Новые стандарты изучения месторождений – разрез своими глазами опыт отбора и анализа керна на месторождениях «Салым Петролеум Девелопмент»
Я.Е. Волокитин, Хабаров А.В., Баранов В.Б., Анискин А.А., G.de Brouker
Салым Петролеум Девелопмент
Введение
Выбуренный и доставленный на поверхность образец горной породы – керн, является, пожалуй, единственным достоверным источником геологической информации об изучаемом нефтегазоносном пласте.
В сопоставлении с масштабами всего месторождения скважина подобна тонкой нити, подвешенной в огромной комнате. Вместе с тем, в отношении геологического моделирования изучаемого резервуара, керновые данные являются тем основополагающим фундаментом, на котором базируются все последующие слои накопленных знаний.
Таким образом, огромную значимость керновых материалов, в сравнении с их физическим объемом, сложно переоценить. В связи с этим, сохранность каменного материала при его отборе, выносе и транспортировке представляется, как одна из первоочередных задач в ходе сбора информации об изучаемом резервуаре.
К сожалению, и в наши дни, применение архаичных технологий отбора керна приводит, зачастую, к безвозвратной потере ценнейшей информации, вследствие механического разрушения керна и замещения поровых флюидов фильтратом бурового раствора. Как уже не раз упоминалось, компания SPD придерживается принципа «принятия решений на основе качественных данных». В соответствие с этим правилом в компании делается все возможное для достижения 100%-го выноса керна, сохранения его естественного насыщения и всестороннего анализа отобранного каменного материала.
Осуществленный SPD анализ существующих технологий (и подрядных компаний владеющих ими) привел к выбору НПП «СибБурМаш».
Научно-производственное предприятие «СибБурМаш» владеет специальными технологиями бурения с отбором изолированного керна, предельно минимизирующими фильтрацию РВО в керн и сохраняющими его естественное насыщение.
Повышение эффективности производства при отборе керна
Из опыта концерна «Шелл» в других странах при различных условиях бурения вынос керна на поверхность составляет в среднем 60-70% при метраже отбора 20-25 метров за одну спуско-подъёмную операцию.
Интеграция мирового опыта Шелл и технологии СибБурМаш, тесное взаимодействие специалистов обеих компаний привели к тому, что, начиная с 2004 года на Салымской группе месторождений был успешно отобран керн из 27 скважин. Суммарная длина извлеченного на поверхность керна составила более 2-х километров со средним качеством выноса 98,9% (средний вынос керна в компании «СибБурМаш» ≈94%). Выполнено 82 спуско-подъёмные операции. В 68 случаях достигнута 100%-ая сохранность каменного материала.
В начале сотрудничества, длина поднятого за один рейс керна составляла 6-12 метров (средний показатель по Западной Сибири), что требовало 4-6 рейсов для полного отбора керна в исследуемом интервале (пластах АС10-АС11).
С целью снижения экономических затрат и повышения эффективности проводимых работ компанией «SPD» был осуществлен пересмотр производственных стандартов. Интервал отбора керна за один рейс был увеличен до 36 метров (рис. 1). Компания СибБурМаш успешно справилась с поставленной задачей. Это привело к снижению до числа двух общего количества рейсов на скважину. В январе 2008 года был достигнут рекордный показатель: 48,5 метров за один рейс со 100% выносом, несмотря на суровые погодные условия во время операции – минус 38 градусов С°.
В результате, механическая скорость бурения с отбором керна с 2004 года увеличилась с 1,96 м/час до 7,93 м/час. Затраты времени на извлечение 72 метра керна снизились с 6 до 2 дней. Это позволило сократить более чем на 50% время бурения скважин с керном. Таким образом, «СибБурМаш» с помощью специалистов «SPD» поднял планку отбора керна на территории Западной Сибири на новую высоту.
Подход к вопросам техники безопасности и охраны труда
Техника и технология отбора керна
Применяемая в SPD методика по отбору и анализу изолированного керна позволяет получить керновый материал, в котором проникновение фильтрата бурового раствора в керн сведено к минимуму.
Для этого используется керновый снаряд «КИ» (керноотборник изолирующий) с внутренними пластиковыми пеналами и изолирующим агентом (неполярное масло) внутри керноприемника (рис. 2).
Благодаря изолирующему агенту керн наименее подвержен влиянию фильтрата бурового раствора, а пластиковые пеналы обеспечивают дополнительную защиту от механических повреждений и изоляцию от внешней среды (рис.3).
При подъеме компоновки низа бурильной колонны (КНБК) на стол ротора, керноприемник спускается на мостки, где из него извлекаются пластиковые пеналы с керном. Шестиметровые пеналы маркируются и разрезаются на метровые секции.
