автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Разработка методов получения информации для проектирования конструкций разведочных скважин

Введение

Глава I. О методике конструирования скважин. II

1.1. Факторы, определяющие конструкцию скважины . XI

1.2. Методика проектирования конструкции скважин

1.3. Постановка задачи.

Глава П. О прогнозировании пластовых давлений и давление гидроразрыва пород

2.1. Возможная схема возникновения зон АВЦЦ.

2.2. Принципы прогнозирования зон и величины АВЦЦ

2.3. Методика выявления зон аномальных давлений по сейсмическим скоростям.

2.4. Методика выявления зон АВЦЦ по скорости осадконакопления

2.5. Методика выявления зон и оценки величины АВЦЦ по данным механического каротажа

2.6. Инструментальные способы оценки пластовых давлений в процессе бурения

2.7. Методика выявления зон аномальных давлений по данным промыслово-геофизических исследований (ГИС)

2.8. Метод сопротивлений.

2.9. Метод акустического каротажа. £

2.10.Анализ методик расчета давления гидроразрыва пород

Глава Ш. 0 взаимосвязи между пористостью и другими характеристиками горных пород

3.1. Изменение пористости терригеняых пород с глубиной б зонах нормального уплотнения

3.2. О зависимости мевду пористостью терригенных пород и температурой.

3.3. Использование данных о пористости для оценки геостатического давления в зонах нормального уплотнения.

3.4. О методике прогнозирования величины порового давления в интервалах нормального уплотнения терригенных пород

3.5. Пористость пород и пластовое давление

3.6. Прогнозирование пластового давления по пористости, определяемой по керну или шламу пород. jqq

3.7. О прогнозировании коэффициентов Цуассона

3.8. О возможности прогнозирования зон поглощения до бурения.

В современной практике нефтегазодобывающей промышленности важное значение имеет оптимальное планирование технологии бурения и крепления скважины.

Степень совершенства конструкции скважины во многом зависит от давня и качества информации о горно-геологических условиях в недрах конкретной площади. Однако в настоящее время, особенно в новых районах на стадии поисково-разведочного бурения, большая часть необходимой информации совсем отсутствует или бывает весьма неполной и недостаточно достоверной. Поэтому в большинстве случаев конструкцию скважины проектируют по принципу "проб и ошибок", в связи с чем она часто бывает далеко не оптимальной. Поэтому нередко в процессе бурения возникают осложнения, которые могут существенно повлиять на технико-экономические показатели буровых работ, а иногда даже привести к необходимости ликвидации дорогостоящей скважины. Экономические расчеты [^2 ] показывают, что за счет только заблаговременного прогнозирования пластовых давлений и реализации такой программы промывки, когда при бурении забойное давление в скважине лишь немного превышает пластовое, можно снизить себестоимость проводки ее в 1,8-2,3 раза.

Поэтому в последнее время особое внимание уделяется разработке методов прогнозщюваяия факторов, оказывающих определяющее влияние на конструкцию скважины и технологию бурения, особенно на новых площадях. Методика прогнозирования пластового давления с помощью данных промысловой геофизики достаточно развита. .Существенным недостатком является ее ретроспективность. Что касается инфор-махщи, получаемой методами полевой геофизики, ее начали использовать совсем недавно. Это и обусловило некоторые трудности, которые будут рассмотрены в настоящей работе.

Способы прогнозирования нормального пластового давления, кроме прямого измерения, отсутствуют.

Существующие методы прогнозирования давления гидроразрыва пород основаны яа знании коэффициента Пуассона. Однако пока отсутствуют методики прогноз 1фования этого коэффициента.

Хотя при встрече зон трещиноватости в разбуриваемой толще возникают серьезные осложнения, до настоящего времени еще не разработана методика прогнозирования таких зон до бурения.

