов скважин.

Примечание - Различают следующие виды ГИРС:

- каротаж - исследования в околоскважинном пространстве;

- геолого-технологические исследования в процессе бурения;

- определение технического состояния конструктивных элементов скважин и технологического оборудования;

- промыслово-геофизические исследования при испытании, освоении и в процессе эксплуатации скважин;

- отбор образцов пород и проб пластовых флюидов;

- работы и исследования в скважинах, связанные с вторичным вскрытием, испытанием и освоением пластов, а также с интенсификацией притока флюидов.

4.2 ГИРС в скважинах, пробуренных для поиска, разведки и добычи нефти и газа, проводят при их строительстве, освоении и эксплуатации для решения геологических, технических и технологических задач, подсчета запасов месторождений УВС и мониторинга их разработки, создания и эксплуатации подземных хранилищ газа, а также при проведении природоохранных мероприятий. Решаемые с помощью ГИРС задачи приведены в приложении А. При этом используются различные по физической природе методы геофизических исследований: электрические, электромагнитные, радиоактивные, акустические, ядерные магнитные и др.

4.3 Общие исследования проводят по всему стволу скважины - от забоя до устья. На основании геологического прогноза в скважинах выделяют ранее не изученные, перспективные или содержащие нефть и газ интервалы для проведения детальных исследований и работ. Если рекомендуемого настоящим стандартом состава ГИРС недостаточно для решения поставленных задач, то по согласованию с заказчиком разрабатывают и применяют специальные методы и технологии ГИРС.

4.4 Геологическое изучение с помощью ГИРС проводят в разрезах скважин всех категорий - опорных, параметрических, поисково-оценочных и разведочных. В поисково-оценочных и разведочных скважинах, а также в эксплуатационных скважинах при доразведке и уточнении запасов результаты ГИРС используются совместно с результатами определения фильтрационно-емкостных и физических свойств образцов керна, а также состава и свойств отобранных проб флюидов.

4.5 В процессе строительства скважин проводят геолого-технологические исследования, включающие комплексные исследования содержания, состава и свойств пластовых флюидов и горных пород в циркулирующей промывочной жидкости, характеристик и параметров технологических процессов с привязкой результатов исследований ко времени контролируемого технологического процесса и к разрезу исследуемой скважины.

4.6 После обсадки скважин проводят вторичное вскрытие пластов путем перфорации обсадной колонны, цемента и пород. Испытание пластов, освоение пластов и скважин, а также интенсификацию притоков в скважинах проводят с помощью приборов и оборудования, закрепленного на кабеле и/или бурильных трубах.

4.7 При мониторинге разработки месторождений УВС с помощью ГИРС решаются задачи по исследованию вытеснения нефти и газа в пласте, оценке эффективности применения методов повышения нефтеотдачи, определению эксплуатационных характеристик пластов.

4.8 Результаты ГИРС используются для оценки ущерба, нанесенного недрам вследствие некачественного строительства скважин и нарушений технологии добычи.

Читайте также: