УДК 622.276.5

Сарыбаев М.А.

Татищев С.К.

Айсаутов Ж.Б.

Тастандинов А.С.

Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева

___________ (индекс), Республика Казахстан, г. Алматы, ул. _____________, ____

__________________________ (телефон)

Гидродинамические исследования скважин как важное звено при контроле за разработкой месторождения

Каждая компания, занимающаяся поисково-разведочными работами и добычей углеводородного сырья, стремится узнать, какой тип флюида будет добывать ее скважина, какие дебиты она покажет, и как долго будет сохраняться стабильный дебит. При надлежащем планировании, правильном выборе технологии и успешном ее применении гидродинамические исследования скважин (ГДИС) могут помочь ответить на эти важные вопросы. В той или иной форме ГДИС проводятся для определения пластовых давлений, расстояний до границ пласта, протяжённости площади залежи, свойств флюидов, проницаемости, дебитов, падения пластового давления, неоднородности пласта, вертикальной слоистости, потенциального уровня добычи, степени загрязнения прискважинной зоны пласта, коэффициента продуктивности, эффективности заканчивания скважины и многого другого.

Путем измерения пластовых условий на месте залегания и притока пластовых флюидов в момент их истечения из пласта, ГДИС открывают компаниям-операторам дорогу к многообразию динамических, зачастую уникальных данных. В зависимости от масштаба исследований некоторые параметры измеряются в нескольких точках по направлению движения потока, что позволяет сравнить забойные давления, температуры и дебиты с результатами замеров этих же параметров на поверхности и провести разнообразные измерения на глубине, на поверхности и в различных точках по ходу движения потока флюида. Кроме установления важнейших зависимостей между скоростью потока и давлением, полученная в результате данных замеров информация помогает отследить изменения в промывочной жидкости, понять режимы теплового потока и условия гидратообразования в системе и оценить параметры работы элементов системы (см. табл. 1). В процессе ГДИС компании-операторы могут отбирать пробы пластовых флюидов, как на глубине, так и на поверхности и следить за изменением свойств и состава флюидов по мере их продвижения от интервала перфорации к устью. Такая информация чрезвычайно важна для составления прогнозов поведения продуктивного пласта и выбора схемы заканчивания скважины.

Основной задачей ГДИС является регистрация изменений забойного давления, которые происходят вслед за изменением дебита. Чаще всего измеряются забойные давления и температуры и дебит на устье скважины, отбираются пробы добываемых флюидов, но время от времени возникает необходимость и в других данных.

Для решения различных задач при реализации разных стратегий ГДИС сервисные компании разработали широкий спектр инновационного оборудования и методов. В данной статье изложены преимущества ряда приборов для глубинных и наземных исследований, приведено обоснование причин проведения ГДИС, указаны стратегии, применяющиеся на различных этапах разработки пласта, и обозначены те ответы, которые можно получить путем организации правильного планирования, подготовки и проведения ГДИС. Примеры работ на одном газовом месторождении на Ближнем Востоке и бьющей все рекорды операции в Мексиканском заливе демонстрируют разнообразие и высокую эффективность современных методов ГДИС.

Таблица 1 – Точки сбора данных

Измерения на поверхности
Фонтанная арматура	Давление и температура в колонне насосно-компрессорных труб и обсадной
Штуцерный манифольд	Давление и температура
Нагревательная установка	Давление и температура
Сепаратор	Давление и температура; перепад давления на газовом штуцере; дебиты нефти, газа и воды; усадка нефти; содержание осадка и воды; плотность нефти и газа; пробы флюидов
Емкости хранения	Температура и усадка
Подводная испытательная арматура	Давление и температура в затрубном пространстве
Глубинные измерения
Глубинная регистрация	Давление и температура, зарегистрированные пластоиспытателем на колонне бурильных труб; пробы флюида, извлеченного на поверхность с испытательной колонной
Наземная аппаратура считывания показаний скважинных приборов	Данные о забойных давлениях и температурах, полученные приборами, спускаемыми на кабеле
Приборы, спускаемые на кабеле	Давление, температура, дебит жидкости, пробы и многие другие измерения в зависимости от компоновки приборов

В настоящее время объекты поисково-разведочного бурения, как правило, сначала подвергаются разведке, а затем пробной эксплуатации на основе геологических, сейсмических и каротажных данных, которые потом дополняются результатами ГДИС. Перед началом бурения поисково-разведочной скважины сейсмические данные, прежде всего, служат для оконтуривания потенциального продуктивного пласта по глубине и простиранию. В процессе бурения данные каротажа используются для определения статических параметров пласта, таких, как пористость, литология, тип пород, насыщение, а также глубина залегания, мощность и угол падения. Динамические параметры пласта определяются в процессе ГДИС. Возмущения давления и скорости движения флюидов, происходящие в процессе ГДИС, дают ключ к разгадке природы пласта и насыщающих его флюидов.

