Глубокая скважина как стенд гидравлических «on-line» исследований напряженного состояния горного массива флюидонасыщенных трещинных коллекторов

Горно-геологические условия бурения глубоких скважин на нефть и газ на территории юга Сибирской платформы отличаются высокой сложностью проектирования и строительства. Осложняющим фактором являются специфические особенности сложных деформируемых каверново-трещинных карбонатных коллекторов. Проектирование геологической модели карбонатного коллектора должно выполняться индивидуально, с учетом условий каждого конкретного месторождения, в том числе сложного фильтрационного поля, доказанного явления деформации фильтрующих трещин при неизменных параметрах каверновой составляющей и т.д. Неполная геологическая модель и отсутствие подхода к разработке карбонатных продуктивных пластов могут явиться причиной недостижения проектных значений дебитов скважин, снижения охвата запасов месторождения и, соответственно, уменьшения коэффициента извлечения нефти. При разработке месторождений нефти, газа или промышленных рассолов необходимо рассматривать природно-техническую систему «пласт – коллектор» (механическое воздействие) – «пластовая флюидная система» и «скважина» (гидродинамическое воздействие) на основе комплексного анализа ее неразрывных составных частей. В данном исследовании показано, что каждая часть системы вносит непосредственный вклад в общий комплекс. Напряженное состояние горного массива породы-коллектора проницаемой части природного трещинного резервуара, флюидонасыщенных пластов-коллекторов может динамически меняться в процессе колебаний барического поля пластовой углеводородной системы в первичном вскрытии пласта. Авторами проведен анализ природно-технической системы «скважина – флюидонасыщенный пласт» как реальной «on-line»-модели процесса «утечки» – ГРП на основе стандартного графика зависимости давления от времени при гидроразрыве пласта. Исследование процессов, происходящих в текущий момент бурения в карбонатных каверно-трещинных коллекторах, позволяет делать прогноз на реакцию горного массива пород при гидравлическом приложении к нему репрессии (т.е. при первичном вскрытии коллектора во время бурения скважин) и депрессии (при проведении работ по испытанию и освоению продуктивной скважины). Все барические воздействия, гидравлически приложенные к пластовой флюидной системе, способны перевести природный резервуар в другое напряженное состояние. Одно из наиболее сложных – состояние с существенно меняющимися параметрами проницаемости фильтрующих трещин [Belonin etal., 2005; Borevsky, 1986]. Важно понимать, что если этот переход в процессе бурения является неконтролируемым и непрогнозируемым, на практике можно необратимо существенно снизить фильтрационно-емкостные свойства коллектора, а значит – потерять продуктивность скважин по нефти и конечные показатели рентабельности освоения месторождения углеводородов. По фактурным данным глубокого бурения авторами продолжены комплексные исследования деформируемых трещинных коллекторов в области напряженного состояния массива и барических характеристик флюидных систем, их взаимного влияния при гидравлическом воздействии в цикле заканчивания скважин, проанализированы различные напряженные состояния горного массива коллекторов. Обоснованы индикаторы, характеризующие то или иное состояние горного массива. Выданы геолого-технологические рекомендации по первичному вскрытию продуктивного пласта, а также по проведению испытаний скважины в зависимости от состояния природно-технической системы «скважина – флюидонасыщенный пласт». Разработаны новые геолого-технологические решения.

1. Barton N., Bandis S., Bakhtar K., 1985. Strength, deformation and conductivity coupling of rock joints. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts 22 (3), 121–140. https://doi.org/10.1016/0148-9062(85)93227-9.

2. Белонин М.Д., Славин В.И., Чилингар Д.В. Аномально высокие пластовые давления. Происхождение, прогноз, проблемы освоения залежей углеводородов. СПб.: Недра, 2005. 324 с.

3. Blanton T.L., 1986. Propagation of hydraulically and dynamically induced fractures in naturally fractured reservoirs. In: SPE Unconventional Gas Technology Symposium (18–21 May, Louisville, Kentucky). SPE-15261-MS. https://doi.org/10.2118/15261-MS.

4. Боревский Л.В. Анализ влияния физических деформаций коллекторов на оценку эксплуатационных запасов подземных вод в глубоких водоносных горизонтах // Методы изучения и оценка ресурсов глубоких подземных вод / Ред. С.С. Бондаренко, Г.С. Вартанян. М.: Недра, 1986. С. 374–394.

5. Добрынин В.М. Деформации и изменения физических свойств коллекторов нефти и газа. М.: Недра, 1970. 239 с.

6. Дорогиницкая Л.М., Шиганова О.В., Стомпелев И.Е. Выделение приточных пород-коллекторов в венд-кембрийских отложениях Сибирской платформы (на примере пара¬метрической Чайкинской скв. 367) // Геология и минерально-сырьевые ресурсы Сибири. 2016. № 2. С. 50–64. https://doi.org/10.20403/2078-0575-2016-2-50-64.

