CC BY
76УДК 550.832
В.В. Мальцев, заместитель генерального директора - главный геолог; А.Н. Никитин, начальник управления; Д.М. Кардымон, заместитель начальника управления, ООО «РН-Юганскнефтегаз»; И.Д. Латыпов, к.ф.-м.н., заведующий лабораторией; А.М. Хайдар, к.ф.-м.н., заведующий лабораторией; Г.А. Борисов, к.ф.-м.н., заведующий лабораторией, e-mail: [email protected], ООО «РН-УфаНИПИнефть»
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ ГИС НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ООО «РН-ЮГАНСКНЕФТЕГАЗ» ДЛЯ ЗАДАЧ ОПТИМИЗАЦИИ ГРП
Статья посвящена обобщению результатов геофизических исследований скважин методами кросс-дипольного широкополосного акустического каротажа и электрического сканирования, проведенных на месторождениях ООО «РН-Юганскнефтегаз» для определения направления развития техногенной трещиновато-сти и других задач, направленных на оптимизацию ГРП.
Истощение легкоизвлекаемых запасов нефти в последнее десятилетие диктует необходимость вовлечения в разработку низкопроницаемых коллекторов и высокорасчлененных пластов, а также зон со сложным геологическим строением. Гидравлический разрыв пласта (ГРП) является не только методом стимуляции низкопроницаемых коллекторов, но и при правильном планировании позволяет вовлечь в разработку непромытые зоны пластов и неподключенные перфорацией пропластки. Кроме того, необходимость проведения ГРП для ввода скважин в эксплуатацию оказывает сильное влияние на выбор системы разработки. Так, например, при отсутствии достоверной информации о возможном направлении развития трещин ГРП неправильный выбор системы разработки многократно увеличивает риск прорыва фронта нагнетаемых вод и, следовательно, значительно снижает коэффициент извлечения нефти. Отсут-
ствие информации о геомеханических свойствах горных пород увеличивает риск недостижения трещиной ГРП планируемой геометрии, что может отрицательно отразиться на достижении планируемого дебита нефти.
специальные гис. задачи и ограничения
ООО «РН-Юганскнефтегаз» является одним из мировых лидеров среди нефтедобывающих компаний по применению новых технологий как при бурении и стимуляции скважин, так и при использовании методов геофизических исследований скважин (ГИС) для получения дополнительной информации о целевых объектах разработки. Основными приборами, применяемыми на месторождениях ООО «РН-Юганскнефтегаз», являются различного рода микроимиджеры, к которым относятся приборы DSI, MSD и XMac-F1 кросс-дипольного широкополосного акустического каротажа (АКШ) и электриче-
Таблица 1. Методы и задачи, решаемые специальными ГИС
ские микроимиджеры FMI и StarImager. Перед специалистами-геофизиками, проводившими эти исследования,ставились четыре основные задачи (табл. 1):
1. Определение высоты трещин ГРП.
2. Определение азимута распространения техногенных трещин, в том числе трещин ГРП.
3. Определение механических свойств горных пород.
4. Определение естественной анизотропии скоростей поперечных волн для прогноза контраста горизонтальных напряжений.
В таблице 1 красным цветом выделены задачи, которые не могут быть решены соответствующим методом, желтым -задачи, которые могут быть решены при выполнении определенных условий. Для решения каждой из вышеуказанных задач может быть использовано один или два метода (табл. 1), имеющих как геологические, так и технологические ограничения, описанные ниже.
ЗАДАЧА
Высота трещины ГРП
Азимут техногенных трещин
Механические свойства пород
Контраст горизонтальных напряжений
Кросс-дипольный АКШ
Перед ГРП
После ГРП
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СКАНИРОВАНИЕ
Важным вопросом при решении задачи оптимизации ГРП является получение достоверных данных специальных исследований. Несмотря на очевидные преимущества, все методы ГИС имеют ряд существенных ограничений при выборе скважин-кандидатов.
