Основы рациональной методики вскрытии и испытания пластов в процессе бурения разведочной скважины (В порядке обсуждения.)
Г.С. ГАЗЯН
Эффективность разведочных работ на нефть и газ в нашей стране значительно выше, чем в США, где, несмотря на большие объемы разведочного бурения, за последние 15 лет из года в год снижается темп прироста запасов с 25-20% до 3% годовых.
Однако при нашем богатстве недр обеспечение планируемого на 20-летку многократного прироста промышленных запасов нефти и газа требует значительного увеличения объемов разведочного бурения в различных районах страны в осложняющихся условиях и на все более глубоко залегающие горизонты, что сопряжено с многомиллиардными капиталовложениями.
Так, только на семилетку (1958- 1965 гг.) запланированные капиталовложения в разведочное бурение на нефть и газ составят 4,5 млрд. руб.
В предстоящем 20-летии предусматривается бурение 60 тыс. разведочных скважин, с общим метражом 150-180 млн. м.
Поэтому коренной проблемой повышения эффективности геологоразведочных работ является максимальное сокращение количества разведочных скважин (Редакция считает это положение спорным. Надо ставить вопрос не о сокращении количества скважин, а о повышении приращения запасов на каждую скважину.) и снижение их стоимости. В процессе бурения разведочных скважин путем комплексного исследования всеми современными средствами и аппаратурой должны быть получены исчерпывающие сведения о параметрах вскрытых продуктивных горизонтов независимо от степени их продуктивности. Нужно стремиться к тому, чтобы с окончанием бурения разведочной скважины до проектной глубины завершались бы и геологоразведочные исследования и испытания ее. Эта принципиальная установка должна в ближайшее время стать основой дальнейшего совершенствования техники и организации разведочных работ при поисках нефти и газа. Она, конечно, не исключает возможность и целесообразность длительных испытаний и исследований скважин с проведением работ по интенсификации притока и т. д. для более детальной подготовки уже разведанных месторождений к разработке или в ходе их эксплуатации.
Наряду с достижениями в развитии техники и технологии бурения нефтяных и газовых скважин в методах разработки месторождений, в технике добычи нефти и газа в последнее время наметилось существенное отставание в проведении работ по вскрытию пластов и испытанию глубоких скважин на приток нефти и газа, особенно при разведочном бурении.
Повсеместно сохранилась следующая методика ведения работ: бурение глубокой разведочной скважины до проектного горизонта, спуск и цементировка обсадной колонны, а затем опробование пластов по схеме снизу - вверх.
Опробование начинается после окончания бурения скважины и, как правило, сильно затягивается и осложняется из-за многочисленных прострелов, установок промежуточных мостов, некачественных цементировок, загрязнения зоны вокруг стенок скважины и т. п. Применяемые методы возбуждения притока из пласта (тартание, поршневание и аэризация компрессорами низкого давления и малой производительности) не создают достаточной депрессии на пласт и соответствия в работе системы пласт - подъемник.
Подобная методика и техническое оснащение работ приводят к тому, что скорости бурения разведочных скважин в несколько раз ниже, а стоимость в несколько раз выше, чем эксплуатационных, кроме того, возможен пропуск ряда продуктивных пластов.
Нами разрабатывается и рекомендуется принципиально новая более совершенная методика опробования горизонтов сверху - вниз непосредственно в ходе бурения скважины с использованием испытателей пластов в комплексе геологоразведочных исследований. В этом случае опробование заканчивается вместе с бурением скважины и осуществляется в благоприятных условиях, в свежем только что вскрытом и еще мало загрязненном пласте. Применение различных конструкций и типоразмеров испытателей пластов с необходимой измерительной аппаратурой и передвижных лабораторий дает возможность получить нужные данные о параметрах пласта (пластовом давлении, проницаемости, продуктивности) и о свойствах пластовых жидкостей (нефти, газа и воды) непосредственно на буровой. Сроки бурения разведочной и эксплуатационной скважины будут, приблизительно равны, а стоимость разведочной (сухой) скважины может быть на 30% ниже эксплуатационной, в основном за счет экономии на обсадных трубах.
Существующая в настоящее время система планирования, материального поощрения, учета и отчетности связана с собственно бурением, под которым понимается условно вырванный из всего комплекса буровых работ узкий интервал от забуривания шурфа до ожидания затвердения цементного раствора. Отсюда и понятие «коммерческая скорость» и ведущие показатели «метр проходки» и «механическая скорость», через них мы воспринимаем и обосновываем эффективность буровых работ.