Таким образом, разработка методик прогнозирования таких ключевых характеристик, как пластовое давление, давление гидроразрыва пород, наличие и местоположение зон трещиноватости яа новых площадях до бурения позволила бы сделать проектирование технологии бурения и ьфепления более достоверным, в ряде случаев упростить конструкцию скважин, предотвратить серьезные осложнения при бурении и тем самым снизить себестоимость сооружения. Поэтов автор настоящей работы поставил перед собой задачу сделать еще один шаг в решении проблемы Хфогнозирования вышеперечисленных факторов. При разработке новых методов прогнозирования вышеперечисленных пластовых характеристик были использованы советские и зарубежные литературные материалы по данной проблеме.

Работа была проделана в МИНХ и ГП им.1убкина на кафедре бурения под руководством доцента Соловьева Е.М. Автор этой работы выражает глубокую признательность своему руководителю за оказанную ему неустанную помощь и поддержку.

В настоящей работе предложена новая методика прогнозирования пластового давления в зонах нормального и аномального уплотнения, методика прогнозирования давления гидроразрыва пород, зон трещиноватости, а также формулы для определения пористости, температуры и других характеристик пород, которые необходимы при проектировании конструкций скважин и разработке технологии бурения и крепления их.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Систематизщюваяа методика проектирования конструкций глубоких скважин, отдельные аспекты которой рассматривались в работах многих авторов.

2. Сделан критический анализ способов прогнозирования поровых (пластовых) давлений и давлений разрыва пород, выявлены недостатки и ограничения ряда способов. Показано, что существующие способы позволяют оценивать поровое (пластовое) давление только по информации, получаемой в процессе бурения либо по окончании бурения, а давление разрыва пород - только по информации, получаемой после прямого разрыва их. Они не могут быть использованы для прогнозирования поровых (пластовых) давлений и давлений разрыва до начала бурения скважин на новых площадях.

3. Предложены а) Способы прогнозирования пористости нормально уплотненных глинистых пород и пород в зонах АВЦЦ на больших, глубинах по данным о пористости нормально уплотненных глин на глубине порядка 1000 м, а также по данным о температуре пород-. б) Способ оценки геостатического давления терригенных пород. в) Методики прогнозирования порового давления в зоне нормального уплотнения терригенных пород. г) Вариант методики прогнозирования АВЦЦ по пористости пород, измеряемой в процессе бурения по керну или шламу. д) Способ прогнозирования кажущегося значения коэффициента Цуассона для прогнозирования давления гвдроразрыва пород. е) Методика прогнозирования возможных зон трещиноватости пород.

4. Прогнозные значения пластовых давлений и давлений разрыва найденные по методикам, предложенным в диссертации, удовлетворительно совпадают с фактически измеренными значениями в разных районах СССР и США.

5. Предлагаемые автором способы прогнозирования поровых (пластовых) давлений и давлений гидроразрыва пород основаны, прежде всего, на информации, получаемой при сейсморазведке, а также в процессе бурения сравнительно неглубоких (до 1000-1500 м) скважин и, следовательно, могут быть использованы для заблаговременного получения данных, необходимых для проектирования конструкции и разработки технологии бурения скважин на новых площадях, а также для уточнения конструкций глубоких скважин и технологии разбуривания глубокозалегающих пород на площадях, где пробурены или бурятся лишь скважины относительно небольшой глубины.

1.Fgetl W.N. What to remember when interpreting mud gas cutting. "World oil", 1975, vol.177, N 4.

2. Matthews W.R., Rehm W.A. and Louden L.R. Understanding origin of pressure is a key to better well planning. "Oil and gas journal", 1971, vol.69, N 46.

3. Разведочное бурение. Шамшев Ф.А., Кнюпфер И.П. и др. М.: Гос-топтехиздат, 1958.

4. Брентли Д.Е. Справочник по вращательному бурению. М.: Гостоптехиздат, 1957.

5. Бурение нефтяных и газовых скважин. Шацов Н.И., Федоров B.C. идр. М.: Гостоптехиздат, 1961.

6. Методические указания по выбору конструкции нефтяных и газовых скважин, проектируемых для ьурения на разведочных и эксплуатационных площадях. М., 1973.

7. Середа Н.Г., Соловьев Е.М. Бурение нефтяных и газовых скважин.1. М., Недра, 1974.

