Спосіб прогнозування гірничо-геологічних умов буріння свердловин

1. Спосіб прогнозування гірничо-геологічних умов буріння свердловин, який включає аналіз даних польової та свердловинної геофізики, досвіду проведення свердловин на досліджуваних площах і родовищах, побудову їх геологічних розрізів, об'єднання цих розрізів за ознаками спільності стратиграфічних і літологічних наборів порід, гідрогеологічних і термобаричних умов, глибин залягання границь, що розділяють несумісні для U 2 (19) 1 3 25728 Крім того, гідротермальна діяльність і процеси метаморфізму порід, тісно пов'язані з розривними порушеннями і іншими проявами тектонічної деформованості порід, викликають суттєві вторинні перетворення осадових порід, які в свою чергу суттєво змінюють умови буріння в цих обставинах (збільшується густина, крихкість, твердість та інші властивості порід). Іншим чинником, який значно ускладнює буріння свердловин, є фізико-хімічні процеси, що викликані певними властивостями гірничих порід. Деякі з них значно змінюються з зростанням глибини. Так, кам'яна сіль до певної глибини (приблизно 2700 метрів) зовсім не проявляє схильності до в'язкої течії, але при зростанні глибини та температури виникає течія соленосних порід, що спричиняє зі м'яття та руйн ування обсадних колон у свердловинах (соленосні породи пермі та девону ДДз). До певної глибини при взаємодії з водою бурового розчину глинисті породи набухають (збільшуються у об'ємі), що також спричиняє складності буріння свердловин у цих інтервалах. Усі перелічені явища спостерігаються незалежно від літологічного складу порід. Тому при складанні карти полів за способом по прототипу необхідно додатково оконтурити та нанести на карту ділянки, де спостерігається підвищений рівень деформованості порід та ділянки, на яких породи знаходяться в умовах, при яких набувають властивості, які значно ускладнюють буріння свердловин. Недоліком способу за прототипом є його недостатня надійність та достовірність отриманих даних через те, що формуючою ознакою способу, яка характеризує геологічний розріз, є літологія, але при цьому не враховуються параметри, які характеризують деформованість гірничого масиву і фізико-хімічні властивості порід, що може призводити до непередбачених ускладнень і навіть аварій при наступному бурінні свердловин. Задачею корисної моделі є підвищення надійності способу, оперативності та достовірності прогнозування даних про умови буріння свердловин на досліджуваних родовищах і площа х. Для вирішення поставленої задачі пропонується спосіб прогнозування гірничо-геологічних умов буріння свердловин, який включає аналіз даних польової та свердловинної геофізики, досвіду проводки свердловин на досліджуваних площах і родовищах, побудову їх геологічних розрізів, об'єднання цих розрізів за ознаками спільності стратиграфічних і літологічних наборів порід, гідрогеологічних і термобаричних умов, глибин залягання границь, що розділяють несумісні для буріння частини геологічного розрізу, побудову символічних розрізів - марок для груп досліджуваних площ і родовищах з близькими або однаковими гірничо-геологічними умовами проводки свердловин, нанесення одержаних груп досліджуваних площ і родовищ на планшети з топографічне прив'язаними точками спостережень - свердловинами та геофізичними пікетами, уточнення на одержаній карті границь полів, відповідаючих виділеним групам, згідно корисної моделі при побудові марок і виділенні груп досліджуваних площ і родовищах з 4 близькими або однаковими гірничо-геологічними умовами проводки свердловин враховують фізикохімічні властивості порід і ступінь деформованості гірничого масиву, при цьому у якості зазначених фізико-хімічних властивостей порід враховують міцність, тріщинуватість, проникність, схильність порід до течії та набухання. Для виконання запропонованого способу прогнозування гірничо-геологічних умов буріння свердловин (далі - способу) необхідно провести аналіз всіх наявних на цей час даних польової та свердловинної геофізики: дані сейсморозвідки, каротажу, обробки керну, визначення віку порід; досвіду проводки