Усилия научно-исследовательских, проектно-конструкторских организаций и буровых предприятий направлены преимущественно на повышение механической и коммерческой скоростей и за многие годы это привело к тому, что конечный объект (цель и направление) - качественно законченная скважина, снижение суммарной стоимости работ и повышение фактической производительности общественного труда в бурении выпали из поля зрения.
Весной 1958 г. мы в ЦЭНИИ провели исследование состояния и разработали мероприятия по улучшению организации и развитию техники освоения, испытания и опробования скважин.
Выводы и рекомендации по результатам выполненной работы освещены в журнале «Нефтяное хозяйство» № 6, 1959 г. Однако большинство их до сих пор не реализовано.
Необходимо, наконец, приступить к разработке новой системы планирования, организации, нормирования, материального поощрения, учета и отчетности в бурении, направленных на обеспечение качественного заканчивания скважины, снижения суммарной стоимости работ и повышения фактической производительности общественного труда, и проверить эту систему в масштабах одной-двух контор бурения в 1962-1963 гг.
В комплексе геологоразведочных работ при поисках нефти и газа важнейшим моментом становится опробование скважин, в связи с чем в ближайшие годы необходимо выполнить комплекс научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ, чтобы обеспечить возможность скорейшего перехода повсеместно со схемы разведки пластов снизу - вверх к прогрессивной и наиболее экономичной схеме (методике) вскрытия и испытания объектов сверху - вниз в процессе проводки разведочной скважины.
Параметры продуктивных пластов в разведочном бурении определяются по керновому материалу, по данным различных видов каротажа (механического, газового, электрического, радиоактивного и т. д.) и по лабораторным исследованиям проб пластовой жидкости.
Однако во многих случаях этих данных недостаточно для оценки продуктивности пластов. Керна, как правило, отбирается очень незначительный процент от мощности продуктивных горизонтов, часто он бывает неполноценный, каротажные материалы, особенно в плотных, трещиноватых, карбонатных коллекторах не показательны, а пробы пластовой жидкости, взятые на поверхности или существующими конструкциями пробоотборников, не надежны.
Для окончательного решения вопроса о перспективности того или иного возможно продуктивного горизонта необходимо длительное испытание его на приток с осуществлением комплекса гидродинамических исследований для уточнения пластового давления, коэффициента продуктивности, газового фактора, состояния призабойной зоны. Такого рода испытания и исследования проводятся, как правило, после бурения и заканчивания скважины (спуска обсадной колонны и вскрытия пласта).
Одним из первых и основных условий качественного проведения работ по испытанию пластов в процессе разведочного бурения является сохранение естественных условий призабойной зоны, минимальное загрязнение посторонними примесями и снижение ее проницаемости. Следовательно, необходимо стремиться к тому, чтобы момент испытания пласта был максимально приближен к моменту вскрытия пласта, так как вся практика промыслового дела, исследования фильтрации промывочного раствора и цементировки показали, что со временем проницаемость призабойной зоны ухудшается и в большинстве случаев требуются сложные дополнительные работы по вызову притока из пласта, что иногда неосуществимо. Совершенно неудовлетворительно с этих позиций испытание пластов после окончания бурения, спуска и цементировки обсадной колонны с большими перерывами в проведении работ. Значительно благоприятнее условия испытания в открытом стволе после вскрытия продуктивного пласта с применением испытателей пластов на бурильных трубах, а самыми совершенными с минимальным разрывом во времени являются испытания с применением испытателей, спускаемых внутри бурильного инструмента непосредственно за вскрытием продуктивного горизонта, или испытателей на кабель-канате, применяемых в комплексе электрометрических работ.
Пласт в процессе проводки разведочной скважины вскрывается буровым инструментом. Следовательно, методы и способы бурения влияют непосредственно на характер вскрытия продуктивного пласта, состояние стенок скважины в призабойной зоне.
Промывочные растворы, применяемые при вскрытии продуктивных горизонтов, должны быть высокого качества, с минимальной фильтрацией, приближающиеся по характеристике к пластовым водам, обработанные химреагентами и поверхностно-активными веществами. Утяжеленные растворы, особенно гематитом, резко ухудшают проницаемость призабойной зоны. Облегченные растворы и вскрытие сжатым воздухом или газом позволяют полностью сохранить естественную проницаемость пласта.
Самопроизвольные гидроразрывы продуктивных горизонтов, особенно трещиноватых, которые, как показали исследования, могут происходить при бурении из-за резкого изменения давления в циркуляционной системе, значительного превышения давления в скважине над пластовым, в процессе спуско-подъемных операций, также значительно ухудшают проницаемость призабойной зоны.
Конечно, можно и нужно предъявлять более жесткие требования к режимам бурения в продуктивных пластах. Но выполнять их иногда затруднительно, а непредвиденные обстоятельства в процессе проводки могут еще более усложнить обстановку.
