Роль трехмерного геомеханического моделирования в разработке северо-самбургского месторождения

25.12.2018

PROНЕФТЬ. Профессионально о нефти. – 2018 - № 4(10). – С. 56-59

УДК 622.276.1/.4.001.57 

Д.В. Альчибаев, А.Е. Глазырина
Научно-Технический Центр «Газпром нефти» (ООО «Газпромнефть НТЦ»)

Электронные адреса: Alchibaev.DV@gazpromneft-ntc.ru Glazyrina.AE@gazpromneft-ntc.ru

Ключевые слова: геомеханика, ачимовские отложения, аномально высокое поровое давление

Представлен подход к многоцелевому применению результатов трехмерного геомеханического моделирования с целью обеспечения безаварийного строительства скважин и оптимизации расстановки портов многостадийного гидроразрыва пласта на примере разработки ачимовских пластов Северо-Самбургского месторождения.

Application of 3d geomechanical modelling to the development of severo-samburgskoye oilfield

PRONEFT''. Professional'no o nefti, 2018, no. 4(10), pp. 56-59

D.V. Alchibaev, A.E. Glazyrina
Gazpromneft NTC LLC, RF, Saint-Petersburg

E-mail: Alchibaev.DV@gazpromneft-ntc.ru Glazyrina.AE@gazpromneft-ntc.ru

Keywords: geomechanics, achimov formation, abnormally high pore pressure

The paper presents an approach to the multi-purpose application of the results of three-dimensional geomechanical modeling: in the field of accident-free well construction, optimization of multi-stage hydraulic fracturing ports on the example of the development of Achimov formations of the Severo-Samburgskoye oilfield.

DOI: 10.24887/2587-7399-2018-4-56-59

ВВЕДЕниЕ

Неотъемлемой частью подготовки к строительству нефтяных и газовых скважин, выбору технологии и параметров бурения, системы разработки и методов увеличения нефтеотдачи пласта является изучение физико-механических свойств горных пород с целью получения достоверного представления о вмещающей среде, отражающего ее характеристики и напряженное состояние. Один из этапов исследования – создание модели механических свойств, которая позволяет построить профили упруго-прочностных свойств горной породы и определить ее напряженное состояние в околоскважинной области. Расчет устойчивости стенок ствола скважины, проведенный на основе полученного профиля механических свойств, дает возможность оценить реакцию горной породы на воздействие в процессе бурения. По результатам одномерного геомеханического моделирования формируются рекомендации по оптимизации технологических параметров внешнего воздействия на пласт для снижения вероятности возникновения осложнений при строительстве скважин. 

Рекомендации по: 

  • допустимому диапазону плотности бурового раствора для каждой секции скважины;
  • подбору оптимальной плотности бурового раствора для каждой секции скважины;
  • разделению разреза на участки, не совместимые при бурении;
  • глубинам посадки колонн;
  • оптимизации конструкции скважины;
  • возможным рискам, связанным с нестабильностью ствола скважины, и выбору технологий для безаварийного бурения;
  • целевому дизайну трещин гидрразрыва пласта (ГРП).

ГЕОЛОГО-ФиЗичЕСКАЯ ХАРАКТЕРиСТиКА ПОРОД СЕВЕРО-САМБУРГСКОГО МЕСТОРОЖДЕниЯ

Ачимовские отложения Северо-Самбургского месторождения характеризуются низкой проницаемостью коллекторов, что обусловливает необходимость применения горизонтальных скважин максимально возможной эффективной длины для добычи углеводородов и увеличения зоны охвата с помощью многостадийного ГРП (МГРП). Дополнительно строительство скважин осложняет наличие аномально высокого пластового давления (АВПД) с коэффициентом  аномальности 1,55-1,7 [1]. 

Оценка величины пластового давления по разрезу на этапе бурения,  основанная на детальном моделировании физико-механических свойств пород, позволяет подобрать оптимальное внутрискважинное давление, создаваемое удельным статическим весом бурового раствора, технологию бурения и требуемое число секций скважины, а также разработать методику определения точки заложения и максимально возможной протяженности горизонтального участка. 

