Способ проводки ствола горизонтальной скважины на основе геологических исследований

Изобретение относится к области бурения скважин, а именно к управлению положением ствола в проектном продуктивном пласте бурящихся горизонтальных скважин по данным геологических исследований выбуренных горных пород. Техническим результатом изобретения является повышение достоверности и детальности геологической информации с забоя бурящегося ствола горизонтальной скважины и повышение точности навигации путем ориентирования положения бурового инструмента относительно кровли и подошвы пласта. Способ включает получение наземными приборами информации с забоя скважины о местоположении бурового инструмента и управление траекторией проводки ствола по продуктивному пласту. При этом после получения данных, как минимум, геолого-технологических исследований, инклинометрии, гамма-каротажа отбирают горную породу, выбуренную с забоя скважины. Производят комплексное геолого-петрофизическое и литофациальное исследование выбуренной горной породы. Результаты исследования сводят в таблицу литолого-петрофизических параметров и фациальных свойств. Строят корреляционную схему литолого-фациального состояния разреза с привязкой по вертикальным глубинам с указанием наиболее перспективных на нефть и газ интервалов и производят корректировку траектории проводки ствола горизонтальной скважины, обеспечивающую перемещение бурового инструмента по продуктивному пласту. Комплексное геолого-петрофизическое и литофациальное исследование выбуренной с забоя горной породы включает проведение макроописания породы под бинокуляром, карбонатометрии, люминесцентно-битумологического анализа, фотодокументирования с привязкой по вертикальным глубинам в обычном свете и ультрафиолетовом излучении, термовакуумной дегазации, изучение петрофизических параметров, в том числе пористости, минералогической и объемной плотности, определение содержания нефти или газа в выбуренной горной породе с помощью аппаратуры дистилляции жидкости. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области бурения скважин, а именно к управлению положением ствола в проектном продуктивном пласте бурящихся горизонтальных скважин по данным геологических исследований выбуренных горных пород.

Современными полевыми геофизическими методами сейсморазведки определить с поверхности точное местоположение геологического объекта в толще осадочных пород земной коры не представляется возможным. Данная задача осложняется при условии наличия геологического объекта с разной неоднородностью в строении, связанной с различными фациальными условиями образования горных пород в соответствующую геологическую эпоху. Решить эту задачу с большей точностью позволяет бурение, т.е. непосредственное вскрытие геологического разреза горной выработкой - скважиной. Получив информацию о глубине залегания продуктивного пласта, появляется возможность корректировать траекторию ствола горизонтальной скважины, что используется в практике. Для увеличения добычи полезного ископаемого (нефти, газа, угля, руд) необходимо обеспечить возможность проводки траектории горной выработки скважины или шахтного ствола в плоскости залегания продуктивного пласта. Однако для достижения наибольшей точности проводки требуется учитывать изменения как положения геологического пласта по простиранию и глубине, так и литолого-минералогического состава горных пород (см. Э.Е.Лукьянов, В.В.Стрельченко. Геолого-технологические исследования в процессе бурения. М.: Нефть и газ, 1997, с.99-101).

Известен способ проводки горизонтальных скважин (см. патент RU №1572097, дата публ. 1994.11.30, МПК Е21В 47/02). Согласно этому способу бурят вертикальный ствол, пересекающий продуктивный пласт, устанавливают геофизический репер выше точки местоположения врезки наклонного участка ствола, находящейся на кровле продуктивного пласта, и, управляя траекторией по данным измерения угла и азимута ствола скважины, осуществляют проводку горизонтального ствола с использованием отклоняющего приспособления.

Однако определение разреза по единственному пластопересечению в условиях залегания в земной коре геологического образования, представленного слоем горных пород определенного литофациального, петрофизического, минералогического состава и насыщенного углеводородами или рудными минералами определенных физико-технических свойств, крайне сложно. Кроме того, это требует бурения большого количества скважин на данном участке месторождения, которые своими стволами пересекут подлежащий разработке или исследованию пласт и позволят построить геологическую модель. Получение информации о пространственном расположении геологического объекта в разрезе горных пород согласно данному известному способу, осуществляется на уточнении прогнозной геологической модели по данным геологической информации, полученной в процессе вскрытия толщи горных пород бурением. Полученный при этом ограниченный объем исходных данных отрицательно сказывается на точности проводки горизонтального ствола. К недостаткам способа относится также бурение вертикального участка ствола, что является трудоемкой операцией, требующей значительных затрат времени и средств, а еще более затратным делает способ необходимость последующих работ по цементации вертикального участка.

Известен также способ проводки горизонтального ствола скважины (см. патент №2263782, опубл. 10.11.2005, МПК Е21В 47/02, G01C 19/00). Данный способ, являющийся наиболее близким предложенному изобретению, заключается в получении наземными приборами забойной информации по каналу связи с оперативным контролем и управлением проводкой. При этом забойная информация отображает положение отклонителя относительно магнитного меридиана и величины азимутальных и зенитных углов, полученных от забойных датчиков.

