Проблемы интерпретации прямых и косвенных методов исследования при строительстве глубоких и сверхглубоких скважин

В условиях возрастающего дефицита углеводородного сырья поиски и разведка месторождений нефти и газа на больших глубинах становятся важным направлением геологоразведочных работ. Опыт разведочного бурения показал перспективность глубокозалегающих осадочных толщ и позволил ввести в эксплуатацию ряд промышленных залежей нефти, конденсата и газа в республике Беларусь, на глубинах, превышающих 4500 м (Геологическое, Судовицкое). Однако в целом разведанность потенциальных ресурсов нефти и газа на этих глубинах низка, так как является дорогим видом исследований и требует тонких подходов.

Строительство глубоких и сверхглубоких скважин требует детального подхода не только в изучении геологических условий, но и возможности осуществления проводки скважины с обеспечением разобщения несовместимых по условиям бурения стратиграфических горизонтов, выполнения полного комплекса геолого-технологических мероприятий и высокого качества крепления скважины. Для выполнения вышеперечисленных требований необходимо знать точный стратиграфический разрез, пластовые давления, удельные веса (плотность) флюида и т. д.

Непосредственно само по себе строительство глубоких и сверхглубоких скважин является трудной геолого-технологической задачей. В первую очередь нельзя оставлять без внимания горное давление, которое может спровоцировать горные породы к пластическим деформациям и увеличению этих деформаций с глубиной. Термальные условия также усложняют проводку скважины и получение достоверных данных о геологии изучаемой структуры (месторождения). Сложное геологическое строение, которое мы имеем в пределах изучаемой Предречицкой структуры, и вовсе делает задачу по строительству на первый взгляд невыполнимой.

Эти же факторы (большие глубина, давление и температура) связаны с проблемами интерпретации прямых и косвенных методов исследования при строительстве глубоких и сверхглубоких скважин.

К прямым методам исследования относятся: исследование образцов керна (отбор керна), анализ промывочных жидкостей на факт поглощения и проявления, изучение буровых растворов и шлама на предмет содержания газа, изучение литологии, примазок и фрагментов, окислившихся и подвижных углеводородов, проведение ИПТ (испытание пластов трубное) и определение твердости разбуриваемых пород по механической скорости проходки (по данным А.Н. Сущика).

При исследовании керна глубоких и сверхглубоких скважин возникают проблемы с образованием вторичной трещиноватости горных пород в приповерхностных условиях. Дело в том, что в коренном залегании породы находятся в определенных термобарических условиях, отличных от приповерхностных, и, при подъеме керна с больших глубин, может возникать вторичная трещиноватость, существенно искажающая достоверность геологической информации. Способность горных пород отфильтровывать и аккумулировать фильтрат бурового раствора может так же привести к искаженной первичной информации на предмет насыщенности изучаемых горизонтов. Неправильно подобранный удельный вес бурового раствора (порой при высоких энергетических условиях продуктивных горизонтов невозможна проводка скважины с иными характеристиками промывочной жидкости) может вытеснить из образца керна легкие углеводороды, тем самым поставив под сомнение истинную насыщенность продуктивных отложений. Хранение, консервация, и исследование керна с нефтяных, газовых глубоких и сверхглубоких скважин требуют более бережного подхода (применение пластиковых контейнеров, своевременная и незамедлительная обработка образцов отобранных линейными геологами и т. д.).

Потери бурового раствора (поглощения либо проявления) могут с точностью до метра привязать продуктивные отложения по глубине и ухудшить условия проводки скважины. Так при поисково-разведочном разбуривании Геологической структуры (скважины №№ 5, 8) получен факт поглощения утяжеленного бурового раствора (с=1780 кг/м³) при вскрытии продуктивных петриковских (D₃ptr) отложений. Полученный факт свидетельствовал о наличии в разрезе пород-коллекторов, так как скважиной было поглощено около 300 м³ бурового раствора. Аналогичные отклонения от непрерывности технологического процесса получены при проводке скважины № 6r Геологической. При вторичном вскрытии продуктивных петриковских (D₃ptr) отложений приток пластового флюида не был получен. Выполненные реанимационные мероприятия в виде гидроразрыва пласта положительного результата не принесли, в околоскважинной зоне образовалась вторичная трещиноватость, которая спровоцировала смыкание трещинного типа коллектора. В настоящее время рассматривается восстановление скважины № 5 и 8 Геологических методом бурения бокового ствола. Вертикальная проводка скважины (при помощи колтюбинговой установки, которой не требуется значительных отклонений для «зарезки» нового ствола (отход скважины) и существующая возможность проводки скважины по продуктивным отложениям) и оптимальные параметры бурового раствора не позволят повторить ошибок при первичном вскрытии продуктивного трещиноватого типа коллектора (по данным А.Н. Сущика).

Результаты бурения сверхглубоких скважин на территории Припятского прогиба коренным образом изменили представление о строении катагенетических структур, а также о методах сейсмической разведки в таких структурах. Так на Геологическом месторождении был выявлен новый тип коллекторов — «литологически переходный — катагенетический», генетически расположенный между порово-каверновыми коллекторами карбонатов и трещиноватыми коллекторами глинистых баженитов. Такие породы-коллекторы «листоватого типа», с субгоризонтальной трещиноватостью могут быть широко распространены в карбонатно-глинистых отложениях как межсолевого, так и подсолевого (в евлановских, воронежских и, возможно, других отложениях) комплексов, обогащенных органическим веществом и залегающих на больших глубинах. Помимо прочего было установлено отсутствие корреляции между результатами акустического каротажа с сейсмическими данными. Так, данными этих методов совершенно не отбиваются зоны малоамплитудных разломов, участки с аномальным кавернообразованием (вывалами) в стенках скважины и большинство тектонически нарушенных интервалов, обладающих повышенной трещиноватостью и аномалиями теплогенерации (по данным А.Н. Сущика).

