Оценка перспективности применения газожидкостных смесей на месторождениях с аномально низкими пластовыми давлениями

Первичное вскрытие продуктивного пласта – один из наиболее ответственных этапов бурения скважин. Важность данного процесса обуславливается тем, что неудачи при вскрытии пласта могут свести к минимуму успехи предыдущих этапов строительства скважин, вплоть до необходимости ликвидации скважины.

В результате анализа научно-технической литературы по проблеме вскрытия нефтегазовых пластов можно выделить следующие группы факторов, влияющих на качество вскрытия пластов:

• 1.    Геологические:

литологические характеристики вскрываемых отложений (пористость и проницаемость горных пород; наличие в пластовых флюидах агрессивных компонентов; наличие трещин, каверн и карстовых зон прочность пород, слагающих вскрываемые пласты; тип коллекторов);

физико-химические свойства горных пород, складывающих продуктивный горизонт (твердость, абразивность и др.), их устойчивость (например, неустойчивость, вызываемая набуханием глинистых веществ, входящих в состав цемента горной породы);

• градиенты давлений и температур на забое скважины;

• нефтегазоводоносность (наличие пропластковых и подошвенных вод; газовый фактор, химический состав флюида);

• 2.    Технологические:

возможные осложнения (поглощения, газонефтеводопроявления (ГНВП), осыпи и обвалы, прихваты) и др.

• выбор конструкции и профиля скважины;

• выбор способа и режима бурения;

величина превышения забойного давления над пластовым (один из важнейших параметров, определяющий степень воздействия процесса бурения на состояние околоствольной зоны продуктивных пластов);

• - физико-химические свойства применяемой промывочной жидкости (что определяет выбор типа агента для промывки / продувки и очистки забоя скважины);

• 3.    Технические (выбор технических средств, оборудования и инструмента в соответствии с условиями бурения).

температурный режим бурения скважины (влияет на характер движения флюида, скорость протекания химических реакций);

выбор режима проведения спускоподъемных операций, обеспечивающего минимальное проникновение компонентов бурового раствора в пласт и др.

В зависимости от горно-геологических условий и гидродинамического состояния коллектора, исходя из забойного давления, поддерживаемого при первичном вскрытии ПЗП, применяется один из трех способов первичного вскрытия продуктивных залежей [5]:

• 1)    вскрытие пластов на репрессии - за счёт превышение давления в скважине над пластовым давлением (P_c > Р_пл);

• 2)    вскрытие на равновесии (P_c ~ Р_пл);

• 3)    на депрессии (P_c< Р_пл).

Все три способа вскрытия объединены единым подходом к разработкам технологических решений - к контролю и регулированию дифференциальных давлений в условиях гидродинамической связи скважины и вскрываемых пластов.

По мере выработки месторождений, характеризующихся сравнительной простотой добычи углеводородного сырья, происходит переход к разработке месторождений с трудноизвлекаемыми запасами, что требует иного подхода, по сравнению с ранее применявшимся, ко всему процессу эксплуатации, начиная с первичного вскрытия продуктивного горизонта. К таким сложным горно-геологическим условиям относятся аномальные пластовые давления, солевые толщи, многолетняя мерзлота и др.

В образовании повышенных концентраций нефти и газа большую роль играет развитие зон аномально низких пластовых давлений (АНПД). При наличии мощных миграционных потоков гидростатические аномалии - зоны пьезоминимумов - могут играть важную роль в формировании крупных залежей углеводородов (УВ) [3].

Наличие АНПД в пластах-коллекторах явно свидетельствует о том, что здесь произошла массовая латеральная миграция нефти. Это является предметом прогноза нефтегазовых скоплений, что иллюстрируется на примерах Непско-Ботуобинской нефтегазоносной области, Тимано-Печорской провинции. Образование аномальных пластовых давлений в коллекторах нефти и газа связаны с постоянным (или периодическим) при- током газовой фазы из глубинных источников через разломы и дислокации осадочной толщи пород и последующей газовой миграции УВ [2].

Опыт буровых работ в различных районах мира показывает, что аномально низкие пластовые давления встречаются реже, чем аномально высокие. Тем не менее, АНПД были установлены во многих районах в процессе бурения на нефть и газ.

Анализ данных по АНПД [4] в пределах Пермского края, Западной и Восточной Сибири показывает, что в большинстве случаев (порядка 70%) начальный коэффициент аномальности выражается величиной порядка 0,94-0,99 и лишь в редких случаях составляет 0,75 или менее.

Если обратиться к географии распространения такого явления, как АНПД, то наиболее часто они встречаются на месторождениях Пермского края (17% от всего фонда месторождений), для Западной и Восточной Сибири процент примерно одинаков (13 и 12% соответственно). Но при этом по абсолютным показателям месторождения с АНПД получили широкое распространение на месторождениях Западной Сибири (рис. 1.).

давлениями на месторождениях Пермского края, Западной и Восточной Сибири.

Аномально низкие давления в пласте-коллекторе встречаются во многих истощенных залежах. Поверхностный признак такого снижения давления - проседание земной поверхности. АНПД зафиксированы в бассейнах Сан-Хуан, Предаппалачском, Денвер, Северо-Предкарпатском, Днепровско-Донецком и других нефтегазоносных бассейнах.

АНПД могут быть вызваны искусственно при добыче нефти, газа и воды, если не происходит восполнение отбираемых из пласта флюидов. Добыча больших количеств пластовых флюидов может привести к резкому снижению пластового давления. По существу, отбор флюидов в процессе добычи является причиной уменьшения давления поровых флюидов, если сильный напор воды не может компенсировать это уменьшение; часто в результате этого продуктивные пласты уплотняются [6]. По результатам анализа такого показателя разработки, как пластовое давление, по мере эксплуатации (за последние 20 лет) месторождений Когалымского региона (Западная Сибирь) наблюдается снижение пластовых давлений от 12 до 50 % (табл. 1, рис. 2) в сравнении с начальными [1, 4].