1. определение высоты трещины грп
Для определения высоты трещины ГРП на месторождениях ООО «РН-Юганскнефтегаз» используются приборы кросс-дипольного АКШ. Для корректного решения этой задачи требуется проведение двух замеров: первый -перед ГРП (фоновый замер), второй -после ГРП (финальный замер). На части месторождений ООО «РН-Юганскнефтегаз» многопластовые залежи углеводородов разрабатываются совместно единой системой разработки (добыча нефти происходит одновременно с нескольких пластов). На многопластовых скважинах измерение закрепленной высоты трещины оказывается возможным лишь при достаточно большом расстоянии между пластами. Однако во время проведения серии ГРП на пластах многопластовой скважины возможен больший по сравнению с расчетным рост трещины в высоту, что помимо резкого повышения давления во время ГРП и преждевременной остановки закачки [2] может привести к пересечению трещин в призабойной зоне, и это, в свою очередь, делает невозможным исследование высоты трещины каждого отдельного ГРП. В этом случае результаты интерпретации могут отражать лишь общую высоту совокупности трещин, и отдельно выделить трещину каждого ГРП не представляется возможным. С учетом глубины исследования метода (0,9 м для кросс-дипольного АКШ) из несложных геометрических соображений можно рассчитать максимальную регистрируемую высоту
_ гГСОБР
(1),
(б I-
о и
т
о.
о р
и *
я
150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 О
_а = 5 _а =10 а =15 а =20 _а =30 _а =50 _а =90 —
л
\\
А»
\\
\\
\\
\ 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Р, град.
рис. 1. палетка для расчета максимальной регистрируемой высоты
где г - глубина исследования прибора; р - зенитный угол наклона ствола скважины в интервале исследования; а - угол между азимутами ствола скважины и трещиной ГРП. Сопоставляя результаты определения высоты,основанного на специальных
методах ГИС, и расчета максимальной регистрируемой высоты, определяют достоверность данных. Для быстрой оценки достоверности определения высоты трещины можно пользоваться палеткой (рис. 1), рассчитанной в соответствии с выражением (1). Таким образом, основным ограничением при проведении исследований кросс-дипольного АКШ для определения высоты трещины ГРП на месторождениях ООО «РН-Юганскнефтегаз» является величина зенитного угла ствола скважины, не превышающего 4-50, ввиду невозможности зарегистрировать трещину ГРП по всей высоте.
2. определение азимута распространения техногенных трещин
Для корректного определения азимута распространения техногенных трещин, в том числе трещин ГРП, на месторождениях ООО «РН-Юганскнефтегаз» используются как кросс-дипольный АКШ, так и электрические микроимид-жеры.
В практике ГРП принято считать, что азимут распространения трещины ГРП соответствует направлению максимального горизонтального напряжения, поэтому задача прогноза азимута максимального напряжения имеет особое значение для специалистов ГРП.
Применение методов вычислительной алгебры к данным кросс-дипольного АКШ в строго вертикальной скважине позволяет разложить скорость волны сдвига VS на максимальную и минимальную составляющие (так называемые «быстрая» V;;, и «медленная» V;;, йои сдвиговые волны). Направления, отвечающие VS,/ast и VS, 51ои , соответствуют азимутам максимального и минимального горизонтальных напряжений. Этот же подход применяется для определения азимута трещины ГРП. Далее рассчитывается анизотропия интервального времени поперечной волны по направлению, которая должна быть выше погрешности прибора (2-5% в зависимости от конкретного прибора) по данному показателю. Одним из факторов, снижающих достоверность данных кросс-дипольного АКШ, является зенитный угол ствола скважины в продуктивной зоне пласта. Азимут распространения трещины ГРП определяется в первую очередь относительно ориентации скважины. При отсутствии исследований с гироскопом в приборной связке интерпретация азимута распространения трещины происходит с учетом данных инклинометрии. Известно, что данные азимута скважины по инклинометрии малодостоверны на вертикальных участках ствола. Поэтому при отсутствии гироскопа при
WWW.NEFTEGAS.INFO
\\ разработка месторождений \\ 53
проведении исследований угол наклона скважины должен составлять не менее 30.