Далее, с торца каждой полученной секции откалываются небольшие кусочки 4-5мм толщиной, используемые в дальнейшем для экспресс-анализа литологии, минералогии и характера насыщения горных пород непосредственно на скважине. После отбора торцевых образцов секции герметично закрываются с обеих сторон и отправляются в лабораторию для анализа (рис. 4).
Проводимая в лаборатории распиловка керна с последующим фотографированием в дневном и ультрафиолетовом свете позволяет ориентировочно оценить видимую глубину проникновения ФБР. Так, на фотографии керна в ультрафиолетовом свете (рис.5) хорошо видно, что глубина проникновения ФБР в керн не превышает в среднем 5-10мм.
При этом, насыщение внутренней части керновой колонки практически не подвержено искажающему влиянию технической жидкости. С целью проверки, в SPD был проведён отбор керна с применением люминесцентного раствора (флуоресцеин-натрия), добавлявшегося в систему циркуляции промывочной жидкости при отборе керна (рис.6).
После извлечения, из центральной части керна высверливались цилиндрические образцы (2 см в диаметре), немедленно консервируемые посредством парафинирования и используемые в дальнейшем для оценки загрязненности поровых флюидов фильтратом БР (рис.7).
Проведенные лабораторные исследования показали, что степень проникновения фильтрата в центральную часть керна составляет в среднем 2%, т.е. практически отсутствует.
Анализ керна с сохраненным насыщением
Высокий процент выноса керна и сохранение его естественного насыщения выводят геологические и петрофизические представления о месторождении, поистине, на новый уровень знаний.
Очевидно, что высокая сохранность поднятого на поверхность каменного материала является важнейшим составляющим последующего эффективного моделирования резервуара по результатам лабораторных исследований ФЕС, литологии, минералогии, гранулометрии и структурных особенностей изучаемых горных пород.
Вместе с тем, в этой статье, авторам хотелось бы сделать акцент на активной работе исследователя с имиджевыми материалами керна. В этом свете, особую роль при анализе каменного материала, наряду с лабораторными определениями, играют фотографии керновой колонки в дневном и ультрафиолетовом свете. Будучи загруженными в программу обработки и интерпретации геолого-геофизических данных, изображения керна, увязанные с каротажными материалами позволяют исследователю, в буквальном смысле, увидеть своими глазами весь разрез, вскрытый скважиной.
По своей информативности сформированные цифровые имиджи полноразмерного керна можно сравнить с обнажениями горных пород в условиях их «мгновенного» выноса из недр на дневную поверхность с сохранением глубинного насыщения и охарактеризованных в дополнение каротажным материалом. Такие данные позволяют снять большинство традиционных неопределенностей связанных с ограничением разрешающей способности каротажных методов, уточнить литологию горных пород, увидеть истинные мощности прослоев, текстурные особенности, распределение насыщенности, наличие невидимых для каротажа гетерогенных коллекторов.
Полная сохранность каменного материала устраняет также проблему привязки керна к каротажным данным, позволяя сопоставлять керновые и каротажные характеристики горных пород во всем целевом интервале с высокой статистической обоснованностью (рис.8).
Приведем некоторые примеры, иллюстрирующие ключевую роль подобной керновой информации при разрешении различного рода геологических неопределенностей.
Так в одной из скважин был вскрыт новый (для разбуриваемой территории) тип нефтенасыщенного гетерогенного коллектора – «песчано-глинистый конгломерат». В отсутствии керновых данных, такой коллектор был бы, скорее всего, практически полностью пропущен, в связи с его «невидимостью» для каротажных методов и стандартной методики их интерпретации (рис.9).
При вскрытии разведочными скважинами разрезов ачимовской свиты на участках SPD, как правило, возникают существенные сложности интерпретации полученных материалов ГИС. Причиной этого, зачастую, являются крайне низкие коллекторские свойства пород ачимовской пачки, недостаточная изученность их петрофизических характеристик, затруднения с получением достоверных величин минерализации пластовой воды в малоприточных объектах и т.д.
В то же время, как известно, даже незначительные изменения калибровочных параметров интерпретационной модели для подобных низкопроницаемых коллекторов приводят к значительным изменениям в оценке их эффективных толщин и степени насыщения. Все это может привести к серьезным ошибкам при прогнозе продуктивности таких резервуаров, сложных с позиции их разработки.
Так, при анализе каротажных данных одной из разведочных скважин SPD, вскрывших ачимовскую толщу (рис.10), может возникнуть впечатление о наличии значительных эффективных толщин и возможной перспективности рассматриваемых отложений, в связи с повышенными значениями удельного электрического сопротивления опесчаненных пачек и их вероятным нефтенасыщением (рис.10, левая часть).