ГДИС проводятся для определения тех параметров пласта, которые нельзя адекватно измерить при помощи других методов, таких, как мониторинг бурового раствора, отбор керна, электрокаротаж и сейсморазведка. Правда, в некоторых случаях можно провести подобные измерения с привлечением перечисленных методов, но либо качество, либо объем полученных данных могут оказаться недостаточными для достижения целей компании-оператора. Замеры давления, температуры, дебитов и отбор проб предоставляют ключевую информацию для понимания и предсказания поведения пласта и его потенциала добычи. Результаты ГДИС служат входными параметрами при моделировании пласта, разработке схемы заканчивания скважины, подготовке стратегии эксплуатации месторождения и проектировании промысловой инфраструктуры.

Результаты ГДИС также чрезвычайно важны для подсчета запасов. Во многих странах для подсчета запасов категории доказанных требуется проводить исследования на приток и доставлять полученный флюид на поверхность. Кроме этого, такие исследования являются средством прямого крупномасштабного измерения совокупной реакции пластов и определения их границ.

Одним из важнейших пластовых параметров является проницаемость. Понимание проницаемости и того, как она изменяется в различных направлениях, необходимо для выбора стратегии перфорации, оценки связности трещин и разломов, предсказания параметров работы скважины и моделирования поведения пласта при первичной, вторичной и третичной эксплуатации. Проницаемость – это чувствительное к масштабу тензорное свойство, т.е. ее величина, зависит от масштаба и направления, в котором производится измерение. Как и прочие пластовые свойства, проницаемость может быть неоднородной. Поэтому эту характеристику сложно масштабировать от величины образца керна до размеров всего пласта, и измерения, выполненные в одном месте, не могут адекватно охарактеризовать это же свойство в другом месте того же пласта. ГДИС, в процессе которых осуществляется физическое измерение давления и расхода жидкости, обеспечивают крупномасштабный совокупный замер проницаемости, т.е. являются окончательным средством оценки гидропроводности пласта.

Цели проведения ГДИС на каждой стадии эксплуатации скважины и пласта разные. На этапе разведки и оценки ГДИС помогают компании-оператору определить размер продуктивной залежи, ее проницаемость и свойства флюида. Эта информация, наряду с данными о давлении и дебитах, используется для оценки продуктивности и коммерческой жизнеспособности поисково-разведочной скважины и является решающей для постановки запасов на баланс. Свойства флюида особенно важны на ранних этапах оценки поисково-разведочной скважины, когда компании-оператору необходимо определить, какой тип технологического оборудования требуется для подготовки и перекачки добытых из скважины флюидов на перерабатывающий завод.

В процессе разработки фокус внимания компании-оператора сдвигается от оценки продуктивности и типа флюида к оценке давления и дебита, а также выявлению расчлененности продуктивного пласта. Такая информация необходима для корректировки плана разработки месторождения и оптимизации размещения последующих скважин.

На этапе эксплуатации ГДИС проводятся для оценки эффективности заканчивания и диагностики неожиданных изменений в добыче. Эти исследования помогают определить, чем вызвано снижение дебита: поведением пласта, либо же схемой заканчивания скважины. На более поздних этапах эксплуатации месторождения результаты этих исследований окажутся наиболее значимыми для выбора методов вторичной эксплуатации.

ГДИС можно в целом подразделить на исследования скважин на продуктивность и исследования с целью определения параметров пласта и дистанционного зондирования. Исследования на продуктивность проводятся для получения представительных образцов пластовых флюидов и определения добывного потенциала пласта при заданном пластовом давлении и варьируемой депрессии на пласт. С другой стороны, количественная интерпретация данных ГДИС включается в графики проведения исследований, когда компаниям-операторам нужно рассчитать размер пласта и его потенциал добычи, провести анализ горизонтальной и вертикальной проницаемостей и определить границы пласта (см. табл. 2). ГДИС на продуктивность в основном нацелены на регистрацию забойных давлений в установившемся режиме с различным дебитом, т.е. на получение индикаторных кривых методом пробных откачек. Последовательное изменение дебита осуществляется посредством изменения диаметра штуцера, но не раньше, чем произойдет стабилизация забойных давлений и температур, регистрируемых путем непрерывно проводимых измерений.