7. Иванишин В.М., Вахромеев А.Г., Сверкунов С.А., Сираев Р.У., Горлов И.В., Ланкин Ю.В. Патент №2657052 от 08.06.2018г. Способ испытания и освоения флюидонасыщенного пласта-коллектора трещинного типа (варианты). Заявка № 2017114085 (024647) от 21.04.2017.

8. Карев В.И. Влияние напряженно-деформированного состояния горных пород на фильтрационный процесс и дебит скважин: Автореф. дис. … докт. техн. наук. СПб.: Институт проблем машиноведения РАН, 2010. 33 с.

9. Кашников Ю.А., Гладышев С.В., Разяпов Р.К., Конторович А.А., Красильникова Н.Б. Гидродинамическое моделирование первоочередного участка разработки Юрубчено-Тохомского месторождения с учетом геомеханического эффекта смыкания трещин // Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений. 2011. № 4. С. 104–107.

10. Харахинов В.В., Шленкин С.И. Нефтегазоносность докембрийских толщ Восточной Сибири на примере Куюмбинско-Юрубчено-Тохомского ареала нефтегазонакопления. М.: Научный мир, 2011. 420 с.

11. Харахинов В.В., Шлёнкин С.И., Зеренинов В.А., Каширин Г.В., Кулишкина О.Н., Масюков А.В., Масюков В.В., Рудь О.В., Берин М.В. Новые подходы к созданию геологических моделей трещинных резервуаров в древних комплексах Восточной Сибири // Нефтяное хозяйство. 2012. № 11. С. 93–97.

12. Киселев В.М., Кинсфатор А.Р., Чашков А.В. Анизотропия проницаемости трещиноватых карбонатных коллекторов // Научно-технический вестник ОАО «НК Роснефть». 2011. № 4. С. 10–14.

13. Киселев В.М., Чашков А.В., Кинсфатор А.Р., Антоненко А.А. Определение оптимального направления ствола добывающей скважины в трещиноватых карбонатных коллекторах // Научно-технический вестник ОАО «НК Роснефть». 2012. № 29. С. 16–20.

14. Конторович А.А. Подсчет запасов нефти, газа и конденсата Юрубчено-Тохомского месторождения (в пределах Юрубчено-Тохомского лицензионного участка). Красноярск: ЗАО «Красноярскгеофизика», 2004. Т. 1. 210 с.

15. Конторович А.А., Конторович А.Э., Кринин В.А., Кузнецов Л.Л., Накаряков В.Д., Сибгатуллин В.Г., Сурков В.С., Трофимук А.А. Юрубчено-Тохомская зона газонефтенакопления – важный объект концентрации региональных поисково-разведочных работ в верхнем протерозое Лено-Тунгусской нефтегазоносной провинции // Геология и геофизика. 1998. Т. 29. № 11. С. 45–55.

16. Кутукова Н.М., Бирун Е.М., Малахов Р.А., Афанасьев И.С., Постникова О.В., Рахматуллина А.C. Концептуальная модель строения рифейского природного резервуара Юрубчено-Тохомского месторож¬дения // Нефтяное хозяйство. 2012. № 11. С. 4–7.

17. Lucia F.J., 2007. Carbonate Reservoir Characterization. An Integrated Approach. Springer, Berlin, 336 p. [Русский перевод: Лусиа Ф.Дж. Построение геолого-гидродинамической модели карбонатного коллектора. Интегрированный подход. Москва – Ижевск: Ижевский институт компьютерных исследований, 2010. 384 с.].

18. Малышев С.В. Разработка технологии гидроразрыва пласта в газовых скважинах: Автореф. дис. … канд. техн. наук. М., 2009. 19 с.

19. Мигурский А.В. Дизъюнктивная тектоника и нефтегазоносность платформенных областей: на примере юга Сибирской платформы: Автореф. дис. … докт. геол.-мин. наук. Новосибирск, 1997. 40 с.

20. Мигурский А.В., Старосельцев В.С., Мельников Н.В. Рябкова Л.В., Соболев П.Н., Сурнин А.И., Чернова Л.С. Опыт изучения Чайкинского поднятия – крупного объекта нефтепоисковых работ на Сибирской платформе // Геология и минерально-сырьевые ресурсы Сибири. 2010. № 4. С. 14–25.

21. Nazarova L.A., Nazarov L.A., Epov M.I., El’tsov I.N., 2013. Evolution of geomechanical and electro-hydrodynamic fields in deep well drilling in rocks. Journal of Mining Science 49 (5), 704–714. https://doi.org/10.1134/S1062739149050031.

22. Овнатанов Г.Т. Вскрытие и обработка пласта. М.: Недра, 1979. 312 с.

23. Пиннекер Е.В. Проблемы региональной гидрогеологии. М.: Наука, 1977. 196 с.

24. Поляков В.Н., Ишкаев Р.К., Лукманов Р.Р. Технология заканчивания нефтяных и газовых скважин. Уфа: ТАУ, 1999. 408 с.

25. Постникова И.Е., Постникова О.В., Тихомирова Г.И., Фомичева Л.Н. Карстовая модель рифейского природного резервуара Юрубчено-Тохомского месторождения // Геология нефти и газа. 2001. № 3. С. 36–41.