Вместе с тем, изображение керновой колонки в ультрафиолетовом свете убедительно свидетельствует, что из общей кажущейся эффективной толщины, едва ли, десятая часть является нефтенасыщенной (рис.10, правая часть). Остальная подавляющая доля опесчаненных разностей является, по всей видимости, либо неколлектором, либо, так называемым «субколлектором», неспособным (при данных капиллярных давлениях) принимать нефть и содержащим исключительно рыхлосвязанную воду.
Другим примером высокой информативности керна с сохраненным насыщением является возможность обоснования положений ВНК и определения различного характера насыщения одновозрастных песчаных тел. Так на рисунке 11 приведен пример однозначного обоснования ВНК для пласта АС11.2 по материалам керновых изображений в ультрафиолетовом свете. Эта же иллюстрация (рис.11) демонстрирует существование независимых нефте и водонасыщенных каналов в интервале пласта АС11.3.
Сохранение естественного насыщения керна позволяет напрямую (методом ретортирования) определить текущую водо/нефтенасыщенность коллекторов (рис.12). Такой подход может быть с успехом использован для прямой оценки нефтенасыщенности разрезов скважин с начальным нефтенасыщением и, что особенно важно, для определения текущей нефтенасыщенности в обводненных зонах, в ситуации, когда оценка текущих величин Кн по данным каротажа , как правило, затруднена, а ее результаты не объективны.
Вместе с тем, необходимо помнить, что полученные по керновым образцам величины нефтенасыщения могут быть несколько завышены, вследствие неизбежной потери поровой воды при выносе, транспортировке, обработке и анализе керна (обусловленной процессами дегазации и усушки). При этом, наиболее сильное проявление этого эффекта наблюдается в интервалах недонасыщенных коллекторов, характеризующихся повышенным содержанием свободной воды. В области предельного нефтенасыщения, где вся поровая вода становится остаточной этот эффект, по мнению авторов, практически исчезает.
В заключение, приведем интересный пример, связанный с проблемами оценки нефтенасыщенности и продуктивности гетерогенных коллекторов. Так, при бурении нового куста скважин на Ваделыпском месторождении был встречен новый тип разреза с аномально низким (менее 40% по данным ГИС) нефтенасыщением выше ВНК. Вместе с тем, результаты освоения новых скважин показали неожиданно низкую обводненность скважинной продукции, в результате чего достоверность модели насыщения в этой зоне была подвергнута сомнению. Однако, бурение скважины с отбором керна с сохраненным насыщением немедленно прояснило ситуацию.
Как оказалось, кажущийся относительно однородным коллектор, представляет собой тонкослоистое переслаивание пропластков с различными свойствами, плохо различимое по данным ГИС вследствие их ограниченной разрешающей способности (рис.13). При этом, будучи расположенными недалеко от зеркала чистой воды, наименее проницаемые прослои являются практически полностью водонасыщенными под действием капиллярной пропитки (отсутствие свечения в уль трафиолетовом свете).
Таким образом, мы имеем дело с преимущественно водонасыщенными коллекторами выше принятого уровня ВНК. К счастью, вследствие их плохих коллекторских свойств содержание в них свободной воды невелико и, по той же причине, их вклад в общую продукцию скважины мало ощутим. В то же время, коэффициент нефтенасыщенности прослоев с улучшенными ФЕС составляет (по данным керна) величину порядка 50%, что является нормальным для данного типа коллектора. Видимая же общая низкая насыщенность обусловлена усреднением Кн нефте и водонасыщенных прослоев.
Заключение
Резюмируя, можно выделить следующие основные аспекты достигнутой эффективности работ по отбору и анализу керна:
» уменьшение времени отбора керна осуществлено за счет увеличения длины керноотборника, что привело к снижению количества спуско-подъёмных операций при стабильно высоком проценте выноса
» сокращение операционного времени прямым образом понижает трудовые и денежные затраты, уменьшает вероятность получения травм и, как следствие, увеличивает безопасность работ
Российский подрядчик ООО НПО «СибБурМаш» демонстрирует качество проводимых работ на уровне, а по некоторым показателям и выше, ведущих мировых компаний по отбору керна. Тем не менее, как показывает практика, необходимо вести постоянную работу по совершенствованию мероприятий по отбору керна для понимания сложного строения месторождений.
Успехи в области сбора керновой информации позволили вывести интерпретационную составляющую на новый качественный уровень. Хотелось бы также отметить снятие неопределенностей в оценке характера насыщения в керновых скважинах, устранение проблем привязки каменного материала, создание цифровых имиджей керна – ценного дополнительного источника информации о вскрытом разрезе.