Для решения поставленных технологических задач необходимо понимание реакции горной породы на технологические воздействия в процессе бурения, проведения ГРП и разработки. В связи с этим необходимо создание трехмерной геомеханической модели, учитывающей геологическую неоднородность ачимовских отложений. 

При построении модели для детализации представления о межскважинном пространстве были использованы результаты изучения механических свойств на керне, геофизических исследований разведочных скважин, замеров минимального горизонтального напряжения при мини-ГРП, а также данные сейсмической инверсии – кубы динамических упругих свойств. Пример клиноформ неокомских отложений показан на рис. 1. 

Рис. 1. Клиноформы неокомских отложений

ПРиМЕнЕниЕ ГЕОМЕХАничЕСКОГО МОДЕЛиРОВАниЯ ПРи ОПТиМиЗАЦии СТРОиТЕЛьСТВА СКВАЖин

Представление об упругих и прочностных свойствах вмещающих пород, а также о напряженном состоянии, в котором они находятся, позволило подобрать дизайн скважин, учитывающий риски обрушений в интервале второй технической колонны и газо-, нефте-, водопроявления при входе в ачимовские отложения. 

При определении поровых давлений по методике эквивалентных глубин [2] базовым предположением является то, что чистые глинистые породы, залегающие на разных глубинах и имеющие одинаковые (эквивалентные) значения физических параметров, находятся под воздействием равных эффективных напряжений

где sh n, snhэкв – среднее нормальное напряжение на глубине соответственно h и hэкв; ph a, pн hэкв – соответственно аномальное и нормальное поровое давление на глубине соответственно h и hэкв. Следовательно, для глубины h эквивалентной глубиной hэкв называется глубина, для которой выполняется соотношение (1). 

Для аномально высокого порового давления должно выполняться условие hэкв<h, для аномально низкого порового давления – hэкв>h. Эквивалентная глубина hэкв всегда должна быть в зоне нормальных порового и пластового давлений. В этом случае поровое давление может быть вычислено по нормальному гидростатическому давлению, пластовое – исходя из веса вышележащих пород. Методика не может быть применена, если в разрезе имеется сразу несколько зон с аномальным поровым давлением и hэкв попадает в одну из них. 

Из соотношения (1) получим

Формула (2) является основной при оценке аномального порового давления в глинистых толщах. 

Алгоритм оценки пластового давления по методу эквивалентной глубины включает: 

  1. построение тренда нормального уплотнения глин с глубиной на основании результатов геофизических исследований скважин (ГИС) методами, позволяющими определить пористость (гамма-гаммаплотностной, акустический, нейтрон-нейтронный каротаж и др).
  2. выявление зоны АВПД по отклонению от тренда нормального уплотнения;
  3. определение эквивалентной глубины из условия равенства каротажных данных в зоне АВПД и вышележащих отложениях;
  4. расчет аномального порового давления по формуле (2).

Построение геомеханической модели позволило также оценить максимально возможную протяженность горизонтальных участков скважин [3, 4]. Из-за потерь на трение с увеличением длины скважины возрастает перепад давления, необходимый для поддержания циркуляции бурового раствора [5]. Однако давление, создаваемое у долота, ограничено давлением ГРП, поскольку его превышение может привести к поглощению бурового раствора, потере циркуляции и обрушению стенок скважин. Оценка величины градиента гидроразрыва в зависимости от ориентации и положения скважин в разрезе позволила подобрать конструкцию скважины и реологические параметры бурового раствора (в первую очередь, плотность и вязкость) (рис. 2).

Рис. 2. Перенос механических свойств на плановую траекторию скважины (а)  и модель устойчивости скважины на основе прогнозных свойств (б)

В результате построений определен оптимальный дизайн конструкции скважины, интервалы посадки башмаков колонны для снижения рисков газо-, нефте-, водопроявлений и обрушений ствола скважины.