Следовательно, фактор времени решающий: чем быстрее после вскрытия пласта в процессе бурения проведут испытание, тем в большей степени сохранится естественная проницаемость призабойной зоны и будут обеспечены условия для надежного испытания продуктивного горизонта. Последнее в свою очередь даст возможность определить продуктивность нефтегазоносных горизонтов в ходе проводки разведочной скважины, что значительно сократит сроки разведки и позволит сэкономить материальные и денежные средства.
Для всесторонней оценки продуктивных возможностей пластов, особенно плотных и трещиноватых, необходимо определять все параметры продуктивного горизонта, используя современные технические средства, измерительную и испытательную аппаратуру (испытатели пластов, забойные манометры и термометры, дебитометры, пробоотборники), различные методы, каротажа, а также отбор и анализ кернов. Особое значение приобретает интерпретация, обработка и сравнение параметров, полученных разными способами, для более точного их определения.
В настоящее время основное внимание уделяется изучению условий притока жидкости к забою скважины. Фильтрационные свойства вскрываемой продуктивной зоны можно оценить по данным анализа кернов, а после завершения скважины - по коэффициенту продуктивности. При сравнении результатов обоих исследований получают оценку качества заканчивания скважины. Однако недостаточный отбор керна и трудность использования методов лабораторных исследований в промысловых условиях ограничивают применение этого метода.
По уравнению радиального потока (закон Дарси), зная радиус дренирования, диаметр ствола и другие данные, можно вычислить проницаемость пласта. Но это будет не истинная проницаемость пласта, а проницаемость призабойной зоны, ибо потеря напора в основном происходит вблизи ствола скважины. Проникновение фильтрата глинистого раствора в процессе бурения и методы заканчивания скважины могут резко уменьшить естественную проницаемость пласта в призабойной зоне. В то же время методы интенсификации притока, все шире используемые на завершающих этапах бурения скважины, как правило, увеличивают проницаемость пласта в Призабойной зоне, по отношению к естественной проницаемости продуктивного горизонта. Анализ данных о восстановлении пластового давления, полученных при помощи глубинных манометров, в сочетании с другими сведениями о параметрах пласта позволяет оценить продуктивность пласта и качество заканчивания скважины.
Этот метод исследования относительно прост, доступен для осуществления в промысловых условиях п дает вполне удовлетворительные результаты, на основе которых можно принимать решения о целесообразности спуска обсадной колонны и перспективности пройденных горизонтов.
Для разведочного бурения особенно важно, чтобы метод и аппаратура отрабатывались для снятия кривой восстановления испытателями пластов, спускаемых на кабель-канате во время электрометрических работ, или при помощи конструкции испытателей пластов, позволяющих снять кривую восстановления давления без подъема бурильного инструмента. Такие конструкции испытателей пластов позволяют также отобрать от 3-5 до 25-50 л пластовой жидкости в пластовых условиях для лабораторных определений количества и качества газа, нефти, пластовой воды, фильтрата глинистого раствора. Размещение в испытателе пластов нескольких регистрирующих манометров дает возможность путем сопоставления и расшифровки картограмм более точно получить кривую восстановления пластового давления.
Теоретической основой определения параметров пласта при помощи испытателей пластов служат разработанные и апробированные в промысловой практике научные гидродинамические методы исследования скважин и пластов, освещенные в отечественной п зарубежной литературе.
За последние 2 года в ряде нефтяных районов нашей страны начали применять испытатели пластов в необсаженном стволе (Грозный, Башкирия, Ставрополье, Волгоград, Оренбург), но в очень небольших объемах. Однако даже этот опыт показал, какие большие технико-экономические преимущества даст широкое применение испытателей пластов при разведочном бурении.
На совещании по испытанию нефтяных и газовых скважин при помощи испытателей пластов (сентябрь 1960 г., г. Грозный) отмечалось, что современные отечественные конструкции испытателей пластов, опробованные в промысловых условиях в обсаженных и необсаженных скважинах глубиной 1700-3400 м, резко сокращают сроки испытания скважин и расход обсадных труб.
В решениях упомянутого совещания, а также Всесоюзного совещания по методике поисков в МГ и ОН СССР и Экспертно-геологического совета Главгеологии РСФСР, в докладе Межведомственной комиссии и приказе МГ и ОН СССР отмечается необходимость разработки испытателей пластов, но, к сожалению, сделано еще очень мало. Применение испытателей пластов конструкции ГрозНИИ и УфНИИ, принятых для серийного производства в 1960 г., ограничено, они повторяют устаревшие модели испытателей пластов. Совершенно недостаточно разрабатываются новые прогрессивные схемы испытателей пластов, методики обработки и интерпретации данных исследований, обобщения опыта применения испытателей пластов.
