Автоматизация процесса петрофизической интерпретации как элемент эффективной геонавигации

А.В. Билинчук, К.В. Горев (ПАО «Газпром нефть»), В.В. Корябкин, П.С. Арзуманян, П.В. Кольба, Научно-Технический Центр «Газпром нефти» (ООО «Газпромнефть НТЦ»), А.Н. Сабиров (ООО «Геонавигационные технологии»)

Источник: Журнал «Нефтяное хозяйство»

В период интенсивного развития IT-индустрии автоматизация и оптимизация бизнес-процессов за счет внедрения инновационных программных продуктов приобретают все большую актуальность как инструмент повышения эффективности операционной деятельности [1]. Рост эффективности обусловлен снижением итерационных манипуляций, исключением дублируемых процессов, концентрированием на аналитической деятельности, минимизацией возникновения ошибки, вызванной влиянием субъективного фактора, повышением мобильности специалиста за счет внедрения дистанционных инструментов, что позволяет отказаться от необходимости нахождения сотрудника на своем стационарном рабочем месте. Это особенно актуально для одновременного контроля параллельных процессов в центрах удаленной поддержки операционной деятельности [2].

При инженерном сопровождении бурения скважин в режиме реального времени одним из процессов, требующих регулярной обработки непрерывно обновляющихся данных и оперативного контроля со стороны вовлеченных специалистов, является верификации геолого-геофизической информации, поступающей в ходе бурения (LWD), и петрофизическая интерпретация этой информации для дальнейшего использования с целью геонавигации скважины [3]. Для повышения эффективности процесса геонавигации Центром управления бурением группы компаний «Газпром нефть» было принято решение об автоматизации процессов загрузки, обработки и петрофизической интерпретации данных каротажа, поступающих в процессе бурения в режиме реального времени. Автоматизация была осуществлена на базе программного обеспечения (ПО), предназначенного для геонавигации скважин с пологим и горизонтальным окончаниями (с зенитным углом 60° и более) [4]. Геонавигация скважины включает петрофизическую интерпретацию данных различных видов каротажа и переводит последовательные процессы в параллельные в едином информационном поле, что позволяет сократить сроки обработки данных и повысить качество выдачи рекомендаций по дальнейшему бурению скважины. Повышение эффективности за счет применения инновационного программного комплекса также выражается в том, что инженер-петрофизик фокусируется на выполнении задач, входящих в спектр его непосредственных компетенций, таких как проверка кондиционности поступающих данных, калибровка петрофизической модели и ее периодическая верификация [1]. Исключается необходимость в непроизводительной и рутинной обработке данных, копировании информации из одного источника в другой при подготовке и оформлении данных для отчета.

В результате синхронизации процессов геонавигации и автоматизированной петрофизической интерпретации данных LWD в едином программном продукте повышается качество принятия решений в процессе бурения скважины по достижению максимальной эффективности проходки горизонтальной секции скважины по коллектору с наилучшими фильтрационно-емкостными свойствами (ФЕС). Также возрастает оперативность реагирования в случае выхода траектории скважины из целевого интервала, что в свою очередь позволяет снизить технологические риски и минимизировать непроизводительное время при реализации мероприятий по возвращению траектории скважины в целевой интервал в процессе бурения.

Разрабатываемый модуль петрофизической интерпретации результатов каротажа в процессе бурения предназначен для качественной и количественной оценки ФЕС пласта (пористости, проницаемости) и коэффициента нефтенасыщенности по данным, получаемым с забоя бурящейся скважины в режиме реального времени [4], а также для автоматического расчета дополнительных кривых: литологии, свойства коллектор — неколлектор, вспомогательных пользовательских кривых.

На первом этапе разработки модуля петрофизической интерпретации данных каротажа в режиме реального времени создан петрофизический калькулятор, обладающий большой гибкостью и позволяющий рассчитать любую зависимость от исходных каротажных данных, заданную как параметрически, так и с применением логических выражений. Прежде всего это касается расчетов коэффициентов глинистости, пористости, нефтенасыщенности и проницаемости. Расчеты проводятся автоматически на основании данных каротажа, загруженных в специализированное ПО для геонавигации скважины, как в дискретном режиме (стационарные замеры, получаемые по результатам каждой спущенной буровой трубы бурильной колонны), так и в непрерывном режиме с WITSML сервера (данные поступают непрерывно в процессе бурения скважины). На любом этапе в калькуляторе предусмотрена возможность корректировки петрофизических зависимостей либо задается пользовательская кривая. Любые вносящиеся изменения в петрофизические зависимости по мере бурения скважины фиксируются в виде лог-файла для формирования общего протокола принимаемых решений.

