 |
буровые растворы. оценка пластов. отбор керна и опробование. Другим типом промывочной жидкости, который также применяется довольно часто, является буровой раствор на углеводородной основе (в виде масляной эмульсии)
|
|
|
|
Буровые растворы
И так мы с вами усвоили, что при канатном бурении в качестве бурового раствора используют только небольшое количество воды. Однако при роторном бурении буровой раствор является очень важным компонентом процесса.
Наиболее широко распространенный тип бурового раствора — это суспензия глины в обычной свежей воде. Тонкоизмельченную глину (которая называется бентонит или гель) смешивают с водой, в результате образуется сравнительно мягкая однородная смесь. Во многих случаях к глиноводной смеси добавляют химические вещества для улучшения ее свойств.
Важным компонентом буровых растворов является утяжелитель, для этой цели чаще всего используется барит. Утяжелитель повышает плотность бурового раствора, что дает ему возможность противодействовать высокому давлению нефти, газа или соленой воды. Для решения определенных проблем, возникающих при бурении, используют специальные виды глиноводных буровых растворов.
Другим типом промывочной жидкости, который также применяется довольно часто, является буровой раствор на углеводородной основе (в виде масляной эмульсии). Растворы на углеводородной основе используют, когда водные растворы могут повредить пласт. Такие буровые растворы дороже, чем водные суспензии.
В качестве буровых растворов все более широко применяются воздух или газ. В некоторых случаях воздух и газ могут иметь значительные преимущества перед буровыми растворами как на водной, так и на углеводородной основе. Одно из них состоит в том, что воздух или газ не могут повредить пласт, как часто происходит в случае растворов на воде. Еще одним преимуществом газа или воздуха является значительно более высокая скорость прохождения по сравнению с другими буровыми растворами.
|
|
|
Специфический вариант бурения с продувкой воздухом — бурение с пенообразным материалом или с увлажненным воздухом. В этих случаях к воздуху, который прокачивается в скважину, добавляют небольшие количества воды или химического реактива, в результате чего образуется пена или туман. Бурение с промывкой пеной или с продувкой влажным воздухом применяют в тех случаях, когда в ствол шахты поступают большие объемы воды из пласта, который подвергается бурению.
Далее рассмотрим, как проводится оценка пластов с целью выяснения, содержат ли они достаточные количества углеводородов для их промышленного извлечения.
ОЦЕНКА ПЛАСТОВ.
КАРОТАЖ,
ОТБОР КЕРНА И ОПРОБОВАНИЕ
ПЛАСТОВ
В настоящее время ни один прибор не может точно показать наличие нефти под землей. Геологи и геофизики могут делать лишь предположения о наиболее вероятном географическом положении и геологических периодах, в которые возможно образование значительных количеств нефти. Однако только после бурения поисковой скважины у инженеров-нефтяников появляется возможность заглянуть в подземные пласты, которые пройдены буровым долотом. При поисково-разведочном бурении необходимо иметь комплекс методов и инструментов для локализации пластов и для оценки коммерческой ценности горных пород, через которые проходит бур. Использование этих методов и интерпретация полученных результатов называются оценка пластов.
Методы оценки пластов можно условно разделить на две группы в зависимости от момента их использования — во время бурения или когда скважина (или хотя бы часть скважины) уже пробурена. Первая группа включает исследование бурового раствора, каротаж по выбуренной породе, а также отбор и изучение кернов. Ко второй группе относятся канатный каротаж, боковой отбор кернов, опробование пластов, а также опробование пластов приборами на кабеле.
|
|
|
Ни один из множества методов оценки пластов не представляет большой ценности сам по себе. Данные, полученные разными методами, всегда дополняют друг друга.
Каротажные диаграммы
Каротажной диаграммой называется любое отображение состояния скважины в табличной или графической форме. Наиболее часто для оценки пластов применяются следующие виды каротажа:
анализ бурового раствора;
измерение давления;
исследование керна;
кабельный каротаж.
Помимо этого инженеры-нефтяники используют другие виды документов, которые помогают определить характеристики пласта, такие как буровой журнал и журнал анализа образцов. Получаемые данные очень важны и, поскольку они пополняются постоянно, а не только во время перерывов в процессе бурения, они могут указать на наличие перспективного пласта. Затем составляется одна из самых сложных и дорогостоящих каротажных диаграмм, которая помогает убедиться в правильности первоначальных наблюдений и определить степень продуктивности пласта. Давайте теперь рассмотрим буровой журнал и журнал анализа образцов.