Вторым методом, по результатам которого можно определить азимут распространения техногенных трещин, является электрическое сканирование. Необходимость проведения исследований этим методом в открытом стволе обусловлена физическими принципами метода и техническими особенностями приборов. Отметим, что задача определения азимута распространения техногенных трещин электрическими микроимиджерами может быть решена только при возникновения трещин и вывалов во время бурения.
3. определение механических свойств горных пород
Достаточно часто профиль механических свойств породы, используемый при разработке дизайна ГРП, строится на основании справочных данных по тому или иному региону. Однако использование средних данных, даже с учетом операций, проведенных на соседних скважинах, далеко не всегда позволяет достичь требуемой геометрии трещины ГРП, что сильно влияет на систему разработки в целом.
Геометрия трещины ГРП зависит от механических свойств пород, слагающих разрез (коэффициента Пуассона, модуля Юнга), и от профиля горизонтальных напряжений. Например, в диапазоне значений коэффициента Пуассона, характерном для ЗападноСибирского разреза (0,15-0,35 ед.), горизонтальное напряжение изменяется в пределах 29,5-48,9 МПа. Диапазон изменения величины модуля Юнга в Западно-Сибирском разрезе составляет 10-25 ГПа. Ввиду широкого диапазона изменения геомеханических свойств пород при моделировании ГРП особенно важными оказываются достоверность величин и их контраст в зависимости от пропластков.
Известно, что коэффициент Пуассона и модуль Юнга могут быть рассчитаны из значений скоростей прохождения упругих волн (кросс-дипольного акустического АКШ) [4]:
г ЗУР2-4У52 УР2-2У52 Р 5 УР2-У52 2(УРг-У52) , (2)
Приобское Мало-Бапыкское Киняминское Лемпинекое Восточно-Сургутское Приразломное Омби некое Салымское Майское Фаи некое Средне-Угутское Правдинекое
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Кол-во специальных ГИС
■ Кросс-дипольный АКШ (перед и после ГРП) □ Кросс-дипольный АКШ (перед ГРП) в Электрический микроимиджер
Рис. 2. Распределение специальных ГИС и результатов их применения по месторождениям ООО «РН-Юганскнефтегаз»
где E - модуль Юнга; р - плотность горной породы; VP - скорость волны сжатия; VS -скорость волны сдвига; v - коэффициент Пуассона. Естественно, для наиболее корректного восстановления механических свойств породы по разрезу скважины требуются корректные данные о плотности горных пород, вскрываемых скважиной, а зенитный угол наклона в исследуемом интервале должен быть минимальным (менее 100).
4. прогноз контраста горизонтальных напряжений
При планировании операций ГРП для полноценного расчета азимута (траектории) распространения трещины первого и повторного ГРП требуется учитывать:
• распределение пластового давления, связанного с эксплуатацией нагнетательных и добывающих скважин;
• наличие трещин ГРП;
• контраст максимального и минимального горизонтального напряжений. Применение методов кросс-дипольного АКШ в строго вертикальной скважине позволяет определить контраст между максимальным и минимальным горизонтальными напряжениями в соответствии с эмпирическим выражением
°M=c(^L)n, (3)
°h *S, slow
где oH - значение максимального горизонтального напряжения; oh - значение минимального горизонтального напряжения; C - восстановленный коэффициент; степень n обычно полагают равной 2.
общие ограничения кросс-дипольного акш
Наряду со всеми вышеперечисленными ограничениями возможно получение недостоверных и некорректных данных из-за технического состояния скважины, к которому относится, например, пересыпание забоя после проведения ГРП, что делает невозможным спуск прибора, или отсутствие хорошего сцепления между породой и колонной из-за плохого качества цементного камня. Эти факторы делают невозможным корректную запись кросс-дипольного АКШ. Также стоит отдельно отметить, что при большом зенитном угле наклона ствола скважины в интервале проведения каротажа результаты разложения акустической волны на «быструю» и «медленную» не являются достоверными.