Таблица 2 - Цели ГДИС

Исследования скважины на продуктивность

Отбор и анализ представительных проб добываемых флюидов

Измерение пластового давления и температуры

Построение индикаторной кривой и определение продуктивности

Оценка эффективности заканчивания скважин

Составление характеристики повреждения скважины

Оценка необходимости капитального ремонта скважины или интенсификации пласта

Исследования с целью определения параметров пласта и дистанционного зондирования

Оценка параметров пласта

Характеристика неоднородности пласта

Определение протяженности и геометрии пласта

Оценка гидравлической связи между скважинами

В отличие от исследований с целью получения забойных параметров в установившемся режиме, ГДИС, проводимые с целью определения параметров пласта и дистанционного зондирования, требуют нестационарных измерений давления. Быстрая смена давления вызывается ступенчатым изменением дебита на поверхности и измеряется либо забойными датчиками давления, либо постоянными скважинными манометрами. Изменение дебита вызывает возмущения давления, которые распространяются от ствола скважины в окружающий ее пласт. Характер насыщения пласта и геологические особенности его коллектора оказывают влияние на распространение импульсов давления. Через однородный пласт импульсы могут проходить без помех, но они теряют скорость в зонах низкой проницаемости, а при попадании в газовую шапку могут полностью диссипировать. Ведя запись изменения скважинного давления во времени, оператор может получить кривую давления, учитывающую геометрию геологических особенностей пласта и свойства флюидов, которые в нем находятся.

ГДИС могут проводиться как до, так и после заканчивания скважины, а также на различных стадиях разработки пласта; таким образом, существует большое разнообразие видов и объемов исследований, определяемых поставленными оператором целями (см. рис. 1).

Масштаб исследований определяется временем, необходимым для его проведения. Маломасштабные исследования проводятся в течение нескольких минут либо часов с применением пластоиспытателя на кабеле и с получением образцов пластового флюида объемом от нескольких кубических сантиметров до нескольких литров. При этом возникают небольшие возмущения давления, позволяющие достичь глубины исследования пласта в радиусе нескольких футов от ствола скважины. В противоположность им крупномасштабные исследования скважин могут длиться месяцами с отбором нескольких тысяч баррелей жидкости и созданием значительных возмущений давления, способных распространяться на тысячи футов вокруг скважины. Виды их варьируются от исследований с применением спускаемого на кабеле модульного динамического пластоиспытателя в открытом стволе Modular Formation Dynamic Tester (MDT) до исследований с использованием динамического пластоиспытателя в обсаженном стволе CHDT; от замеров забойных давлений спускаемыми на тросе (slickline) приборами в добывающих скважинах до простого мониторинга давления в остановленных скважинах. Для достижения некоторых целей проводятся расширенные исследования, длящиеся сутками и неделями, но есть и такие цели, которые при применении новых методов выполняются за несколько часов.

Рисунок 1 – Виды и масштабы исследований: а – микромасштаб (измерение давления пластоиспытателем на кабеле(снижение и восстановление)); б – от микро- до макромасштаба (отбор больших объемов проб); в – макромасштаб (испытания без вывода флюида на поверхность); г – масштаб всего пласта (спуск пластоиспытателя на бурильных трубах и исследования на приток)

С появлением программ компьютерного планирования ГДИС согласно обобщенным правилам, практически перестали проводиться – так же, как вышли из употребления некогда широко используемые номограммы. Современные ГДИС требуют четко поставленной цели и тщательно продуманного плана. Большинство планов ГДИС составляется исходя из целей, таких, как отбор проб флюида для лабораторного анализа, измерение пластового давления и температуры, определение продуктивности скважины, оценка эффективности заканчивания и определение размеров, границ и прочих параметров пласта. Для достижения данных целей инженер по ГДИС должен разработать последовательность динамических замеров и выбрать необходимое оборудование для выполнения работ. Какие бы цели перед собой ни ставила компания-оператор, главный приоритет при проведении любых ГДИС на сегодняшний день – соблюдение требований охраны труда и окружающей среды.

Стремление к достижению новых исследовательских целей путем совершенствования технологии приведет к дальнейшему развитию видов и объемов ГДИС.

Литература

1. Руководство по работе с пакетом специальных программ «PanSystem». (Weatherford).

2. Инструкция по гидродинамическим методам исследования пластов и скважин РД-39-3-593-81. ВНИИ, 1982.

3. Бузинов С.А., Умрихин И.Д. Исследование нефтяных и газовых скважин и пластов. М., Недра, 1984 г.

4. Гриценко А.И. и др. Руководство по исследованию скважин, М., Наука, 1995, 522 с.

5. М.Л.Карнаухов, Н.Ф.Рязанцев Справочник по испытанию скважин, М., Недра, 1984.

6. Хисамов Р.С. и др. Гидродинамические исследования скважин и методы обработки результатов измерений. М., ВНИИОЭНГ, 2000, 226 с.

7. Шагиев Р.Г. Гидродинамические исследования скважин. М., Наука, 1998, 301 с.