ЛУКОЙЛ-АИК Способы контроля ГРП в Западной Сибири
Александр Калугин, начальник отдела геологии и бурения «ЛУКОЙЛ-АИК»
Искандер Казбулатов, инженер-геофизик, Weatherford
Анна Рубцова, геофизик скважинной сейсмики, Weatherford
Mикросейсмический мониторинг – один из наиболее достоверных способов контроля за проведением гидроразрыва пласта (ГРП). Суть его заключается в наблюдении за микро-землетрясениями, которые образуются в местах скользящих сдвигов пластовых пород вдоль распространения гидроразрыва, либо активации природных разрывов. Такого рода события фиксируются сборкой скважинных сейсмоприемников, расположенных в соседней наблюдательной скважине. Ключевое значение при этом имеют четкое планирование и подготовительные операции. Путем исследования геологического строения месторождения, а также оценки расстояний для наблюдений специалистами-геофизиками по скважинным сейсмическим измерениям осуществляется первоначальный поиск скважин-кандидатов на проведение микросейсмического мониторинга, после чего выполняется подготовка к работам на наблюдательной скважине и скважине ГРП.
Примером успешного выполнения микросейсмического мониторинга стала операция нефтесервисной компании Weatherford при проведении исследований для ЗАО «ЛУКОЙЛ-АИК»
в Западной Сибири. Компании использовали наблюдательную скважину, где сейсмоприемники были размещены на расстоянии до 500 м от портов ГРП. Она была обсажена и неперфорирована при хорошем качестве цементажа эксплуатационной колонны. В целом, для проведения операции на кабеле без использования жесткого кабеля и скважинных тракторов допускается угол скважины до 50 градусов от вертикали. Перед проведением работ эта скважина намеренно не осваивалась, а впоследствии ее заканчивали для дальнейшей добычи нефти. Стоит отметить, что при наличии достаточного расстояния можно использовать уже работающие скважины. В этом случае понадобится извлечение глубинного насосного оборудования (ГНО) и установка пакера выше 50 м от интервала перфорации. При этом в наблюдательной скважине уровень жидкости искусственно понижается на 400 м от устья – делается это для того, чтобы уменьшить воздействие сейсмических колебаний, вызванных работой насосов ГРП и передвижениями тяжелой наземной техники, на сейсмоприемники.
Для точного определения местоположения источника микросейсмического события также необходимо знать скорости прохождения продольных и поперечных волн (волны сдвига и сжатия) через толщу породы. Для этих целей используется ряд методик: 1) вертикальное сейсмопрофилирование (ВСП) и 2) кросс-дипольный акустический каротаж. Вместе они дают достаточно достоверное представление о скоростях.
Вертикальное сейсмическое профилирование состоит в записи времени прохождения волн от источника на поверхности до сейсмоприемников в скважине, при этом после каждой записи положение сейсмоприемников меняется. В условиях вечной мерзлоты хорошо себя зарекомендовали импульсные источники. Они дают резкую волну с высокой амплитудой. Конфигурация ВСП рассчитывается индивидуально для каждой скважины, при этом учитывается профиль скважины, ее местоположение, а также геологический разрез месторождения. Для выполнения операций на скважине «ЛУКОЙЛ-АИК» использовался источник на расстоянии 50 м от устья скважины по дирекционному углу забоя. Заряды закладывались в шурфы глубиной 10 м. Если же профиль наблюдательной скважины имеет s-образную траекторию, то может потребоваться несколько мест закладки зарядов с пошаговой детонацией.
Перед проведением микросейсмического мониторинга в Западной Сибири специалистами Weatherford также проводился кросс-дипольный акустический каротаж в наблюдательной скважине запатентованным прибором CXD серии Compact– единственным в своем роде инструментом размером всего 2,25 дюйма, сочетающим в себе технологии монопольного и кросс-дипольного акустического каротажа для получения информации о направлениях продольной и быстрой поперечной волн, а также интервального времени пробега волны. Собрав все данные и успешно применив оба метода, удалось получить достоверную теоретическую скоростную модель, которая затем была подтверждена на практике.
