Газоконденсатное месторождение Булла-море связано с одной из глубокопогруженных структур Бакинского архипелага. Бурение здесь велось в основном на северо-восточном крыле структуры. С целью изучения литологии, уточнения тектоники наиболее глубокопогруженной структуры юго-западного крыла и выявления нефтегазоносности V- VII горизонтов было пробурено несколько скважин с максимальной глубиной 6026 м. Однако из-за большого угла падения пластов (80-85°) эти скважины не вскрыли даже кровли V горизонта.

В стратиграфическом разрезе площади Булла-море участвуют четвертичный, апшеронский, акчагыльский ярусы и продуктивная толща. Последняя представлена мощными пластами глин (до 80-85 %) с АВПоД 120-130 МПа и песчано-алевритовыми породами с АВПД до 80 МПа. Исследование и прогнозирование физико-механических свойств пород с целью выбора рациональных породоразрушающих инструментов, разработка и осуществление оптимальных режимов бурения, совершенствование технологии проводки скважин в условиях АВПД, особенно в начальный период разведки месторождений, имеют определенное научное и практическое значение.

Данные о механических свойствах пород, полученные методом вдавливания [1], исключают субъективную оценку (мягкие, средние, твердые и т.д.) и облегчают проведение сравнительного анализа показателей работы долот различных типоразмеров с целью оценки эффективности разрушения пород в различных интервалах и стратиграфических свитах в зависимости от величины градиентов порового и пластового давлений.

Физико-механические свойства пород изучались по керну, отобранному с глубин от 345 до 6000 м.

В табл. 1 приводятся механические характеристики (твердость Р_тв, предел текучести Ртек, коэффициент пластичности Квд, модуль упругости Е) пород месторождения Булла-море. С ростом глубины здесь наблюдаются рост твердости, предела текучести, модуля упругости и уменьшение коэффициента пластичности ( рис. 1 ). Зависимости Ртв=f(Н) и Ртек=f(Н) месторождения Булла-море аппроксимируются линейным уравнением

у=aН+b,

где a - угловой коэффициент прямой, показывающий интенсивность роста твердости и предела текучести пород с глубиной, b - фактическая величина твердости или предела текучести, отсекаемая на оси абсцисс ( табл. 2 ).

По предварительным геологическим данным, V, VII горизонты в погруженной части структуры на юго-западном крыле залегают на глубинах 6500-7500 м.

Экстраполяция кривых зависимостей Ртв =f(H) и Р_тек=f(H) показывает, что при наличии таких высоких поровых и пластовых давлений твердость глин на указанных глубинах составит (45-50)x10⁷ Н/м², а алеврито-песчаных пород (70-75)x10⁷ Н/м². Как видно на рис. 1 , твердость глинистых и алеврито-песчаных пород на площади Булла-море ниже, чем на площади о. Булла.

Установлено, что до глубины 1000- 1200 м породы, слагающие разрез указанных месторождений, в основном представлены высокопластичными глинами с условным коэффициентом пластичности, равным бесконечности. Ниже глубины 1200 м значение коэффициента пластичности уменьшается, а с глубины 2000-2500 м кривые Квд выполаживаются ( рис. 2 ) . При этом глины, слагающие разрез площади Булла-море, имеют более высокую пластичность, чем глины о. Булла. Значения градиентов порового и пластового давлений на площади Булла море также оказались более высокими [2].

Низкие значения твердости, предела текучести пород площади Булла-море (35- 45)x10⁷ Н/м² на глубине 5500-6000 м) объясняются высокой пористостью, пониженной плотностью и высокой аномальностью поровых и пластовых давлений.

На площади Булла-море одновременно со значительным увеличением мощности глинистых толщ происходит и рост поровых и пластовых давлений. Значения порового давления рассчитывались по результатам испытаний шлама глинистых пород и кернового материала, согласно методике [3]. Как видно на рис. 3 , поровое давление пород на площади Булла-море (кривая 3) выше, чем на площади Дуванный-море - о. Булла (кривая 2) и достигает 120-130 МПа. Отклонения опытных точек в сторону меньших значений порового давления соответствуют коллекторам и глинам, контактирующим с коллекторами. При этом чем выше поровое давление, тем больше пластовое давление в коллекторах.

В результате обобщения данных экспериментальных и промысловых исследований установлено что разные значения пористости, плотности, твердости и пластичности пород на различных площадях, но в пределах одного и того же архипелага связаны со степенью развития АВПД и АВПоД.

Как видно на рис. 4 , на площади Булла-море глины с максимальным развитием АВПоД имеют более высокие значения пористости, чем глины, слагающие разрез площадей Сангачалы - Дуванный море - о. Булла, характеризующийся менее интенсивным развитием АВПоД [2]. Глины, не контактирующие с коллекторами, имеют более высокие значения пористости, чем глины, контактирующие с ними.