При анализе буровых растворов и шлама на предмет содержания газа, на больших глубинах возникает следующая проблема — при подъеме шлама и по мере циркуляции бурового раствора вверх по скважине происходит растворение газа, в итоге газовые показания с поверхности, будут существенно отличны от истинных пластовых. А в большинстве случаев наличия газа в промывочной жидкости вообще не определяется существующими датчиками.

При испытании пластов в глубоких и сверхглубоких скважинах возникают проблемы, как при проведении испытания, так и при интерпретации результатов. Проведение ИПТ осложнено повышенными термобарическими величинами, развитием аномально высоких пластовых давлений на больших глубинах, а также сужением ствола скважины в зонах развития коллекторов за счет фильтрационных корок, как следствие применения буровых растворов с технологическими параметрами, не соответствующими проектным или реальным горно-геологическим условиям разреза. Примером некачественного испытания в зоне развития условно выделенных по ГИС нефтенасыщенных пород-коллекторов (4992−5030 м) является скважина № 1 Геологическая. Двукратное испытание данного интервала (07.12.09 и 09.12.09) было не качественным и лишь 11.12.09 в ходе испытания большего интервала (4983−5037 м) был получен приток пластовой воды, а не нефти, как предполагалось.

Проблема повышения эффективности применения ИПТ в процессе бурения поисково-разведочных скважин связана с поиском рационального сочетания существующих методов исследования скважин: геологического контроля, ГИС, гидродинамических исследований, с разработкой методики и надежных технических средств для отбора проб жидкости. Эти технические проблемы на больших глубинах решаются на основе специальной подготовки оборудования, более подробным расчетам для конкретных геологических условий напряженного состояния колонны, узлов ИПТ, в том числе пакера, хвостовика и др.

При механическом каротаже, трудность состоит в следующем — породы, находясь в аномально высоких термобарических условиях, имеют искаженные от истинных свойства и, как следствие, не могут быть идентифицированы с большой точностью.

Среди косвенных методов основное значение имеют геофизические исследования скважин.

Эффективность глубокого бурения в большой степени зависит от полноты и качества геофизических методов исследования скважин, являющихся основным источником информации для решения геологических и технологических задач. Для качественного выполнения данных задач возникает необходимость развития прогрессивных видов геофизических исследований недр путем применения комплексных приборов с увеличенным диапазоном исследований, а также геофизических приборов, способных разделять проникающих в пласт фильтрат бурового раствора и привнесенную твердую фазу кольматации, от материнских пород и истинного насыщения пластового флюида.

В широком комплексе методов исследования геологических разрезов скважин решающее значение имеют методы, основанные на изучении удельного электрического сопротивления горных пород. Сложное строение глубокозалегающих коллекторов и жесткие геолого-технические условия проведения геофизических исследований в глубоких скважинах требуют повышения эффективности комплекса методов электрического каротажа и создания термобаростойкой аппаратуры для его реализации (по данным А.Н. Сущика).

При интерпретации геофизических исследований в глубоких и сверхглубоких скважинах, искажение результатов происходит в результате действия аномально высоких пластовых давлений, температур, влияния буровых растворов и образования вторичной трещиноватости. В результате, при интерпретации диаграмм, геолог сталкивается с большими сложностями при выделении пород-коллекторов, вмещающих пород и пород-покрышек.

При бурении на Геологической структуре по продуктивным отложениям имело место поглощение промывочной жидкости. В результате промыслово-геофизических исследований по ряду скважин выделены (условно) породы-коллекторы. Однако определить тип коллектора не представлялось возможным до тех пор, пока не был произведен отбор керна. По керну был установлен трещиноватый тип коллектора, с которым возникли упомянутые выше проблемы. Так, в скважине № 5 Геологической по диаграммам ГИС условно были выделены нефтенасыщенные породы-коллекторы в карбонатных породах петриковского возраста (D₃ptr) в интервале глубин 4411−4429 м. Однако приток не был получен, вследствие смыкания трещинного типа коллектор.

В настоящий момент без комплексного анализа полученной информации при проводке скважины нельзя охарактеризовать те или иные перспективные отложения на наличие углеводородного сырья.

Проникновение фильтрата бурового раствора в породы-коллекторы в большинстве случаев не позволяет с большой достоверностью определить насыщение перспективных отложений на наличие углеводородного сырья. Не последнюю роль играют и угловые параметры ствола скважины на достоверность получения геологической информации. Нельзя не учитывать и соотношение диаметра скважины с диапазоном исследования скважинного геофизического прибора. В большинстве случаев проникновение бурового раствора в породы-коллекторы значительно превышает диапазон исследования скважинного геофизического прибора, в таких условиях единственными методами определения истинной насыщенности является проведение испытания пластов проточным или всасывающим способом. Проточный или всасывающий способ исследования пластов позволяет неограниченно (в пределах технических характеристик испытателей пластов) производить отработку из продуктивных отложений фильтрата бурового раствора или поглощённого пластом бурового раствора до получения из пласта истинного флюида определенного с помощью резистивиметра, входящего в базовую комплектацию (по данным А.Н. Сущика).

В результате всех перечисленных выше нюансов в сфере строительства глубоких и сверхглубоких скважин, геолог может столкнуться с целым рядом проблем как при проведении определенных видов геолого-технических работ, так и при интерпретации данных, полученных в результате их выполнения, и, как следствие — это может привести к некачественному выполнению геологической программы, влекущему за собой негативные последствия.