26. Семинский К.Ж. Внутренняя структура континентальных разломных зон. Тектонофизический аспект. Новосибирск: Изд-во СО РАН, филиал «Гео», 2003. 244 с.

27. Семинский К.Ж., Кожевников Н.О., Черемных А.В., Поспеева Е.В., Бобров А.А., Оленченко В.В., Тугарина М.А., Потапов В.В., Зарипов Р.М., Черемных А.С. Межблоковые зоны в земной коре юга Восточной Сибири: тектонофизическая интерпретация геолого-геофизических данных // Геодинамика и тектонофизика. 2013. Т. 4. № 3. С. 203–278. https://doi.org/10.5800/GT-2013-4-3-0099.

28. Сираев Р.У., Сверкунов С.А., Данилова Е.М., Сотников А.К., Вахромеев А.Г. Анализ горно-геологических условий бурения геологоразведочных скважин на нефть и газ на Даниловской площади, Непский свод // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2013. № 12. С. 131–135.

29. Сверкунов С.А., Вахромеев А.Г., Сираев Р.У. Патент № 2598268 от 13.10.2016 г. Способ первичного вскрытия сложного кавернозно-трещинного карбонатного нефтегазонасыщенного пласта горизонтальным стволом большой протяженности.

30. Сверкунов С.А., Вахромеев А.Г., Сираев Р.У., Данилова Е.М. Бурение скважин с горизонтальным окончанием в сложных горно-геологических условиях (на примере природных карбонатных резервуаров рифея Байкитской НГО). Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2016. 204 с.

31. Сверкунов С.А, Вахромеев А.Г., Сираев Р.У. Патент № 2617820 Российская Федерация МПК Е21В43/30. Способ определения максимальной длины горизонтального ствола в условиях каверново-трещинного карбонатного нефтегазонасыщенного пласта с аномально низким пластовым давлением. RU 2617820 C1; заявл. 11.09.2015 г., опубл. 27.04.2017 г., Бюл. № 12.

32. Свинцицкий С.Б. Прогнозирование горно-геологических условий проводки скважин в соленосных и глинистых отложениях с аномально высокими давлениями флюидов: Дис. … докт. геол.-мин. наук. Ставрополь, 2006. 547 с.

33. Усачев П.М. Гидравлический разрыв пласта. М.: Недра, 1986. 165 с.

34. Вахромеев А.Г., Данилова Е.М., Разяпов Р.К., Иванишин В.М., Сираев Р.У. Аномально-проницаемый трещинно-жильный и карстово-жильный карбонатный коллектор в рифее, Юрубчено-Тохомское НГКМ (по геолого-промысловым данным горизонтального бурения) // Геология и минерально-сырьевые ресурсы Сибири. 2014. № 4. С. 49–61.

35. Вахромеев А.Г., Сверкунов С.А., Постникова О.В., Кутукова Н.М., Разяпов Р.К., Сираев Р.У. Литологические и гидродинамические факторы, определяющие условия первичного вскрытия и освоения продуктивных интервалов рифейского природного резервуара Юрубчено-Тохомского НГКМ по геолого-промысловым данным горизонтального бурения и отбора керна в наклонных стволах // Геология и минерально-сырьевые ресурсы Сибири. 2015. № 3. С. 68–82.

36. Вахромеев А.Г., Сверкунов С.А., Иванишин В.М., Мисюркеева Н.В., Буддо И.В. Переходные напряженные состояния горного массива флюидонасыщенных карбонатных коллекторов // ЕАГЕ. Санкт-Петербург (апрель 2018).

37. Вахромеев А.Г., Сверкунов С.А., Иванишин В.М., Разяпов Р.К., Данилова Е.М. Геодинамические аспекты исследования сложных горно-геологических условий бурения древнейших карбонатных резервуаров нефти и газа рифея: обзор проблемы на примере месторождений Байкитской нефтегазоносной области // Геодинамика и тектонофизика. 2017. Т. 8. № 4. С. 903–921. https://doi.org/10.5800/GT-2017-8-4-0323.

38. Вахромеев А.Г., Сверкунов С.А., Сираев Р.У., Разяпов Р.К., Сотников А.К., Чернокалов К.А. Патент № 2602437. Российская Федерация МПК Е21В21/00, Е21В33/13, Е21В43/02. Способ первичного вскрытия бурением горизонтального ствола в трещинном типе нефтегазонасыщенного карбонатного коллектора в условиях аномально низких пластовых давлений. RU 2602437 C1; заявл. 11.09.2015, опубл. 20.11.2016, Бюл. № 32.

39. van Golf-Racht T.D., 1982. Fundamentals of Fractured Reservoir Engineering. Elsevier, Amsterdam, 732 p. [Русский перевод: Голф-Рахт Т.Д. Основы нефтепромысловой геологии и разработки трещиноватых коллекторов. М.: Недра, 1986. 608 с.].

40. Заливин В.Г., Вахромеев А.Г. Аварийные ситуации в бурении. Учебное пособие. Иркутск: Изд-во ИрНИТУ, 2016. 500 с.