8. Eaton В.А. Fracture gradient prediction and its application in oil field operation. "J.Pet.thechnol", 1969,vol. 21.

9. Э.Гайворонский А.А., Цыбин А.А. Крепление скважин и разобщение пластов. М.; Недра, 1981.

10. Ю.Соловьев Е.М.Заканчивание|скважин. М., Недра, 1979.

11. Bellotti P.D., Giacca pressure evaluation improves drilling programs. "Oil and gas journal", 1978, vol.76, IT 37

12. Вопросы длительной устойчивости стенок глубоких екважин/Сейд-Рза М.К., Фаталиев М.Д., Фараджиев Т.Ф., Целовальников В.Ф. Баку: Азернешер, 1969.

13. Единые технические правила ведения работ при строительстве скважин на нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождениях. М., ВНИИБТ, 1983.- 128

14. Справочник по креплению нефтяных и газовых скважин. Под ред. А.И.Булатов, М., Недра, 1981.

15. Лебедев О.А. Проверка расчета техническихколонн • по износу методом Азинмаша. Тр.КФ ВНИИНефть, М.,Гостоптехиздат, 1961, вып.5.

16. Инструкция по расчету обсадных колонн для нефтяных и газовых скважин. Куйбышев: ВНИИТНефть, 1976.

17. Кисельман М.Л. Износ и защита обсадных колонн при глубоком бурении. М.: Недра, 197I.

18. Измайлов Л.Б., Павельчак А.В. К вопросу расчета промежуточных колонн на сопротивляемость смятия. В кн.:Техника и технология крепления скважин и буровые растворы. Тр.ВНИИБТ, М.:1974, вып.8.

19. Какаев В.Н., Измайлов Л.Б., Быков Л.И.- Влияние интенсивности искривления скважины на скорость механического износа промежуточнойколонны. НТС "Бурение", 1974, вып.6.

20. Пути совершенствования конструкции глубоких скважин. Тематические научно-технические обзоры. Сер. "Бурение". М.: ВНИИОЭНГ, 1976.

21. Орлов А.В., Близнюков В.Ю., Липсон Э.А. Влияние величины диаметрального зазора на конструкцию скважин. РНТС. Сер. "Бурение", вып.12.

22. Магара К. Уплотнение пород и миграция флюидов. М.: Недра, 1982.

23. Добрынин В.М., Серебряков В.А. Методы прогнозирования аномально высоких пластовых давлений. М.: Недра, 1978.

24. Фертль У.Х. Аномальные пластовые давления. М.: Недра, 1980.

25. Итенберг С.С. Интерпретация результатов каротажа скважин. М.: Недра, 1978.

26. Kenndy J.L. Drilling around the world. "Oil and gas Journal", 1974, vol.74, N 38.2V. Pressure prediction key to Po veilp drilling, "Oil and gas Journal 1975, vol.73, N14.

27. Аветисян Н.Г., Кошелев H.H., Изотов В.Ю. Экспресс-метод определения зон АВЕЩ. РНТС. Сер "Бурение", 1977, вып.6.

28. Аветисян Н.Г., Кошелев Н.Н., Фролов Е.П. и др. Связи осложнений с зонами АВЕЩ. РНТС. Сер. "Бурение", 1977, вып.6.

29. Фролов Е.П., Петерсон А.Я., Кошелев Н.Н. Выделение зон обвалообразования по результатам геофизических исследований. РНТС. Сер.1. Бурение", 1975, вып.7.

30. Терцаги К.В., Карлипек Ральф. Механика грунтов в инженерной практике. М.: Госстройиздат, 1958.

31. Magara К, Compaction and migration of fluids in miocene mud-stone Nagaoka Plain, Japan. "Bull.Am.Assoc.Pet.Geol", 1968, vol. 52, N 75.

32. Reynolds E.B. The application of Seismic techniques to drilling techniques. SPE 4643, 48th Aime Pall Meet, Las vegas, 1973.