После спуска сейсмоприемников в скважину требуется их ориентация. Зная глубину установки сейсмоприемников и профиль скважины, можно определить местоположение приборов в пространстве, однако каждый из датчиков может вращаться и продольно, поэтому перед работой необходимо провести их ориентацию. Для этого определяется точка проекции забоя на поверхности земли и от нее отмеряются три точки с азимутами между ними, равными 120 градусам. Получив координаты точек, бурятся шурфы глубиной 10 м и закладываются заряды. Далее записываются сигналы от источников с известным местоположением, что позволяет настроить и ориентировать приемники. Помимо этого, записываются сильные сейсмические сигналы при посадке шаров в седла портов ГРП, что позволяет измерениям приобрести еще большую точность.
Из-за специфики работ в Западной Сибири скважина наблюдения часто находится на том же кусту, что и скважина ГРП, при этом сам куст зачастую активен, т. е. все еще ведется бурение других скважин, выполняются работы по освоению, работает глубинно-насосное оборудование. Кроме того, выполнение данной операции осложнялось еще и непосредственной близостью к буровой установке (10 м от скважины наблюдения) и скважине ГРП, расположенной всего в 5 метрах. Несмотря на ограниченность рабочего пространства, специалистам удалось за 4 часа разместить и смонтировать при помощи крана и геофизического подъемника все необходимое оборудование. Совместная работа буровой установки и бригад капитального ремонта скважин, а также операции с тяжелой техникой в районе проведения измерений сильно повысили фоновый шум и вызвали помехи, поэтому для сокращения такого эффекта понадобилось приостановить работу буровой установки и бригад КРС в радиусе 2 км от забоя наблюдательной скважины, а также ограничить передвижения техники и отключить электроцентробежные насосы (ЭЦН) в соседних скважинах.
Первый в России микросейсмический мониторинг проводился за 4-х стадийным ГРП горизонтального участка скважины с расстоянием между портами 100-150 м. Гидроразрыв происходил в пласте ЮС1. При этом было выявлено 149 микросейсмических событий. Исследование показало, что азимут облака распространения микросейсмических событий был одинаков и составил 151 градус. Это дало компании-оператору информацию о направлении поля напряжений пласта, что позволит в будущем строить скважины таким образом, чтобы ГРП распространялся перпендикулярно стволу скважины – в таком случае достигается наибольшая продуктивность операции по стимуляции притока. По оценке специалистов компании Weatherford, горизонтальные скважины в данном районе необходимо строить с азимутом, равным 241 градусу. Проведенное исследование также позволило определить параметры гидроразрыва: полудлина трещины составила 230 м, что в 2,5 раза отличается от теоретического расчета в 92 метра, а высота разрыва – 43 метра (означает, что трещина происходит только в целевом пласте, без распространения в нижележащий водонасыщенный). Эти факты позволили специалистам скорректировать дизайн ГРП. Кроме того, в процессе операции было выявлено, что при проведении мини-ГРП стимулированный объем был вскрыт полностью, то есть основная стадия ГРП не привела к увеличению полудлины трещины, а только способствовала ее наполнению и формированию проппантной пачки.
Микросейсмический мониторинг ГРП уже проведен на пластах юрских отложений, баженовской и ачимовских свит в Западной Сибири, при этом доказана эффективность его применения при должном подходе и планировании. В частности, поскольку породы разных формаций обладают различными свойствами, необходимо проводить геомеханическое моделирование и анализировать данные плотностного и кросс-дипольного акустического каротажа перед утверждением скважин-кандидатов. Благодаря этому делаются обоснованные выводы о хрупкости (используя модуль Юнга и коэффициент Пуассона) пород, на основании чего затем рассчитывается максимальное расстояние наблюдения непосредственно для данного пласта, а также выбираются оптимальные участки ствола для стимулирования конкретной скважины.
Микросейсмический мониторинг – достаточно новая для отложений Западной Сибири технология. Однако полученные результаты продемонстрировали ее перспективность для повышения эффективности разведки и освоения запасов, в том числе трудноизвлекаемых. С помощью этого метода операторы получают надежные данные по влиянию локальной геологической обстановки на результативность ГТМ, зонам дренирования запасов, пространственной геометрии ГРП и т. д.