результаты проведения специальныхгис
К маю 2010 г. на месторождениях ООО «РН-Юганскнефтегаз» были проведены специальные исследования на 199 скважино-объектах разработки. Распределение исследований по месторождениям приведено на рисунке
2. Ввиду наибольшей значимости Приобского месторождения более половины всех специальных ГИС (54,3%) было проведено на скважинах именно этого месторождения. Также надо отметить Мало-Балыкское и Киняминское месторождения, объем исследований по которым составил 18,6 и 11,1% соответственно. По остальным месторождениям ООО «РН-Юганскнефтегаз» объем исследований варьируется в диапазоне
57,3%
23,8%
15,5%
■ Не достоверно
□ Высота трещины ГРП
□ Азимут трещины
□ Мех. св-ва и контраст гор. напряжений
Рис. 3. Фактическое распределение полученных данных специальных ГИС по типу решаемых задач
0,5-4,5%, в среднем составляя 1,8%. Из рисунка 2 видно, что большинство исследований (67,3%) проведено приборами кросс-дипольного АКШ, остальная часть исследований (32,7%) проведена электрическими микро-имиджерами.
На рисунке 3 приведено распределение полученных данных по типу решаемых задач. Из рисунка видно, что применение новых технологий специальных ГИС методами кросс-дипольного АКШ и электрического сканирования показало высокую эффективность (96,6%) и позволило решать наиболее актуальные задачи в области оптимизации ГРП.
При определении азимута и высоты трещины ГРП в 80-90% случаев одновременно решаются задачи определения механических свойств горных пород и контраста горизонтальных напряжений. С этим связан высокий процент (57,3%) решения данной задачи.
направление развития техногенных трещин
Для месторождений, имеющих систему поддержания пластового давления и вошедших в последнюю стадию разработки, задача определения азимута распространения техногенной трещи-новатости приобретает большое значение (ввиду наличия недренируемых нефтяных зон).
Большой объем результатов исследований показывает низкую разницу скоростей поперечных волн в ортогональных латеральных направлениях, что говорит о низкой естественной анизотропии механических свойств горных пород и, соответственно, о низком контрасте горизонтальных напряжений. Учитывая все ограничения методов, описанные выше, для задачи определения азимута техногенных трещин достоверными
Рис. 4. Результаты проведения специальных ГИС на скважинах Приобского месторождения (синий цвет - механические свойства и контраст напряжений, желтый - высота трещины ГРП, зеленый - направление развития техногенной трещиноватости, сиреневый - отсутствие анизотропии)
могут считаться 31 скважино-операция, 18 из которых проведены на скважинах Приобского месторождения ООО «РН-Юганскнефтегаз». Азимутальное распределение результатов исследований
450059, г. Уфа, ул. Р. Зорге, 35 тел./факс: (347) 223-74-15, 223-74-17 e-mail: [email protected] www.armgarant.ru
Рис. 5. Результаты исследований по определению азимутов трещин ГРП
I I Г^-——LI
J? 4? # £> <$> op £> 4? #
^ ^ ^ 4г ¿f 4? ^ # ^ ^
Азимут, град.
■ il Приобское ■ 1 Мало-Балыкское
■ il Киняминское ■ и Восточно-Сургутское
■■ Другие м/р — Плотность распределения
Рис. 6. Распределение азимутов по данным исследований направления развития трещин ГРП на месторождениях ООО «РН-Юганскнефтегаз»
приведено на рисунке 5. По результатам проведения специальных ГИС большинство азимутов трещин ГРП (87,1%) лежит в диапазоне 310-3500, вне зависимости от принадлежности скважины конкретному месторождению. Применив методы статистики для анализа результатов исследований, авторы определили, что азимуты распространения трещин ГРП на месторождениях ООО «РН-Юганскнефтегаз» распределены нормально с математическим ожиданием 331,90 (151,90) и стандартным отклонением 13,80 (рис. 6).
