Основные этапы и перспективы развития технологии каротажа во время бурения

Доставка измерительного оборудования во время каротажа в вертикальные скважины – простая задача, проверенная временем. Однако, запасы лёгкой нефти истощаются и на первый план выходят сложные месторождения: низкопроницаемые, с развитой вертикальной трещиноватостью и малой толщиной коллектора. Разработка таких месторождений классическими вертикальными скважинами экономически нецелесообразна. В связи с чем, растёт запрос рынка на наклоннонаправленное бурение, позволяющее увеличить площадь фильтрации пластового флюида и нарастить объём извлекаемых запасов [1].

В связи с естественным истощением запасов углеводородов в относительно не глубоких горизонтах необходимо активное вовлечение в разработку более глубоких отложений. Например, в связи с истощением мезозойских отложений большинства эксплуатируемых месторождений Северного Кавказа в прошлом десятилетии активно вовлекались в разработку отложения карбонатного комплекса юры Западного Предкавказья с глубиной залегания ниже 5300 м [2].

Для поддержания текущего уровня добычи компании вынуждены бурить скважины на всё большую глубину, а также вовлекать в разра- ботку трудноизвлекаемые запасы (ТРИЗ), отличающиеся сложными геологическими и технологическими условиями для проведения геофизических исследований скважин (ГИС). В связи с этим актуализируется необходимость усовершенствования существующих методов ГИС и разработка новых технологий.

Главным источником информации о геологических и технологических параметрах в процессе бурения являются данные, полученные геофизиками. До недавнего времени эта информация ограничивалась только технологическими параметрами, а также данными инклинометрии и гамма-каротажа (ГК) [3]. Для создания информационной базы, позволяющей производить комплексную оценку характеристик пласта и регулировать процедуру бурения, этих данных недостаточно, в связи с чем в последние два десятилетия активно развиваются технологии измерений во время бурения (на английском языке: measuring while drilling MWD) и каротаж в процессе бурения (на английском языке: logging while drilling или LWD).

MWD – это каротаж, который используется для контроля траектории скважины в процессе бурения. Он включает в себя измерение таких параметров, как угол наклона, азимут и глубина скважины. MWD позволяет буровикам точно следовать заданной траектории и избегать осложнений, таких как столкновения с геологическими структурами или выход из продуктивного пласта.

LWD – это более широкий тип каротажа, который включает в себя сбор данных о свойствах горных пород и пластов во время бурения. LWD может включать в себя измерения удельного сопротивления, пористости, литологии и других параметров. Эти данные могут быть использованы для определения характеристик пласта, оценки запасов нефти и газа и оптимизации процесса бурения.

Системы MWD и LWD позволяют в реальном времени корректировать траекторию скважины и изменять параметры буровой программы, получать информацию о фильтрационно-емкостных свойствах горных пород времени с минимальными изменениями пласта. Также существенно сокращается время строительства скважины [4].

Понятие и виды геофизической деятельности

Геофизика – это наука, изучающая строение земной коры, с помощью исследования естественных и искусственных физических полей. Включает в себя геологическое изучение недр с целью оценки и учета запасов полезных ископаемых, контроль за разработкой месторождений и извлечения продуктов с помощью скважин.

Для изучения геологического разреза скважины необходимо установить порядок, в котором горные породы расположены относительно друг друга, их глубины и литологопетрофизические характеристики [5].

Геофизические исследования делятся на следующие виды: разведочная геофизика и скважинная геофизика (ГИС).

Разведочная геофизика включает в себя комплекс методов, применяемых для изучения строения земной коры с целью поиска и разведки месторождений полезных ископаемых.

Геофизические исследования скважин (ГИС) основаны на регистрации естественных и искусственных полей земле в процессе каротажа. Каротаж- комплекс геофизических методов, используемых для изучения свойств горных пород и полезных ископаемых в буровых скважинах. Например, каротаж в скважине позволяет получить информацию о фильтрационно-емкостных свойствах горных пород, об их литологическом составе.

ГИС включают в себя различные методы, изучающие электрические, радиоактивные, акустические, тепловые поля горных пород и скважин.

Каротаж во время бурения

Начиная с 1980-ых годов разрабатывается и внедряется технология каротажа в процессе бурения. Целесообразность использования LWD обусловлена тем, что после окончания бурения не нужно дополнительно тратить время на спуск и подъем измерительного прибора как в каротаже на кабеле, при котором необходимо проводиться спуск-подъёмные операции. Как следствие сокращаются денежные расходы на осуществление работ на скважине.

В 1980-ом году компания Schlumberger впервые в мире расположили прибор для определения удельного электрического сопротивления УЭС потенциал-зонд (ПЗ), который использовался для корреляции геологических маркеров, определения характеристик флюидов в пористых пластах и порового давления в глинах. Из-за ограничений контактных методов УЭС, в последующем потенциал-зонд был заменен на прибор электромагнитного каротажа (ЭМК), активно использующейся в современной производственной практике.