ВЫВОДЫ

  1. Разработка низкопроницаемых ачимовских отложений в условиях АВПД представляет собой трудную технологическую задачу, для решения которой необходимо применение и развитие современных подходов в области трехмерного геомеханического моделирования.
  2. Модель устойчивости стенок ствола скважин с учетом трехмерной неоднородности механических свойств пород позволила подобрать оптимальную конструкцию и траекторию горизонтальных скважин в условиях высокого коэффициента аномальности порового давления и узкого «окна бурового раствора».
  3. Использование результатов высокоточного 3D сейсмического мониторинга дало возможность учесть неоднородную структуру ачимовских отложений, наложенных и частично перекрывающих друг друга линз.
  4. Реализованные подходы геомеханического 3D моделирования с учетом детализированных сейсмических исследований и анализом малоамплитудных нарушений позволяют снизить неопределенности разработки в условиях неоднородного низкопроницаемого пласта с АВПД.

Список литературы

  1. Гурари Ф. Г. Строение и условия образования клиноформ неокомских отложений Западно-Сибирской плиты. — Новосибирск: СНИИГГиМС, 2003. — 141 с.
  2. Свинцицкий С. Б. Теоретическое обоснование методики определения порового давления в глинистых породах по данным геофизических исследований скважин и параметрам бурения // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. — 2011. — № 7. — С. 26–33.
  3. Kirsch G. Die Theorie der Elastizitat und die Bedurfnisse der Festigkeitslehre // Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure. — 1898. — v. 42. — P. 797–807.
  4. Трехмерная геомеханическая модель и модель околоскважинного пространства как инструменты оптимизации траектории скважины / Д. В. Альчибаев, А. Е. Глазырина, Ю. В. Овчаренко [и др.] // SPE 187830. — 2017.
  5. Chen X., Gao D. The Maximum-Allowable Well Depth While Performing Ultra-Extended-Reach Drilling From Shallow Water to Deepwater Target // SPE 183025-PA. — 2018.

Reference

  1. Gurari F.G., Stroenie i usloviya obrazovaniya klinoform neokomskikh otlozheniy Zapadno-Sibirskoy plity (istoriya stanovleniya predstavleniy) (The structure and conditions of formation the clinoforms of Neocomian deposits of the West Siberian Plain (history of representations thu formation)), Novosibirsk: Publ. of SNIIGGiMS, 2003, 141 p.
  2. Svincickij S.B., Theoretical substantiation of the method of porous pressure determination in clay-ish rocks based on the data of well geophysical studies and drilling parameters (In Russ.), Geologija, geofizika i razrabotka neftjanyh i gazovyh mestorozhdenij, 2011, no. 7, pp. 26–33.
  3. Kirsch G., Die Theorie der Elastizitat und die Bedurfnisse der Festigkeitslehre, Zantralblatt Verlin Deutscher Ingenieure, 1898, v. 42, pp. 797–807.
  4. Al’chibaev D. v. , Glazyrina A. E., Ovcharenko Ju. v. , Kalinin O. Ju., et al., Application of 3D and near-wellbore geomechanical models for well trajectories optimization (In Russ.), SPE 187830-RU, 2017.
  5. Chen X., Gao D., The maximum-allowable well depth while performing ultra-extended-reach drilling from shallow water to deepwater target, SPE 183025PA, 2018.



Ссылка на статью в русскоязычных источниках:

Д.В. Альчибаев, А.Е. Глазырина. Роль трехмерного геомеханического моделирования в разработке северо-самбургского месторождения // PROНЕФТЬ. Профессионально о нефти. — 2018 — № 4(10). — С. 56-59.


The reference to this article in English is:

D.V. Alchibaev, A.E. Glazyrina. Application of 3d geomechanical modelling to the development of severo-samburgskoye oilfield (In Russ.), PRONEFT''. Professional’no o nefti, 2018, no. 4(10), pp. 56-59.


Возврат к списку