33. Musgrave A.W., and Hicks W.G. Outlining of Shale Masses by geophysical methods. "Geophysics", 1966, vol. 31.

34. Pennebaker E.S. Sesmic data indicatedepth, magnitude of obnor-mal pressures. "World oil", 1968, vol. 166.

35. Методика и результаты выявления зон АВПД по сейсмическим скоростям в Предкавказье и Азербайджане. Лабковский Б., Абрамов В. и др. Сборник докладов 2-го научного семинара стран-членов СЭВ по нефтяной геофизике. М.: 1982, том I. Сейсморазведка.

36. Jorden J.R., Shirley O.J. Application of drilling Performance data to overpressure detection, "J.pet.thechnol", 1966, vol.18.

37. Harper D. New Findings Prom overpressure detection curves in tectonically Stressed beds. SPE, 1969.

38. Zamora M. Slide rule correction aids d-exponent use. "Oil and gas journal", 1972, vol.70, N 51.- 130

39. Стомаров Д.Е. Совершенствование технологии и оптимизация режимов бурения. М.: ВНИИОЭНГ, 1970.

40. Булатов А.И., Проселков Ю.М., Рябченко В.И. Технология промывки скважин. М.: Недра, 1981.

41. Шевцов В.Д. Регулирование давления в бурящихся скважинах. М.: Недра, 1984.

42. Аветисян Н.Г., Фролов Е.П. Экспресснметод определения порового давления по данным механического каротажа. НТС "Бурение", 1983, вып.6.

43. Струговец Е.Т., Нестерова Т.Н. Прогнозирование пластовых давлений по параметрам бурения. Нефтяное хозяйство, 1984, МО.

44. Аветисян Н.Г., Пашинян Л.А., Фролов Е.П. Метод построения линий гидростатического порового давления вглинах по данным бурения. НТС "Бурение", 1982, вып.II.

45. Chilingarian G.V., Vorabutr P.Drilling and drilling fluids, Amsterdam-Oxford-Hew-York, 1981.

46. Струговец E.T., Нестерова Т.Н. Контроль за пластовым давлением по параметрам режима бурения. НТС "Бурение", 1983, вып.10.

47. Струговец Е.Т. Возможности повышения точности прогнозирования пластового давления по параметрам режима бурения. НТС "Бурение", 1983, вып.7.

48. Аветисян Н.Г., Аржванидзе Г.М., Кошелев Н.Н. и др. Прогнозирование зон осложнения в процессе бурения скважин на Супса. РНТС. Сер. "Бурение", 1978, вып.5.

49. Еганянц Р.Т., Данченко Г.Г. Способ определения дифференциального и пластового давлений в процессе бурения скважин на площадях с АВПД. НТС "Бурение", вып.8, М.: ВНИИОЭНГ, 1982.- 131

50. Archie G.E. Introduction of petrophysics of reservoir rocks. "Bull.Ani.Assoc.pet.Geol.", 1950, vol. 34.

51. Reynolds E.B., Timco D.J., Zanner A.M. Potential- hazards of acoustic log Shale pressure plots. "J.Pet.technol", 1973,vol.25.

52. Hubbert M.K.,Willis D.G. Mechanics of hydraulic fracturing. Trans Aime, 1957, vol. 210.

53. Matthews W.R., Kelly J. How to predict Formation pressure and

54. Fracture gradient. "Oil and gas Journal", 1967, vol.65(8).

55. Желтов Ю.П. Деформации горных пород. М.: Недра, 1966.

56. Сельващук А.П. Прогнозирование градиента давления гидроразрыва низкопроницаемых пластов при бурении скважин. Нефтяное хозяйство, 1983, Ml.

57. Хант Дж. Геохимия и геология нефти и газа. М.: Мир, 1982.

58. Dickinson G. Geological aspects of abnormal reservior pressures in gulf coast louisiana. AAPG Bull, 1953, vol.37(2).

59. Прошляков Б.К. Коллективные свойства пород в зависимости от литологии и глубины погружения. Геология иефти и газа, том.4, I960, Ш.

60. Практическое руководство по расчету температуры в скважинахосновных нефтегазоносных районов СССР. Краснодар, 1976.

61. Вертушков Г.Н., Авдонин В.Н. Таблицы для определения минералов по физическим и химическим свойствам. М.: Недра, 1980.