Таблица 1.

Динамика снижения пластовых давлений на месторождениях Когалымского региона (Западная Сибирь)

Месторождение Возраст продуктивных отложений (свита, горизонт), индекс пласта	У Я 2 я е	2 св Н О св С! Я Я С! я о у и св Я к ю я	ID Я М св Ct О О и о о я я Й Я 5 с о 5 & „ Ct о к к 1-4 Я	св к о о я о Н М Я Я Я W Я	св Я D 2 я § к св -Я Я ОО О о Я о Я О| о • у m и о св ,____। W О	О Я § у Й « Я У я 2 ^ я о	§ я 2 оо о о Я О св (М Й ^ я о о • я ^ У О Я св ^ Я	м св Ct св s> Н я я ►Д CD « Я .о 2 У ^ св -& 2 К л о о о о Я « и И я й я 1
Северо-Покачевское Колловей – оксфорд, Ю1 1	Н	2822	27,7	28,3	22,8	1,02	0,82	19,4
Покачевское Баррем, АВ 2	Н	1872	18,4	19,14	16,8	1,04	0,91	12,2
Нонг-Еганское Готерив, БВ 2-3 Верхняя юра, Ю1 1	Н Н	2247 2805	22,0 27,5	22,7 28	17,4 18,6	1,03 1,02	0,79 0,68	23,3 33,6
Нивагальское Апт, АВ 1-2 АВ 2	Н Н	1854 1857	18,2 18,2	18,7 18,8	14 15,4	1,03 1,03	0,77 0,85	25,1 18,1
Поточное Валанжин – готерив, БВ 6 Валанжин, БВ 8	Н Н	2209 2289	21,7 22,5	23,2 23,6	20,4 20,3	1,07 1,05	0,94 0,90	12,1 14,0
Локосовское Валанжин – готерив, БВ 6	Н	2213	21,7	22,8	15,6	1,05	0,72	31,6
Т-Русскинское Валанжин, БС 10	Н	2508	24,6	24,7	15,6	1,00	0,63	36,8
Равенское Берриас, БС 18	Н	2631	25,8	26,1	22,5	1,01	0,87	13,8
Повховское Келловей – оксфорд, Ю 1	Н	2909	28,5	29,4	15,6	1,03	0,55	46,9
СРЕДНЕЕ:						1,03	0,79	23,9

Снижение пластовых давлений зависит от большого количества факторов, таких как состояние продуктивного горизонта до начала и во время разработки (физико-механическое состояние пласта, начальные пластовые давления и температуры и т.д.), пластового флюида (его состав и характеристики), режимы и системы разработки. Таким образом, на каждом месторождении снижение давлений будет происходить с различной интенсивностью. С точки зрения строительства скважин повлиять на это возможно применением щадящих технологий вскрытия продуктивного пласта, нежели ранее. При первичном вскрытии пласта с АНПД вероятность загрязнения продуктивного горизонта повышена, поскольку возникают ситуации, связанные с проникновением бурового раствора в коллектор, что приводит к его кольматации и, как следствие, снижению дебита скважины.

Давление. Miki

Dupo статическое давление. МПа

♦ Давление пластовое начальное. МПа

■ Давление пластовое на 01 03 2008 г. МПа

---Линейная

I Гидростатическое давление. МПа)

Рис. 2. Динамика снижения пластовых давлений по мере разработки и эксплуатации месторождений Когалымского региона (Западная Сибирь)

Анализ современного состояния теории и практики первичного вскрытия продуктивных пластов с АНПД с применением облегченных буровых растворов (ПермНИПИнефть, КогалымНИПИнефть, СевКавНИПИ-газ, ВолгоУралНИПИгаз, НПО «Буровая Техника», НПО «Бурение») позволил сделать вывод, что одним из наиболее перспективных направлений является применение газожидкостных смесей (ГЖС) для бурения скважин.

Сложность применения газожидкостных технологий обусловлена:

• –    отсутствием объективной классификации и рекомендаций по выбору растворов пониженной плотности для первичного вскрытия пластов в конкретных горно-геологических условиях;

• –    недостаточной изученностью процессов, проходящих на забое скважины (связь технологических параметров ГЖС с процессами, происходящими на границе раздела фаз; влияние компонентного состава на забойные процессы;

• –    отсутствием конкретизации технологических параметров ГЖС и их компонентного состава для бурения различным породоразрушающим инструментом;

• –    возникновением проблемы крепления интервалов с АНПД.

В связи с этим разработка составов газожидкостных смесей и технологических схем их применения, позволяющих повысить качество вскрытия пластов с аномально низкими пластовыми давлениями, представляется весьма актуальной задачей.

Для её решения необходимо решить следующие задачи:

• 1.    регламентировать свойства поверхностно-активных веществ (ПАВ) и разработку составов и параметров ГЖС, получаемых, в том числе, с использованием инертных газов, для первичного вскрытия продуктивных пластов с АНПД;

• 2.    провести экспериментальные стендовые исследования вскрытия продуктивных пластов в условиях, аналогичных скважинным, для оценки эффективности предлагаемых ПАВ и их рецептур;

• 3.    провести обработку результатов эксперимента методами математической статистики для получения эмпирических зависимостей, характеризующих гидродинамические условия вскрытия продуктивных пластов с использованием ГЖС;

• 4.    разработать эффективные технологические схемы применения ГЖС при первичном вскрытии продуктивных пластов с АНПД;

• 5.    произвести опытно-производственную проверку разработанных рекомендаций и оценку их экономической эффективности.