Буровой журнал
Буровой мастер отвечает за буровую установку и бригаду в течение смены (которая называется вахта), продолжающейся 8 или 12 ч. Каждый буровой мастер составляет буровой журнал, в котором содержится описание операций и работ на протяжении данной смены (рис. 6. 1). В журнал заносят геологические и механические данные для каждой скважины. В нем также может быть отражено наличие потоков жидкостей, относящихся к действию, либо проявления нефти или газа при бурении.
К буровому журналу прилагается диаграмма скорости проходки. Такую диаграмму часто составляют, когда проходка скважины приближается к зоне, представляющей интерес. Ее также можно вести постоянно при бурении скважины на территории, где имеется мало данных о глубине расположения зон, для которых возможно обнаружение углеводородов. Скорость проходки имеет значение, так как пласты, содержащие углеводороды, обычно мягче, и скорость проходки оказывается выше по сравнению с бурением пластов более твердых пород, расположенных над или под ними. В некоторых случаях снижение скорости бурения может быть весьма значительным, хотя в других случаях оно может оказаться малозаметным.
|
|
|
Журнал анализа образцов
Мы с вами усвоили, что продвигаясь в глубь Земли и проходя через горные породы, буровое долото измельчает породу на куски — буровой шлам. Эти куски выносятся на поверхность с циркулирующим буровым раствором и извлекаются из него. Квалифицированный геолог изучает их и получает важную информацию.
При бурении разведочной скважины образцы шлама отбирают из участков, расположенных на равном расстоянии друг от друга вдоль всего ствола скважины. В случае эксплуатационной скважины (пробуренной на площади известного месторождения) нет необходимости отбирать пробы со всего ствола скважины, можно исследовать только области, представляющие интерес.
При роторном бурении часть потока бурового раствора отводится в ящик для образцов. Скорость потока замедляют, и образцы опускаются на дно ящика. После определенного временного интервала образцы отбирают, промывают, помещают в мешки и маркируют — в таком виде они готовы для изучения геологами.
Отбор образцов — процедура, требующая внимания. Если время отбора точно не зафиксировано, нельзя будет правильно определить глубину, с которой были взяты образцы, и есть риск пропустить нефтеносный пласт. Нужно также принимать во внимание время запаздывания, т. е. время, которое требуется для выноса осколков породы из нижней части скважины на поверхность. В глубоких скважинах время запаздывания может измеряться в часах, поэтому требуется особая точность при записи и маркировке образцов.
Какую же информацию можно получить из анализа образцов? Можно, например, определить:
- тип горной породы (песчаник, сланец, известняк, доломит и т. д. );
- конкретный пласт, через который идет бурение, и его мощность;
|
|
|
- возраст породы;
- глубину, на которой был обнаружен данный пласт;
- указания на пористость, проницаемость, содержание нефти.
Эти сведения в сочетании с данными бурового журнала представляют собой результаты наиболее простых измерений из тех, какие могут быть сделаны в процессе бурения. Помимо описанных методов возможно также проведение специальных геофизических исследований в скважине специалистами по каротажу. Такие исследования включают анализ бурового раствора, измерение давления, изучение керна и кабельный каротаж.
Анализ бурового раствора
Анализ проб бурового раствора — это непрерывный контроль промывочной жидкости и кусков породы на наличие следов нефти или газа. В какой-то мере данное исследование предваряет отбор керна и опробование пластов. Кроме того, важность анализа бурового раствора состоит в том, что он обеспечивает безопасность, так как позволяет своевременно обнаружить опасные условия бурения, которые могли бы привести к выходу скважины из-под контроля и к выбросу нефти. Обычно помимо анализа бурового раствора осуществляют также осмотр, анализ и описание осколков породы (керна).
Как правило, анализ бурового раствора на содержание углеводородов осуществляется подрядчиком с помощью передвижной лаборатории. Техник, чаще всего геолог, проводит эту работу и составляет диаграммы анализа, обеспечивая таким образом нефтедобывающую компанию текущей информацией о ходе бурения. Если обнаруживаются проявления нефти или газа, буровой мастер и техник узнают, что проходка, по-видимому, идет через нефтеносный пласт.