62. Стетюха Е.И. Уравнения корреляционных связей между физическими свойствами горных пород и глубиной их залегания. М.Недра, 1964.- 132

63. Кобранова В.Н., Лепарская Н.Д. Определение физических свойств горных пород. М.: Гостоптехиздат, 1957.

64. Кобранова В.Н. Физические свойства горных пород. М.: Гостоптехиздат, 1963.

65. Прозорович Э.А. Удельный вес песчано-глинистых пород мезо-кайнозойских отложений Азербайджана. -Сборник научно-технической информации, АЗИНТИ, вып.II.

66. Берман Э. Геотермальная энергия. М.: Мир, 1978.

67. Аникиев К.А. Прогноз сверхвысоких пластовых давлений и совершенствование глубокого бурения на нефть и газ. JI.: Недра, 1971.

68. Ham Н.Н. A Method of estimating formation pressures from Gulf Cost well logs, Trans, Gulf Cost, Assoc. Geol, 1966, vol,16,

69. Черный М.И. Разработка методики прогнозирования аномально высоких давлений по данным геофизических исследований скважин для внутренней зоны Предкарпатского прогиба. Дисс.на соискание уч. степ.канд.техн.наук. М.: МИНХ и Ш, 1982.

70. Джеваншир Р.Д. Количественная оценка перетока воды из глинистых покрышек в разрабатываемые коллекторы. Нефтяное хозяйство, 1983, №11.

71. Белов К.А., Васильев и др. Газовые месторождения СССР, Л.: Гостоптехиздат, 1961.

72. Добрынин В.М. Деформации и изменения физических свойств коллекторов нефти и газа. М.: Недра, 1970.

73. Chilingarian G.V., Sawabini С.Т., Rieke III Н.Н. Comparison between Compessibilities of Sands and Clays, "J.Sediment petrol", 1973, vol. 43.

74. Поляков E.A. Методика изучения физических свойств коллекторов нефти и газа. М.: Недра, 1981.

75. Дурмишьян А.Г., Халилов Н.Ю. Новые данные по уплотнению глинистых пород продуктивной толщи Бакинского архипелага. Геология нефти и газа, 1973, №9.

76. Никитин В.Н. Основы инженерной сейсмики. М.: Изд-во МГУ, 1981.

77. Сейд-Рза М.К., Сафаров Я.Н., Амбарцумова Д.Т. К вопросу определения величины давления гидравлического разрыва пласта при бурении нефтяных и газовых скважин. Азербайджанское нефтяное хозяйство. Баку, 1981, вып.З.

78. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород. М.: Недра, 1978.

79. Павлова Н.П. Теоретические исследования процесса трещинообразо-вания в горных породах при объемно-напряженных состояниях. Роль физико-механических свойств горных пород в локализации эндогенных месторождений. М.: Наука, 1973.

80. Беликов В.Г. Обобщение и распространение передового опыта в бурении. М.: Недра, 1978.

81. ПрогнозЕфование физико-геологических условий и оптимизация бурения скважин по данным геофизики. Обзорная информация. Серия "Нефтегазовая геология и геофизика". М.: 1983, вып.6 (24).

82. Багринцева К.И. Трещиноватость осадочных пород. М.: Недра, 1982.

83. Пшцевич В.И. Гидродинамические исследования поглощающих пластов и методы их изоляции. М.: Недра, 1974.

84. Багов М.С., Цой В.И. Определение трещиной пористости в образцах известняков. Тр.ГрозНИИ. М.: Недра, 1965,вып.XIX.

85. Геология и нефтегазоносность подсолевого комплекса Прикаспийской-р т лвпадины. Отчет по теме Х01(30 24 7/S26) ^ИНХи'ГП. М.: 1983.том П.

86. Вахитов М.А., Калатозов Р.Ц., Оспинов В.В. Выделение зон АВПД на площадях юго-западного Таджикистана. Нефтегазовая геология и геофизика. М., 1978, вып.1.

87. Overton H.L. Timco D.J. The Salinity principle a tectonic stress indicator in Marine Sands, bog Anal, 1969, vol.10.