свердловин на досліджуваних площах і родовищах, ін формація про які зберігається в управліннях бурових робіт у справах стосовно кожної окремої свердловини. Далі виконують побудову марок для груп, які є спрощеними геологічними розрізами, на яких графічно відображаються до глибини 7км максимальні та мінімальні глибини залягання літологостратиграфічних комплексів, несумісних за умовами буріння; об'єднання цих розрізів за ознаками спільності стратиграфічних (вік) і літологічних (склад) наборів порід, гідрогеологічних (хімічний склад підземних вод) і термобаричних (початкові пластові тиски та початковий термоградієнт) умов, з врахуванням ступеня деформованості гірничого масиву та фізико-хімічних властивостей, а саме: міцності, тріщинуватості, проникності, схильності порід до течії та набухання, глибин залягання границь, що розділяють несумісні для буріння частини геологічного розрізу. Несумісні частини розрізу за умовами буріння, це інтервалі порід, які не можуть сумісно розкриватися при бурінні свердловини без перекриття обсадною колоною, тобто певні технікотехнологічні параметри буріння для одного інтервалу не можуть бути використані для іншого, наприклад при бурінні теригенної частини кайнозою обов'язково використовуються бурові розчини на основі прісної води, а нижчезалягаючі хемогенні породи пермі з кам'яною сіллю повинні розкриватися при використанні бурового розчину з значним рівнем мінералізації. Потім виконують побудову символічних розрізів - марок для груп досліджуваних площ і родовищ з близькими або однаковими гірничогеологічними умовами проводки свердловин; нанесення одержаних груп досліджуваних площ і родовищ на планшети з топографічне прив'язаними точками спостережень: структурні та нафтогазові свердловини та точки, де були проведені геофізичні дослідження - геофізичні пікети. На побудованій карті об'єднують ділянки точок спостережень з однаковими марками в групи, в результаті чого отримують карту з уточненими границями полів з однаковими гірничогеологічними умовами буріння свердловин. Спосіб прогнозування гірничо-геологічних умов буріння свердловин виконувався для Мелехівського родовища на підставі аналізу даних польовою та свердловинної геофізики, досвіду проводки свердловин на досліджуваному родовищі. Було проаналізовано всі наявні геолого-геофізичні дані 5 25728 та гірничо-геологічні умови буріння свердловин. Раніше [див. A.M. Черняков и др. Поля с близкими горно-геологическими обстановками - основа прогнозирования условий бурения. Нефтяник, Надра. Москва. 1991, №11, стр.7-9.] у Дніпровськодонецькій западині було виділено 9 основних марок для груп, які поділені кожна на декілька підгруп, що представляють собою спрощенні геологічні розрізи. Центральна частина Дніпровськодонецької западини, до якої відноситься Мелехівське газоконденсатне родовище, геологічне характеризується групою, у якій наявні потужні хемогенні нижньопермські і крейдяно-мергельні відклади верхньої крейди, також наявні штоки девонської солі. Тут у розрізі є три інтервали несумісні за умовами буріння, які обов'язково відокремлюються один від одного обсадними колонами - мезокайнозойські теригенні надсольові породи, нижньопермські сольові (хемогенні) породи, та нижньопермсько-кам'яновугільні теригенні підсольові породи. Мелехівське газоконденсатне родовище (Фіг.1 - "Мелехівське газоконденсатне родовище") відкрито свердловиною 1 у 1965 році. На цей час тут пробурено понад 60 пошуково-розвідувальних та експлуатаційних свердловин на газ, у тому числі як свердловин, що пробурені без аварій і ускладнень (див. Фіг.1, поз. 1 - "пробурені свердловини без аварій і ускладнень"), так і свердловин, що пробурені з аваріями і ускладненнями (див. Фіг.1, поз. 2 - "пробурені свердловини з аваріями та ускладненями"). При розбурюванні цього родовища на всій його території газоносності (див. Фіг.1, поз. 6 - "контур газоносності"), обмеженій ізогіпсами (див. Фіг.1, поз. 3 - "ізогіпси покрівлі картамиської світи нижньої пермі"), спостерігалися газопроявлення, а всі інші типи ускладнень тут спостерігалися на територіях з