Кроме того, установлено, что плотность глин и эффективное давление на площади Булла-море ( рис. 5 , кривые 1, 2) также ниже, чем на площадях Сангачалы - Дуванный-море - о. Булла (кривые 3, 4).

Высокая пористость и пластичность глин, а также наличие низкого эффективного давления свидетельствуют о сохранении набухающих минералов на больших глубинах в результате запаздывания катагенетических изменений.

Так, на примере ряда скважин, пробуренных на площади Булла-море, было установлено, что на глубине 6 км глины не подверглись заметным катагенетическим преобразованиям [4], а это указывает на сохранение там высоких градиентов порового давления. Этому, очевидно, способствовали аномально низкие пластовые температуры (91 °С), что в 2 раза ниже температуры при нормальном градиенте, и высокие значения градиентов порового давления 0,021 - 0,022 МПа/м [4]. Кроме того, в призабойной зоне (на глубинах 5,8-6 км) вскрыты высокопластичные, сильнонабухающие глины, почти целиком состоящие из монтмориллонита [5], их пористость до 15-18% и поровое давление 100-130 МПа [4].

Анализ керновых материалов с глубины 5,5-6 км установил, что пористость алеврито-песчаных пород также высокая и колеблется в пределах 8-14 %.

Таким образом, низкие значения показателей прочностных свойств пород и высокая их пластичность на больших глубинах связаны с развитием АВПоД.

Как следует из приведенных в табл. 3 данных, несмотря на большую глубину и высокую плотность применяемого бурового раствора, технические показатели роторного бурения - проходка на долото, механическая и рейсовая скорости - на площади Булла-море выше, чем на площадях Сангачалы - Дуванный-море - о. Булла.

На основании сказанного можно сделать следующие выводы.

Интенсивность роста плотности, твердости, предела текучести, а также уменьшение пористости, пластичности глинистых и алеврито-песчаных пород с глубиной зависят от степени развития АВПоД и АВПД.

Глины, контактирующие с коллекторами, имеют не только низкое значение пористости и повышенной плотности, но и высокие твердость и предел текучести и низкую пластичность относительно неконтактирующих глин.

Механические характеристики глинистых пород могут быть использованы для оценки порового давления наравне с применяемыми обычно плотностью и пористостью.

Поровое давление в глинах идентично пластовому давлению в коллекторах лишь в зонах их непосредственного контакта. При удалении от зон контакта глин с проницаемыми породами в глубь глинистой толщи поровое давление повышается.

Комплексное исследование физико-механических характеристик может быть использовано главным образом для оценки порового давления и прогнозирования пластовых давлений на базе данных о поровых давлениях.

АВПД и АВПоД являются полезной энергией, способствующей уменьшению интенсивности катагенетических преобразований, сохранению высокой пористости, низкой твердости в глинах и коллекторах и повышению показателей бурения при правильном выборе бурового раствора и конструкции скважин.

1. Временное методическое руководство по определению порового давления в процессе бурения /Б.В. Байдюк, Я.А. Гельфрат А.В. Орлов и др. М., ВНИИБТ, 1977.
2. Механические и абразивные свойства горных пород / Л.А. Шрейнер, О.П. Петрова, В.П. Якушев и др. М., Гостоптехиздат, 1958.
3. Набухающий минерал в глубокозалегающих отложениях плиоцена Бакинского архипелага /Н.В. Белов, Н.Д. Зхус, Е.Н. Зубковская и др. - Докл. АН СССР, 1978, т. 243, № 3, с. 138-142.
4. Халилов Н.Ю., Иманов А.А. Влияние аномально высоких пластовых давлений на показатели бурения. - Нефт. хоз-во, 1979, № 10, с. 9-13.
5. Халилов Н.Ю., Иманов А.А. Прогнозирование АВПД в процессе разведочного бурения. - Геология нефти и газа, 1980. № 5 , с. 41-45.

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Рис. 1. Зависимость твердости (а) и пределы текучести (б) пород от глубины

1,3 - глинистые породы площади Булла море; 5 - то же площади о. Булла; 2, 4 - алеврито-песчаные породы площади Булла -море; 6 - то же площади о. Булла

Рис. 2. Изменение коэффициента пластичности глинистых пород с глубиной на площади Булла-море (1) и о. Булла (2)

Рис. 3. Изменение порового давления в глинах с глубиной

1 - нормальное гидростатическое давление, 2 - поровое давление глин на площади Дуванный-море - о. Булла, 3 - то же на площади Булла-море

Рис. 4. Изменение коэффициентов пористости глинистых пород с глубиной на площадях Булла-море (1) и Сангачалы - Дуванный-море - о. Булла (2).

а - глины; б - глины, контактирующие с коллекторами

Рис. 5. Изменение плотности глин (кривые 2, 4) и эффективного давления (1, 3) с глубиной на площадях Булла-море (кривые 1, 2) и о. Булла (3, 4).

Определения сделаны по керну и по шламу глинистых пород