Недостаток данного способа заключается в том, что, как и в предыдущем известном способе, проводка ведется "вслепую", по заранее запрограммированной информации о траектории, без учета изменений геологического разреза. Это может привести к бурению скважины по заданной траектории, но не в непродуктивных отложениях. Другим недостатком является неточность полученных измерений угла и азимута и определенная степенью погрешности в расчетах вычисления траектории горизонтального ствола скважины, что может привести к проводке горизонтального ствола вне плоскости залегания продуктивного пласта.

Задачей предложенного изобретения является создание способа проводки ствола горизонтальной скважины, в котором учитываются изменения состояния геологической обстановки в разрезе горных пород по простиранию, глубине и литологическому составу.

При использовании предложенного способа достигается следующий технический результат: повышение достоверности и детальности геологической информации с забоя бурящегося ствола горизонтальной скважины в режиме реального времени; повышение точности навигации путем ориентирования положения бурового инструмента - долота относительно кровли и подошвы продуктивного пласта; возможность корректировки траектории скважины непосредственно в процессе бурения; непрерывность измерения и регистрации геологических параметров и, как следствие, - снижение затрат и обеспечение точной проводки ствола по продуктивному пласту.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе проводки ствола горизонтальной скважины, включающем получение наземными приборами информации с забоя и управление движением бурового инструмента в заданном направлении, согласно изобретению получают данные геолого-технологических исследований, включая газоаналитические исследования газовоздушной смеси после дегазации бурового раствора, отбирают горную породу, вынесенную с забоя, производят комплексное геолого-петрофизическое и литофациальное исследование выбуренной горной породы, результаты исследования сводят в таблицу литолого-петрофизических параметров и фациальных свойств выбуренной горной породы, строят корреляционную схему литолого-фациального состояния разреза с привязкой по вертикальным глубинам с указанием наиболее перспективных на нефть и газ геологических слоев и на основании этой информации осуществляют корректировку траектории ствола горизонтальной скважины. При этом комплексное геолого-петрофизическое и литофациальное исследование выбуренной с забоя горной породы включает проведение макроописания породы под бинокулярным микроскопом, исследование ее карбонатности, проведение люминесцентно-битуминологического анализа, фотодокументирования выбуренной горной породы с привязкой по глубине в обычном свете и ультрафиолетовом излучении, термовакуумной дегазации выбуренной горной породы, изучение ее петрофизических параметров (пористости, минералогической и объемной плотности), определение содержания полезного ископаемого в горной породе с помощью аппаратуры дистилляции жидкости.

Использование данных геолого-технологических исследований, включая газоаналитические исследования газовоздушной смеси после дегазации бурового раствора, необходимо для предварительной оценки местоположения горизонтального ствола в разрезе горных пород. При этом источником достоверной и детальной информации для навигации по пласту являются результаты комплексного геолого-петрофизического и литофациального исследования выбуренной горной породы.

Результаты полученной в ходе исследований детализации разреза, его более подробного расчленения на основе минералогических, структурных, текстурных, фациальных изменений, сведенные в таблицу литолого-петрофизических параметров и фациальных свойств, и построение корреляционной схемы литолого-фациального разреза с привязкой по вертикальным глубинам, позволяют производить проводку траектории горизонтального ствола в отложениях с наилучшими коллекторскими свойствами и максимальной нефтегазоотдачей.

Комплексное геолого-петрофизическое и литофациальное исследование выбуренной горной породы (шлама), включающее фиксацию как основных характеристик (цвет, текстура, структура, включения), так и второстепенных (таких как оттенки, трещиноватость, доломитизация, окремнение и др.), позволяет более подробно изучить литологические особенности, вплоть до определения фациальных признаков.

Способ проводки ствола горизонтальной скважины на основе геологических исследований представлен следующими графическими изображениями:

фиг.1 - схема положения ствола скважины в разрезе фациально-литологических зон;

фиг.2 - корреляционная схема по двум скважинам.

На фиг.1 схематически показано положение ствола скважины I, траектория которого пролегает выше водонефтяного контакта II (ВНК). На участках вертикальной и наклонной проводки ствол I пересекает следующие зоны: 1 - зону переслаивания аргиллитов и глинистых известняков, 2 - зону плотных известняков, 3 - зону глинистых известняков, 4 - зону плотных известняков, 5 - зону кавернозно-трещиноватых известняков, 6 - зону псевдоолитовых водорослевых известняков, 7 - зону коралловых известняков.

Осуществляется предложенный способ следующим образом.

По пробуренным ранее скважинам на основе полученной предварительной информации производят выделение фациальных зон с набором признаков, характеризующих каждую из этих зон. Составляют эталонно-прогнозную модель проектного горизонта и регламент проведения геологических исследований на предполагаемой к проводке скважине. На основе полученной эталонно-прогнозной модели проводят навигацию горизонтального ствола скважины в наиболее продуктивной части нефтеносной пачки.