Во встроенном петрофизическом калькуляторе доступна библиотека стандартных методик расчета петрофизических зависимостей, в нем также формируется база данных пользовательских петрофизических зависимостей. Также предусмотрена возможность экспорта данных для создания планшета в специализированном ПО для петрофизической интерпретации и использования данных интерпретации в программных комплексах по геологическому 3D моделированию.

Визуализация и анализ результатов рассчитываемых кривых в программном комплексе по геонавигации проводятся в графическом виде в окне геонавигации либо в окне формирования планшета петрофизического заключения (в классическом представлении). На рис. 1 представлена упрощенная схема работы модуля.

Рис. 1. Принципиальная схема работы петрофизического модуля в программном комплексе для геонавигации скважин

На рис. 2, 3, приведены примеры визуализации петрофизических параметров в окнах геонавигации с использованием автоматизированной петрофизической интерпретации данных каротажа и корреляции в масштабе глубин по стволу для формирования планшетов петрофизических заключений. При поступлении обновленных данных в процессе бурения скважины пользовательские кривые автоматически пересчитываются с учетом иерархии расчетов при закрытом модуле петрофизической интерпретации.

Рис. 2. Визуализация окна геонавигации при автоматизированной петрофизической интерпретации данных LWD

Рис. 3. Визуализация окна петрофизического планшета при автоматизированной петрофизической интерпретации данных LWD

С целью оперативного реагирования специалиста по геонавигации на отклонения целевых показателей от проектных в петрофизическом модуле реализована функция сигнализирующих индикаторов состояния. В зависимости от взаимной комбинации автоматически интерпретируемых петрофизических параметров (пористость, проницаемость, насыщенность, литология, песчанистость, коллектор-неколлектор) в окне геонавигации осуществляется подсветка индикатора состояния зеленым, желтым или красным цветом.

— Зеленый цвет индикатора сигнализирует о бурении и передаче данных в условиях, соответствующих плановым: бурение по коллектору; ФЕС не ниже определенных планом; тип насыщения соответствует ожидаемому.

— Желтый цвет индикатора свидетельствует о некритичных отклонениях от плана, требующих принятия решения без остановки бурения: например, бурение не более двух трубок подряд (~20—24м) преимущественно в неколлекторе или в коллекторе с ФЕС ниже определенных по плану; отклонение от ожидаемого насыщения в сторону граничного значения разности насыщенностей флюидов и др.

— Красный цвет индикатора сигнализирует о критической ситуации, требующей согласования остановки бурения скважины и оперативного вмешательства профильных специалистов: например, бурение более двух трубок подряд (~20-24м) преимущественно в неколлекторе или в коллекторе с ФЕС ниже определенных по плану; отклонение от ожидаемого насыщения в сторону смены типа насыщения и др.

Число горизонтальных скважин и проходка по ним с каждым годом возрастают. Комплекс геофизических исследований этих скважин выбирается таким образом, чтобы осуществить их проводку по целевому объекту наиболее эффективно [3]. При этом горизонтальные скважины вскрывают участки пласта, которые не были вскрыты разведочными или вертикальными эксплуатационными скважинами. Данные геофизических исследований, полученные во время бурения горизонтальных скважин, используются для оценки свойств пласта (пористости, песчанистости, проницаемости и насыщенности) и дальнейшего их прогнозирования [4]. Сравнение данных различных видов каротажа, полученных в рамках одного и того же объекта, но в разных типах скважин (горизонтальных и вертикальных), показывает, что они существенно различаются [3]: пористость — до 10 единиц, стратиграфическая толщина пластов — на сотни процентов для скважин с большим отходом. Методы стандартной оценки свойств пласта, применяемые в вертикальных скважинах, могут давать значительные погрешности при определении свойств пласта в горизонтальных и наклонно направленных скважинах [2].

Немаловажной задачей по усовершенствованию инструментов количественной интерпретации данных геофизических исследований горизонтальных скважин является корректный учет положения компоновки бурильной колонны в открытом стволе скважины и отклика геофизического сигнала в зависимости от влияния на него контрастной по литологии, морфологии или насыщения границы вблизи оси проводки скважины. При проведении геофизических исследований горизонтальных скважин возникают следующие важные факторы, которые необходимо учитывать в петрофизической модели [4]:

1) на все приборы действует сила гравитации, соответственно вопрос центровки стоит гораздо острее, чем в случае вертикальных скважин — приборы прижимаются к нижней части ствола;

2) изменяются принципы скопления шлама (скапливается в нижней части скважины);

3) возникают новые профили проникновения фильтрата бурового раствора (под действием силы гравитации зона проникновения бурового раствора становится асимметричной);

4) анизотропия свойств вмещающих пород оказывает решающее влияние на результаты методов геофизичских исследований из-за большей изменчивости по направлению напластования;

5) изменяется конфигурация пластов по отношению к стволу скважины (влияние взаимного расположения в системе скважина — пласт на вид кривой результирующего каротажа).