Основная проблема приборов первого поколения ЭМК состояла в коротком сроке эксплуатации, вследствие жестких условий бурения. Для устранения этой проблемы была внедрена аппаратура, конструктивно более прочного высокочастотного ЭМК.

Сегодня одной из основных задач ЭМК при LWD является удаленное определения границ пластов при бурении наклонногоризонтальных скважин. Традиционные приборы ЭМК в процессе бурения в силу своей недостаточной глубинности и отсутствия азимутальных измерений в достаточной мере не могли справиться с заданной задачей. Решение этой проблемы найдено в применении азимутальных и более глубинных приборов ЭМК.

Разработка приборов ЭМК с измерениями LWD, характеризующимися высокой глубинностью и наличием азимутальной чувствительности, выделена во второй этап эволюции приборов ЭМК в процессе бурения.

Прибор DeepTrak, разработанный компанией Baker Hughes, не обладает азимутальной чувствительностью, а большая глубинность достигается за счет более низких рабочих частот и большего расстояния между генераторной и приемными катушками.

В 2019 году компанией Schlumberger представлена аппаратура для опережающей геонавигации IriSphere позволяющая исследовать породы, находящиеся перед буровым долотом. В данной аппаратуре обеспечивается глубинность до 30 метров впереди долота [6].

Одним из основных способов повышения достоверности измерений в процессе бурения является создание геофизических эталонов нового типа, способных за счета автоматической коррекциии скважинных условий получать кривую измеряемого параметра непосредственно в процессе каротажа [1].

Для увеличения количества геофизической информации и ее достоверности необходимо включение в комплекс LWD методов гамма-гамма каротажа плотностного ГГК-П, гамма-каротажа ГК, нейтрон-нейтронного каротажа ННК, а также резистивиметров.

На данный момент в РФ в рамках политики импортозамещения разработаны собственные приборы LWD. Примерами таковых являются телеметрическая система Vector LWD разработки АО «Башнефтегеофизика» и прибор LWD172-2ННК-ГГКЛП-3ГК, созданный ООО НПП «Энергия», и многие другие.

В состав телесистемы LWD Vector входят модули ННК, ГК и инклинометра, резистиви-метра, пульсатор с положительным импульсом, батарейный модуль и специальные компоновки утяжеленных бурильных труб УБТ. В состав телесистемы также входит наземная станция LWD с программным обеспечением, которое используется для программирования, навигации бурения и обработки данных геофизических исследований скважин.

Телесистема применяется для оперативного контроля траектории бурения скважины, проведения геофизических исследований в скважинах. Также реализована возможность решать некоторые задачи каротажа на кабеле, такие как измерять естественную радиоактивность горных пород, коэффициент пористости и удельное электрическое сопротивление пластов

Производство данной телесистемы Vector с гидравлическим каналом связи на территории России позволяет ее использование без ограничений на всех проектах [7].

Прибор LWD, разработанный ООО НПП «Энергия» предназначен для проведения литолого-плотностного ГК, компенсированного ННК по тепловым нейтронам и акустической кавернометрии.

В процессе работы устройство регистрирует следующие данные:

• -    индекс фотоэлектрического поглощения и азимутально ориентированную плотность на основе данных плотностного зонда;

• -    азимутально ориентированную водонасыщенную пористость по данным нейтронного зонда;

• -    результаты акустической и плотностной профилеметрии;

• -    показатели затрубного и внутритрубного давления, а также затрубной температуры.

Прибор позволяет в реальном времени контролировать траекторию и технологические параметры бурения, решать задачи литологического расчленения разреза и оценки пористости горных пород. Также возможно построение «плотностного» и «акустического» профилей скважины.

Российские компании, занимающиеся разработкой систем и приборов LWD, предлагают продукты, которые могут конкурировать с зарубежными аналогами. Они создают высокотехнологичные решения, способные обеспечить эффективность и надёжность работы в сложных условиях бурения скважины [8].

Заключение

Проанализированы тренды развития сферы разработки геофизического оборудования. Чтобы сохранить объёмы добычи на прежнем уровне, компании вынуждены вести бурение на большую глубину и разрабатывать трудноизвлекаемые запасы, для добычи которых необходимо бурение наклонно-направленных и горизонтальных скважин. Бурение таковых является сложной задачей. Для оптимизации процесса и увеличения качества и количества геофизической информации во время бурения требуется развитие технологии каротажа во время бурения, которая предоставляет возможность оперативно управлять процессом бурения.

Чтобы повысить точность измерений в процессе бурения, нужно улучшить метрологические установки и перейти на новую методику измерений, позволяющую автоматически корректировать условия в скважине и получать график измеряемого параметра прямо во время каротажа.

Включение все большего количества необходимых методов ГИС в комплекс LWD позволит увеличить качество и количество геофизической информации. Также необходимо усовершенствование каналов связи для точной передачи данных от зая скважин на поверхность.

Вследствие ухода зарубежных компаний из-за санкции, введенных в 2022 год перед Российскими производителями и разработчиками геофизической аппаратуры, встал непростой вызов. На данный момент отечественными компаниями ведется разработка и внедрение LWD-систем, которые уже могут соответствовать уровню зарубежных компаний.