С заданных интервалов глубин отбирают пробу горных пород, которая делится на несколько частей для проведения комплексных исследований. Одна из частей направляется на макроописание породы под бинокуляром, фотодокументирование в обычном и ультафиолетовом излучении, проведение карбонатометрии, проведение люминесцентно-битуминологического анализа. Вторую часть направляют на проведение термоваккумной дегазации, изучение петрофизических параметров, определение содержания полезного ископаемого в горной породе с помощью аппаратуры дистилляции жидкости. Третья часть оставляется в виде образцов для проведения детальных лабораторных исследований и упаковывается.

Полученные данные заносят в таблицу и строят корреляционную схему геологических, геолого-технологических исследований, а также инклинометрии и гамма-каротажа. На корреляционной схеме по комплексу признаков, полученных в результате исследования шлама, определяют фациальную зону вскрытых отложений. На основе анализа корреляционной схемы определяют нахождение горизонтального ствола скважины относительно продуктивного пласта и отмечают тенденцию к приближению к его кровле или подошве. Принимают решение об изменении (не изменении) траектории горизонтального ствола скважины в разрезе.

Реализация предложенного способа проводки горизонтального ствола представлена на примере оперативного заключения по скважине в интервале 3425-3564 м (фиг.2). Отслеживание разреза по шламу производилось с глубины 3150 м по стволу скважины с полным комплексом исследований. После привязки к стволам скважин №1 и №2 месторождения по кровле вскрытия зеленовато-серых аргиллитов и по подошве темно-серых аргиллитов (репер А) производилось постоянное отслеживание изменений литолого-петрофизического и фациальных данных в интервале 3425-3564 м по стволу скважины. По комплексной привязке вход в пачку 4 плотных известняков определен на глубине 3485 м (репер В), что совпало с данными гамма-каротажа. В пачке 4 выделен условно-продуктивный пласт 3535-3540 м (репер В'). По сильной битуминизации (до 50%), увеличению газосодержания раствора, наличию покрышки и коллектора под ним. Перед вскрытием пачки 5 были получены проектные данные о предполагаемой глубине вскрытия пачки 5 - 3569 м (репер С) и о продолжении бурения до глубины 3575 м. По скважине №1 расстояние по стволу от начала повышенных газопоказаний (3461 м) (репер В') до кровли пачки 5 (репер С, глубина 3488 м) составляет 27 м. Так как мощности пластов считаются выдержанными по площади, то и до вскрытия кровли пачки 5 в скважине №2 предполагалась такая же мощность. Геологи, отслеживая процесс бурения в реальном режиме времени, оперативно отреагировали на изменение вскрываемого разреза. При вскрытии пласта плотных и крепких известняков была отмечена хорошая сходимость кривых скорости проходки по скважинам №2 и №1 (двойная пика): в скважине №2 в интервале 3547-3551 м, а в скважине №1 - 3484-3490 м. Сразу после плотных крепких известняков механическая скорость резко возросла и продолжала увеличиваться.

В скважине №2 расстояние от кровли условно-продуктивного пласта (репер В', глубина 3535 м) до кровли пачки 5 (репер С, глубина 3549 м) составляет 14 м, т.е. разница по мощностям равна 13 м, отмечается сокращение мощности нижней части пачки 4. Бурение последних десяти метров по данным скорости проходки и литолого-петрофизическим признакам указало на вход в коллектор. Оперативно была выдана рекомендация на остановку бурения и промывку до выхода забойной пачки. По результатам геологических исследований шлама из забойной пачки был сделан вывод, что призабойная часть ствола уже находится в пачке 5. Данная информация была доведена до сведения геологической службы, откуда поступила команда на прекращение бурения и подготовку к проведению ГИС под колонну.

1. Способ проводки ствола горизонтальной скважины на основе геологических исследований, включающий получение наземными приборами информации с забоя скважины о местоположении бурового инструмента и управление траекторией проводки ствола по продуктивному пласту, отличающийся тем, что после получения данных, как минимум, геолого-технологических исследований, инклинометрии, гамма-каротажа, отбирают горную породу, выбуренную с забоя скважины, производят комплексное геолого-петрофизическое и литофациальное исследование выбуренной горной породы, результаты исследования сводят в таблицу литолого-петрофизических параметров и фациальных свойств, строят корреляционную схему литолого-фациального состояния разреза с привязкой по вертикальным глубинам с указанием наиболее перспективных на нефть и газ интервалов и производят корректировку траектории проводки ствола горизонтальной скважины, обеспечивающую перемещение бурового инструмента по продуктивному пласту.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что комплексное геолого-петрофизическое и литофациальное исследование выбуренной с забоя горной породы включает проведение макроописания породы под бинокуляром, ее карбонатометрии, люминесцентно-битуминологического анализа, фотодокументирования выбуренной горной породы с привязкой по вертикальным глубинам в обычном свете и ультрафиолетовом излучении, термовакуумной дегазации, изучение петрофизических параметров, в том числе, пористости, минералогической и объемной плотности, определение содержания нефти или газа в горной породе с помощью аппаратуры дистилляции жидкости.