Так в чем же разница между анализом образцов и анализом бурового раствора? Журнал анализа образцов составляется геологом на основе изучения обломков породы. Анализ бурового раствора фактически является расширенным вариантом этого метода, включающим непрерывное исследование бурового раствора для обнаружения малых следов углеводородов в жидкости.
Существует два основных направления использования результатов этого анализа. Основная цель — оценка пласта в процессе бурения скважины на предмет определения точек для помещения обсадной колонны, отбора керна и дальнейшей оценки. Если анализ бурового раствора проводится именно для этого, бурение продолжается и каротаж проводится по ходу бурения. Если наблюдается заметное увеличение скорости бурения или имеются иные признаки (например, увеличение общего количества газа и/или появление тяжелых газов в пробах), которые могут означать, что буровое долото проходит через породу-коллектор, то бурение прекращают.
|
|
|
После прохождения 3—5 м бурение прекращают и осколки породы поднимают на поверхность. Если проявления нефти не обнаруживается, то бурение можно возобновить с минимальной потерей времени. Однако если анализ шлама указывает на возможное наличие нефти или газа, отбирают керн или проводят опробование пласта. (Отбор керна и опробование пластов более подробно рассмотрим чуть позже. )
Диаграммы анализа бурового раствора составляют, как правило, для разведочных скважин или скважин, пробуренных на площади известного месторождения, если возникают конкретные проблемы. Например, если разведочные скважины располагаются в местах, для которых отсутствует подробная информация о строении подповерхностных слоев; на территориях известных месторождений, где имеются трудности в интерпретации данных вследствие наличия линзовидных песчаников, складчатости или сбросов; в местах, где ожидается наличие пласта высокого давления, а также в местах, где интерпретация диаграммы электрического каротажа затруднительна.
Анализ бурового раствора предоставляет необходимые сведения, включая:
- прямое определение наличия углеводородных газов в буровом растворе;
- хроматографический анализ бурового раствора на содержание индивидуальных углеводородов;
- общее содержание горючих газов в обломках породы;
- данные о наличии нефти в буровом растворе и в шламе;
- подробную кривую скорости бурения;
- диаграмму литологического разреза скважины и оценку пористости;
- характеристики бурового раствора;
- данные, имеющие отношение к работе в скважине (например, по планированию спускоподъемных операций по замене бурового долота);
- данные по буровому долоту, по карбиду, об искривлении ствола скважины и прочие полезные инженерные данные.
Кроме того, можно отметить следующие преимущества указанной методики:
- результаты появляются в очень короткие сроки;
- исследование не препятствует продолжению бурения;
- диаграмма записывается одновременно с буровым журналом;
- подробные данные о подповерхностной структуре собираются непрерывно и анализируются.
Кроме почти немедленного указания на наличие продуктивной зоны диаграмма анализа бурового раствора может служить основой для быстрого и эффективного изменения программы бурения. Это — важный инструмент для подтверждения и корреляции.
Измерения по давлению
Диаграмма давления представляет собой компьютерный анализ определенных параметров бурения. Данные, непрерывно поступающие от нескольких источников на буровой площадке, обрабатываются с помощью компьютера, который постоянно выдает информацию о давлении в пласте. Такая обработка используется при бурении разведочных скважин, а также в тех случаях, когда давление в пласте трудно предсказать.
Аномальное давление в пласте может быть оценено графически с помощью регистрации выходов газа — их величины, характера и поведения, сопоставления этих данных с другими факторами, а также с такими геологическими данными, как тип пласта и размеры осколков. Давление является важным показателем, так как оно связано с пористостью. Пласты, характеризующиеся высокими давлениями на определенной глубине, обычно представляют собой зоны с аномально высокой пористостью. Аномальность областей с высокой пористостью — следствие того, что с увеличением глубины погружения пластовое давление повышается и таким образом уплотняет массу породы.
Для оценки давления в скважине в процессе бурения применяют набор специальных приборов с датчиками для исследования поверхности. Помимо газовых датчиков этот набор включает:
- приборы для непрерывной регистрации массы, температуры и удельного электрического сопротивления бурового раствора;
- комплект специальной аппаратуры для определения насыпной плотности бурового шлама;
- сумматор объема бурового раствора;
- прибор для измерения дифференциального расхода бурового раствора;
- аппаратные средства и программное обеспечение для расчетов.