підвищеним рівнем деформованості (див. Фіг.1, поз. 7 - "територія з підвищеним рівнем деформованості"), а саме тільки навколо соляних штоків (див. Фіг. 1, поз. 4 "Східноведмедівський, Парасковійський соляні штоки") та тектонічних порушень (див. Фіг.1, поз. 5 - "тектонічне порушення"). Хоча все родовище знаходиться в одній групі (Фіг.2 - "Марка групи 01.00 по способу за прототипом") яка складена теригеними породами палеозою (див. Фіг.2, поз. 8 - "теригені породи палеозою"), теригеними породами мезозою та кайнозою (див. Фіг.2, поз. 9 - "теригені породи мезозою та кайнозою"), крейдяно-мергельною товщею верхньої крейди (див. Фіг.2, поз. 10 - "крейдяномергельна товща верхньої крейди") та хемогенними породами нижньої пермі (див. Фіг.2, поз. 11 "хемогенні породи нижньої пермі"), умови буріння на ньому не однакові, що вимагає розподілити цю груп у на дві підгрупи за ступенем деформованого стану, який визначається за результатами аналізу втрати кореляції сейсмічних хвиль, керну, геофізичних досліджень свердловин, виникнення певних ускладнень при бурінні глибоких свердловин та ін. Підвищення ступеня деформованого стану викли 6 кає значну зміну фізико-хімічних властивостей порід, таких як міцність, тріщинуватість, проникність, підвищується схильність порід до течії та набухання. Так, значна деформація порід викликає значне зменшення міцності порід, на відміну від ділянок, де деформації відсутні чи незначні, чим значно збільшується вірогідність появи осипів та обвалів порід на стінках стовбур у свердловини, що фіксується збільшенням коефіцієнта кавернозності свердловин, який вимірюється кавернометрією; збільшення рівня деформації порід викликає збільшення тріщинуватості порід, що зменшує як стійкість стовбуру свердловин, так і збільшує кількість тріщин в породах, по яким вода (фільтрат бурового розчину) поступає в глибину порід, які мають схильність при взаємодії з водою збільшувати об'єм, чим значно зростає кількість порід, які будуть набухати (реагувати з водою); збільшення тріщинува тості в свою чергу збільшує проникність порід, тобто кількість тріщин, які між собою гідродинамічно зв'язані, що викликає поглинання бурового розчину; схильність порід до течії спостерігається у калієво-магнієвих солях на глибині більше ніж 2700 метрів, але на деформованих ділянках ця глибина зменшується, оскільки тут спостерігається підвищення температури, завдяки збільшення температурного градієнту у соляних штоках та тектонічних порушеннях. Тому на Меле хівському газоконденсатному родовищі, не зважаючи на те, що воно знаходиться в одній групі за гірничо-геологічними умовами буріння, необхідно виділити дві марки тобто підгрупи за фізико-хімічними властивостями порід та ступенем тектонічно деформованого стану, тобто підгрупа (Фіг.3 - "Марка групи 01.00 з незначним ступенем деформованого стану порід") з незначним ступенем деформованості порід та підгрупа (Фіг.4 -"Марка групи 01.00 з значним ступенем деформованого стану порід") зі значним ступенем деформованості порід (див. Фіг.4, поз. 12 - "зміна фізико-хімічних властивостей порід та підвищений ступень деформованого стану порід"), що дасть можливість поділити родовище на ділянки, де можна очікувати ускладнення та аварії в процесі буріння свердловин з причини дії деформованого стану порід, і де такі ускладнення та аварії будуть відсутні. Зазначені чинники значно ускладнюють процес проведення свердловин і спонукають до прийняття низки техніко-технологічних рішень щодо зменшення аварійності. З наведеного видно, що такі заходи необхідно проводити тільки навколо соляних штоків і тектонічних порушень, а не по всій території родовища. Технічним результатом від запровадження запропонованого способу прогнозування гірничогеологічних умов буріння свердловин є зменшення кількості аварій і непередбачених ускладнень за рахунок підвищення надійності способу, оперативності та достовірності прогнозування умов буріння свердловин на досліджуваних площах і родовища х. 7 Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 25728 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601