Не разрабатываются вопросы методики планирования, финансирования, организации работ с применением испытателей пластов в процессе проводки разведочной скважины.
В 1960 г. при рассмотрении материалов, поданных на конкурс по разработке новых конструкций испытателей нефтяных и газовых пластов, жюри и ЦП НТО нефтяников отметили второй премией два предложения под девизами «5000 м» и «Летающий испытатель» за разработку конструкций испытателей пластов, основанных на Принципах испытания пласта в процессе бурения без подъема бурильного инструмента, с обеспечением непрерывной промывки скважины над пакером.
Учитывая большое значение для разведочного бурения испытателя пластов, основанного на таких принципах, рекомендуется организовать разработку, изготовление и проведение промышленных испытаний их в 1962 г.
За рубежом пользуются испытателем пластов на кабель-канате фирмы Шлюмберже. В ежегоднике «Дриллинг и продокшен практис» за 1959 г. показана возможность довольно точного определения параметров как высоко-, так и слабопроницаемых пластов с использованием этого типа испытателя пластов.
Аналогичные конструкции испытателей пластов на кабель-канате, основанные на принципах отбора пробы жидкости пласта, замера пластового давления на небольшом участке стенки ствола скважины, изолированном резиновой подушкой и вскрытом в глубь пласта кумулятивным выстрелом, разрабатываются в ГрозНИИ и Октябрьском филиале ВНИИгеофизики. Однако эти работы еще находятся в стадии лабораторно-стендовых исследований и промышленных испытаний.
В схеме опробователя пластов ОП-150, разрабатываемого во ВНИИгеофизике и ВНИИКАнефтегазе, в качестве базы используется сверлящий грунтонос, что позволяет одновременно с отбором проб жидкости из пласта и снятием кривой восстановления давления получить образец керна. Прибор ОП-150 спускается на кабеле КБГ-8 до заданной глубины. Управление и контроль за его работой на всех стадиях осуществляются с самоходной станции управления.
Дистанционный датчик давления позволяет наблюдать и записывать на поверхности кривую восстановления пластового давления в процессе работы прибора ОП-150, что является большим преимуществом испытателей пластов на кабель- канате. Нужно отметить, что основной диаметр эксплуатационных колонн уже сейчас 5", разведочное бурение также переходит на бурение глубоких скважин уменьшенного и малого диаметра.
Поэтому необходимо скорее отработать схему и конструкцию ОП-110 (100), учитывая что ОП-150 можно рассматривать только как макетный образец.
Весьма интересен и перспективен принцип струнного датчика для создания глубинного манометра в комплексе ОП-150 (110). Это решение может иметь и самостоятельный интерес, необходимо только выяснить возможность создания датчиков и глубинной аппаратуры для значительно меньших диаметров, например, для работы в колоннах диаметром 5-4", а также внутри насосно-компрессорных труб диаметром 3-2 1/2", с учетом температурных условий до 150° С.
Во ВНИИгеофизике основное внимание уделяется разработке конструкции ОП-150 и недостаточное - вопросам методики обработки и расшифровки данных, получаемых с ОП-150, для дальнейших комплексных исследований с целью определения параметров пласта.
Ввиду большой актуальности темы и оригинальности принятого принципиального решения необходимо в 1962 г. значительно расширить объем теоретических, конструкторских и опытных работ по теме для того, чтобы к концу 1962 г. ВНИИгеофизика и ВНИИКАнефтегаз могли провести широкие промышленные испытания ОП-110 (100) в глубоких разведочных скважинах в различных геологических условиях.
ВЫВОДЫ
Рациональная методика вскрытия и испытания продуктивных пластов на приток нефти и газа непосредственно в процессе проводки разведочной скважины может значительно сэкономить капиталовложения и повысить фактическую производительность общественного труда при геологоразведочных работах.
Для широкого и повсеместного применения этой методики необходимо выполнить в ближайшие годы комплекс научно- исследовательских и проектно-конструкторских работ по созданию новых прогрессивных схем испытателей пластов, методик обработки и интерпретации данных исследования, обобщения опыта применения испытателей пластов.
Одновременно должны быть разработаны вопросы методики проведения, планирования, нормирования, организации и финансирования работ с применением испытателей пластов при разведочном бурении.
Для выполнения указанного комплекса исследований потребуется привлечение к координированной, согласованной деятельности многих научных и Производственных организаций разных ведомств, для чего целесообразно организовать при Комитете по координации научно-исследовательских работ СССР специальный научный совет по проблеме опробования пластов в процессе проводки разведочной скважины.
ВНИГНИ