Исследование керна
Исследование керна представляет собой регистрацию данных по анализу керна и литологии разреза в зависимости от глубины. Оно используется для выяснения и оценки продуктивных возможностей приконтурных (граничных) разведочных скважин. При разработке месторождения данные по анализу керна указывают, когда необходимо заканчивать скважину. При анализе керна можно также получить информацию для предварительной оценки нефтеносного участка. Наконец, эти данные нужны для проектирования усовершенствованных методов добычи нефти (повышения нефтеотдачи пластов с применением технических средств). Благоприятные результаты по керну (пористость, проницаемость, насыщенность флюидами) необходимы для эффективной эксплуатации коллектора и для предсказания его отдачи. (Способы отбора и анализа кернов более подробно рассмотрим немножко позже).
Канатный каротаж
Одной из самых масштабных категорий каротажа является регистрация и измерение сигналов, которые передаются или испускаются приборами, помещенными в скважину с помощью стального троса или кабельного каната. Такие измерения обычно проводятся специальными компаниями. Результаты этих исследований, известных как канатный каротаж, позволяют получать данные, необходимые для оценки пластов.
Для проведения канатного каротажа в скважину опускают так называемый каротажный зонд и электронный блок, а затем поднимают их с определенной скоростью, которая зависит от конкретного вида измерений (рис. 6. 4). При подъеме прибора из скважины на поверхность непрерывно поступает сигнал, который передается по проводнику, проходящему внутри троса. Поступающие данные обрабатываются на панели управления и записываются в подходящем формате каротажной диаграммы на пленке с помощью оптического регистрирующего устройства.
Полученные диаграммы обычно подразделяются на диаграммы электрического и радиационного каротажа, хотя есть и другие виды каротажных диаграмм, которые в данной книге мы будем называть «прочие». Ниже мы рассмотрим некоторые из этих типов каротажных диаграмм и их роль в оценке нефтеносного пласта.
Электрический каротаж
Электрический каротаж, который наиболее часто применяется в настоящее время, проводится посредством погружения измерительного прибора на изолированном электрическом кабеле в ствол скважины после удаления оттуда бурильных труб. Каждый тип пласта характеризуется своим электрическим откликом, при этом электрические свойства нефти и газа отличаются от свойств воды. При электрическом каротаже измеряют электрические свойства пластов и пластовых флюидов. Таким образом, соответственно интерпретированная диаграмма может указать, содержит ли данный пласт нефть и газ, а также позволяет определить природу пласта (песчаник, известняк или сланец).
Электрокаротаж называют также каротаж необсажен-ной скважины, так как его нельзя проводить в скважинах с обсаженным стволом: стальная труба нарушает электрические свойства пласта.
Каждая каротажная компания должна успешно конкурировать с другими, поэтому они постоянно разрабатывают новые приборы, которые позволят получать более подробную и точную информацию о природе горных пород и жидкостей или газов, содержащихся в них.
Каротаж: по радиоактивности
Электрический каротаж осуществляется на необсаженной скважине, чтобы избежать короткого замыкания, вызванного присутствием стальной обсадной колонны. В то же время радиационный каротаж может проводиться как в свободной, так и в обсаженной скважине.
Полная диаграмма каротажа по радиоактивности включает два типа кривых — гамма-каротажа и нейтронного каротажа. Кривая гамма-каротажа записывается в левой части диаграммы и напоминает кривую потенциала самопроизвольной поляризации. Кривая нейтронного каротажа регистрируется справа и соответствует кривой удельного сопротивления. Сочетание этих кривых показывает фоновую (естественную) и искусственную радиоактивность в скважине.
Прибор для гамма-каротажа обычно состоит из ионизационной камеры, заполненной инертным газом при высоком давлении. Гамма-излучение, испускаемое пластом породы, проникает в камеру. Некоторые из гамма-частиц сталкиваются с атомами газа, выбивая из них электроны и генерируя таким образом ток. Сигнал передается на поверхность, усиливается и регистрируется в виде кривой его зависимости от глубины. Величина тока непосредственно связана с интенсивностью гамма-излучения. Кривая гамма-излучения (или диаграмма гамма-каротажа) фиксирует естественную радиоактивность пластов.
Величина радиоактивности зависит от типа горной породы. Наибольшую природную радиоактивность имеют сланцевые породы, они обнаруживаются по отклонениям вправо на диаграмме. Для вулканических пород радиоактивность выше, чем в случае осадочных пород, поэтому они легко различаются по диаграммам гамма-каротажа.