заключение
В заключение надо сказать, что высокий зенитный угол ствола скважины не позволяет достоверно определить высоту трещины в случае ее роста по вертикали, поэтому нередко требуется выбирать между определением азимута распространения трещины ГРП и ее высоты при планировании исследований без гироскопа. В предельном случае горизонтальной скважины измерение высоты трещины невозможно, а в строго вертикальной
скважине границы закрепленной трещины могут быть определены с максимальной точностью, естественно, если трещина развивается в вертикальной плоскости.
Результаты проведенных исследований показали следующее.
1. Применение новых технологий специальных ГИС методами кросс-дипольного АКШ и электрических микроимидже-ров показало высокую эффективность (96,6%) и позволило решать наиболее актуальные задачи в области оптимизации ГРП.
2. Результаты проведенных скважинных исследований показывают существование преимущественного направления развития трещиноватости на месторождениях ООО «РН-Юганскнефтегаз» с азимутом NE331,90.
3. Из-за низкой естественной анизотропии механических свойств горных пород для определения направления
распространения трещин ГРП и техногенной трещиноватости наиболее качественные результаты показывают кросс-дипольный АКШ, проведенный после скважино-операции ГРП, и электрическое сканирование в открытом стволе.
4. Ввиду технических и физических требований для проведения специальных ГИС решение максимального спектра задач может быть достигнуто за счет выбора скважины-кандидата с зенитном углом наклона в интервале исследований 3-50.
5. Наличие зон с отсутствием анизотропии говорит о малой разнице между величинами максимального и минимального горизонтальных напряжений, что является благоприятным условием для испытаний технологии переориентации трещин повторного ГРП с целью подключения непромытых нефтяных зон.
Литература:
1. Хайдар А.М., Борисов Г.А., Горин А.Н., Латыпов И.Д. Анализ и классификация причин преждевременных остановок закачки при проведении гидравлического разрыва пластов // Нефтяное хозяйство. - 2008. - № 11. - С. 38-41.
2. Nikitin А., Yudin А., Latypov I., Haidar A., Borisov G. Hydraulic Fracture Geometry Investigation for Successful Optimization of Fracture Modeling and Overall Development of Jurassic Formation in Western Siberia // Asia Pacific Oil and Gas Conference & Exhibition, 4-6 August 2009, Jakarta, Indonesia. SPE121888-MS.
3. Борисов Г.А., Латыпов И.Д., Хайдар А.М., Кузин И.Г., Степанов М.А. Применение плотностного и поляризационного акустического каротажа для оптимизации гидравлического разрыва пласта// Нефтяное хозяйство. - 2009. - № 9. - С. 98-101.
4. Афанасьев И.С., Никитин А.Н., Латыпов И.Д., Хайдар А.М., Борисов Г.А. Прогноз геометрии трещины ГРП// Нефтяное хозяйство. - 2009. - № 11. - С. 62-66.
Ключевые слова: специальные методы геофизических исследований скважин, ГРП, азимут распространения трещин ГРП, геометрия трещины ГРП.
www.mollub.ru
Универсальные решения для вашей техники.
100-летний опыт компании MOL на рынке смазочных материалов, уникальные базовые технологии и собственное сырье позволяют нам предлагать индивидуальные комплексные решения для бизнеса наших партнеров.
• опытные специалисты
• широкий ассортимент
• системы мониторинга и технической поддержки, Wearcheck и Coolcheck
• система сокращения затрат
• разработка уникальных продуктов для спецусловий
• гарантированное качество
115054, г. Москва Космодамианская наб., д. 52, стр. 4 Тел.: +7 (495) 514-00-85 Факс: +7 (495) 967-68-06
► MOL-LUB Lubricant Production в России и странах СНГ
MEMBER OF THE MOL GROUP