Первые три фактора обусловлены гравитацией, четвертый и пятый — сложной морфологией околоскважинного пространства относительно компоновки геофизических приборов.

Если не используются азимутальные приборы, регистрирующие имиджи по квадрантам, то получаемая на выходе кривая дает усредненное значение регистрируемого параметра, записанного по окружности ствола скважины. В результате регистрируемые геофизическими приборами отклики не отражают истинных значений ФЕС горной породы. Использование каротажных кривых по квадрантам или азимутальных методов каротажа позволяют учесть данный фактор [5].

Для учета влияния сложной морфологии геологической среды на отклики датчиков геофизических приборов в горизонтальных скважинах необходимо предусмотреть возможность моделирования данных искажений и внесения соответствующих зависимостей в петрофизический калькулятор. Это позволит преобразовывать вид синтетической кривой каротажа с учетом влияния контрастной границы на метод геофизических исследований по мере приближения к ней с зенитными углами 60° и более. Особенно это актуально для методов электрического сопротивления [5].

Таким образом, реализован усовершенствованный инструмент, позволяющий осуществлять подготовку предбуровой геонавигационной модели, учитывающей эффекты влияния положения ствола скважины относительно вмещающих пород на результаты геофизических исследований, и проводить более точную их количественную интерпретацию в случае подтверждения или неподтверждения данных эффектов в процессе бурения скважины. Следовательно, у инженера по петрофизической интерпретации будет инструмент, дающий возможность в автоматическом режиме осуществлять анализ изменений показаний физических величин, измеряемых в процессе бурения, в том числе обусловленных слоистым строением геологической среды.

На любом этапе сопровождения горизонтальной скважины результаты автоматической петрофизической интерпретации данных каротажа в процессе бурения могут быть использованы для уточнения существующей геологической модели, что обеспечивает высокое качество геонавигации [3]. Очевидно, что для дальнейшего повышения эффективности процесса геонавигации необходимо автоматизировать учет результатов геонавигации и интерпретации данных геофизических исследований скважин в трехмерных геологических моделях.

Выводы

1. Автоматизация процесса петрофизической интерпретации подразумевает автоматическую загрузку, обработку, инженерный расчет петрофизических параметров геологической среды и их визуализацию в окне геонавигации скважины в совокупности с исходными данными каротажа в процессе бурения. Визуализация также возможна в окне корреляции скважин в масштабе глубин по стволу для последующей выдачи петрофизического заключения по скважине.

2. Автоматизация процесса петрофизической интерпретации не исключает необходимость привлечения инженера-петрофизика. На начальном этапе геонавигации скважины он должен провести верификацию данных каротажа на кондиционность, откалибровать петрофизические зависимости для корректного расчета параметров интерпретации, в случае неподтверждения петрофизической модели периодически проводить повторную калибровку зависимостей.

3. Эффективность при геонавигации скважины заключается в постоянной визуализации результатов интерпретации данных каротажа в сочетании с опцией сигнализации индикаторов состояния, способности более точно и оперативно определять целевой интервал для проводки скважины как на качественном, так и на количественном уровнях, т.е. в размещении горизонтального ствола скважины в коллекторе с наилучшими ФЕС.

4. Для выдачи окончательного петрофизического заключения специалист по петрофизике не проводит повторные манипуляции по загрузке, обработке и калибровке данных каротажа в горизонтальной скважине, что существенно экономит время специалиста и оптимизирует процесс планирования рабочего времени и числа сопровождаемых скважин.

Список литературы

1. Booth J.E. Real-Time Drilling Operation Centers: A History of Functionality and Organizational Purpose — The Second Generation//SPE 126017. — 2010.

2.Optimal Well Placement in Long Horizontal Developmenrs: Al Khalij Case// N. E. Meyer, F. Socquet-Juglard, R. Dehesdin, R. Naraganan/IPTC 13728. — 2009.

3. Griffits R. Well placement fundamentals. — Schlumberger, 2009. 4. Meehan D.N. Geological Steering of Horizontal Wells//SPE 29242. — 1994.

5. Real-Time Decisions With Improved Confidence Using Azimuthal Deep Resistivity and At-Bit GR Imaging While Drilling/M. Harris, M.D. Byrd, M. Archibals, C. Naupari// SPE 123859. — 2009.

Возврат к списку