Нейтронный каротаж: проводят, перемещая по стволу скважины источник излучения нейтронов высокой энергии и детектор излучения, расположенный на определенном расстоянии от источника. С помощью источника осуществляется бомбардировка породы постоянным потоком нейтронов, а детектор регистрирует вторичное гамма-излучение переменной интенсивности. Полученная кривая содержит в себе информацию о жидкости, находящейся в породе.
Нейтроны с большой скоростью равномерно во всех направлениях испускаются в ствол скважины. Во время своего движения наружу они рассеиваются и тормозятся при столкновениях и, наконец, захватываются. Свойства окружающего материала таковы, что дальность перемещения нейтронов всегда оказывается меньше, чем расстояние между источником излучения и детектором. Выходной сигнал детектора возрастает при уменьшении содержания водорода в окружающем пространстве.
Прочие приборы для каротажа
Существует много других типов приборов для проведения каротажа, которые используются с большим или меньшим успехом. В данном разделе рассматриваются наиболее важные из них.
Акустический каротаж использует ультразвуковые сигналы, которые генерируются и проходят сквозь буровой раствор в прилежащие пласты породы. Результирующий сигнал преломляется, распространяется параллельно стволу скважины и улавливается приемником. Скорость сигнала, проходящего через пласт, измеряется с помощью прибора для каротажа и регистрируется на поверхности.
Данные акустического каротажа позволяют получить информацию о литологии пластов. Поскольку скорость звука различна в разных типах пород, то их легко отличить друг от друга. Кроме того, можно оценить пористость, поскольку в нефти и газе скорость звука ниже, чем в воде; измеряя время прохождения, можно также определить насыщенность пласта флюидом.
Диаграмма диаметра скважины (кавернограмма) регистрирует диаметр скважины в зависимости от глубины. Прибор для таких измерений состоит из набора пружин, которые растягиваются поперек ствола скважины (рис. 6. 7). Центральный стержень соединяется с нижними концами пружин, которые, растягиваясь, попадают в полость, содержащую индукционную катушку. В результате движения центрального стержня, проходящего через катушку, возникает электрический ток, который непрерывно регистрирует данные о диаметре ствола скважины; полученный сигнал записывается на поверхности.
Диаграмма диаметра скважины позволяет определить объем скважины, что нужно для цементирования. Кроме того, эти данные дают возможность рассчитать скорость циркуляции бурового раствора для определения его объема, необходимого для подъема шлама на поверхность. Такие данные также могут оказаться полезными при литологической корреляции, выборе положения для установки пакера и для оценки толщины спекшейся корки на стенках.
Термограмма скважины (термокаротаж) — это кривая изменения температуры в скважине в зависимости от глубины. Измерения проводят с помощью электрических либо автономных термических приборов. Так как температура обычно равномерно меняется в зависимости от глубины, любое отклонение или внезапное изменение могут указывать на расширение газа или на иное движение газа или жидкости. Это может свидетельствовать о неплотности обсадной колонны, наличии зоны потери бурового раствора или даже газоносного участка.
Измерение наклона пласта — это регистрация данных по наклону пласта в зависимости от глубины. Измеряется как угол наклона, так и его направление. Запись осуществляется с помощью сложного инструмента, который является модификацией инструмента для микрокаротажа, способного измерять угол наклона пласта породы, через который идет бурение. Данные по наклону полезны при установлении искривления скважины, а также для составления структурной карты пластов и для определения правильного направления дальнейшего бурения по отношению к скважине, открывшей новое месторождение, или к сухой скважине.
Прочие используемые виды каротажа включают диаграмму положения муфт, метод радиоактивных меток, диаграммы качества связи цемента, перфорационный каротаж и многие другие.
Неспециалист может задуматься о необходимости такого огромного объема информации, получаемого за счет различных методов каротажа. Однако не стоит забывать, что потенциальные разрабатываемые нефте- и газоносные пласты залегают на нескольких тысячах футов под поверхностью земли и в большинстве случаев их невозможно исследовать непосредственно. В связи с этим методы косвенного анализа являются единственно возможными и, так как задействованы большие суммы денег, имеет смысл собрать всю возможную информацию, которая поможет решить вопрос, будет ли скважина продуктивной.
|
|
|
