Методика й оптимізація пошуків та розвідки нафтових і газових родовищ

 

Пошуки та розвідка Скупчень нафти і газу здійснюються шляхом буріння та випробу­вання відповідних пошукових і розвідувальних свердловин.

Основні питання методики пошукового буріння. Метою пошукового буріння є відкриття родовищ нафти і газу, або відкриття нових покладів в невивчених частинах розрізів відомих родовищ. До пошукових відносяться ті свердловини, що закладені і початі бурінням на пошуковому об'єкті до отримання пошукового припливу нафти або газу хоча би в одній із них.

Задачі пошукового буріння вважаються розв'язаними у тих випадках, коли однозначно доведена наявність або відсутність на даній локальній площі промислових скупчень нафти і газу. При цьому об'єм промислового припливу не є строго встановленим, а може колива­тись в широкому діапазоні залежно від геолого-економічних умов. Безперспективність площі може бути зумовлена відсутністю пастки, несприятливим літологічним складом відкладів, відсутністю порід-колекторів, їх обводненістю та ін.

Основними принципами проектування та закладення пошукових свердловин на ло­кальному об'єкті є такі: кількість пошукових свердловин повинна бути мінімально не­обхідною - згідно з діючими правилами на виділений пошуковий об'єкт допускається пла­нувати та бурити не більше трьох свердловин; перша пошукова свердловина, як прави­ло, закладається в оптимальних структурних умовах, тобто в межах гіпсометричне найвищої частини структури; пошукові свердловини можуть бути незалежними і за­лежними; їх розміщують у межах заданого контуру нафтогазоносності; пошукові сверд­ловини бажано розміщувати так, щоб вони в майбутньому стали основою сітки розвідувальних свердловин.

Глибина пошукових свердловин визначається бурінням їх до розкриття кристалічного фундаменту. При великій товщині осадового чохла буріння проводиться до технічно до­ступної глибини. В ряді випадків пошуки доцільно вести окремо для різних частин розрізу, тобто поверхами, зокрема, коли спостерігається значне несуміщення структурних планів глибоких та верхніх частин розрізу при порівняно невеликих розмірах об'єктів; коли

 

діапазон нафтогазоносності великий і охоплює декілька сот метрів, а глибина залягання різко коливається; коли верхня частина розрізу вміщує унікальні поклади нафти або газу, які мають велике народногосподарське значення і потребують негайної розробки. Вивчення окремих поверхів може вестись одночасно або почергово, тобто в один чи декілька етапів.

Прогноз розмірів покладів нафти і газу. Для раціонального розміщення пошукових та розвідувальних свердловин ще до початку пошукового буріння потрібно мати уяву про можливі розміри покладів, визначити висоту та положення контура покладу. Відомо декілька прийомів визначення гіпсометричного положення прогнозної поверхні ГВК чи ВНК до уведення об'єкту в пошукове буріння. Найбільш поширеними на практиці робіт є такі прийоми:

1. Прогноз за коефіцієнтом заповнення пастки. В основі цього прийому лежить узагаль­нення даних про ступінь заповнення пасток на родовищах, що розміщені в межах даного нафтогазоносного району. Висота покладу, що прогнозується (Н _п), визначається за форму­лою

де Н _паст. — висота пастки, яка визначається за структурною картою пошукового об'єкту або по профілю; К _{з. п.}— середній коефіцієнт заповнення пасток на відомих родовищах. Для районів, де родовища ще не відкриті, застосовується метод аналогій з сусідніми, більш вивченими районами.

2. Прогноз за картами ізоконтактів. Метод зводиться до того, що в пастці, підготовленій до буріння, положення контура продуктивності визначається шляхом суміщення структур­ної карти покрівлі продуктивного горизонту і узагальненої схеми ВНК (ГВК) для цього ж горизонту, побудованої для нафтогазоносного району в цілому. Якщо амплітуда локального підняття для конкретного горизонту вища від поверхні регіонального нахилу контактів, то в ньому передбачається поклад, висота якого визначається гіпсометричним положенням пастки відносно контакту.

В процесі пошуків за результатами буріння першої свердловини для визначення розмірів покладів можуть бути використані прийоми, що враховують товщину порід -по­кришок та дані випробування свердловин.

3. Прогноз за товщиною порід-покришок над покладом. На основі кореляційного та ре-гресійного аналізу одержана залежність висоти покладу Н від товщини глинистої покриш­ки над ним М, зокрема для газових покладів Н=2,75М+ 1,5; для нафтових Н = 4,76М + 2,46. Це дає змогу в деяких районах після розкриття розрізу першою пошуковою свердло­виною та виявлення в ньому колектора і покришки робити прогноз про можливі розміри покладів.

4. Прогноз за даними випробування свердловин. Положення нижньої межї покладу мо­же бути розраховано за результатами випробування обмеженої кількості свердловин і навіть за однією свердловиною. Для цього можна використати відомі формули Савченка, узагальнений вигляд яких такий:

де — відстань по вертикалі від точки заміру пластового тиску верхнього флюїду до флюїдоконтакту, м; — відстань по вертикалі між точками замірів пластових тисків нижнього і верхнього флюїдів, м; — густина в пластових умовах, кг/м³, і пластові тиски, Па, нижнього і верхнього флюїдів; g - прискорення вільного падіння, м/с². Для розрахунків за цією формулою потрібно мати не менше двох свердловин, розташо­ваних в різних за фазовим станом частинах покладу, або однієї свердловини, в якій випро­бувані водоносний та продуктивний горизонти. Наведена формула може бути використана і в тих випадках, коли є результати випробування тільки однієї продуктивної свердловини. Для цього використовуються значення РГТ або МГТ (тобто

регіонального або місцевого гідростатичного тиску) та густина води на відомих абсолютних відмітках.

Таким чином, для одержання об'ємної моделі прогнозного покладу та обгрун-тування оптимальної системи розташування пошукових свердловин необхідно ма-ти структурну карту покрівлі нафтогазоносного горизонту і знайти положення нижньої межї покладу.

Вимоги до розвіданості родовищ. Розвідувальний етап поділяється на дві стадії: оцінки родовищ (покладів) і підготовки їх до розробки.

На першій стадії встановлюється промислове значення виявлених покладів, ро-биться попередня їх геометризація та оцінка запасів за категоріями С₂ і С ₁ (25 - 40 %). На другій стадії вивчаються тільки ті поклади, що мають промислове значення.

Незалежно від розмірів та складності геологічної будови скупчення нафти і газу можна вважати підготовленими до промислового освоєння за таких умов: запаси нафти, газу, кон­денсату та супутніх компонентів, що мають промислове значення, повинні бути затверд­жені державним органом і повинна бути дана оцінка перспективних ресурсів; затверджені запаси, що використовуються при проектуванні нафтогазовидобувних підприємств, по­винні становити не менше 80 % категорії С_г і до 20 % категорії С₂. (У виключних випад­ках за спеціальною ухвалою запаси категорії С₂ можуть перевищувати 20 %); мають бути забезпечені вихідні дані для складання технологічної схеми розробки (TCP) нафтових ро­довищ, або проектів дослідно - промислової експлуатації (ДПЕ) газових родовищ; повинні бути складені рекомендації щодо охорони надр та навколишнього середовища, а також оцінена сировинна база матеріалів, джерела водопостачання.

Згідно з діючими положеннями для прискорення промислового освоєння родо-вищ до­зволяється виконувати проектно-пошукові роботи з будівництва промисло-вих об'єктів та споруд, а також складати TCP і проекти ДПЕ на базі оперативного приросту запасів; за­тверджувати проектно-кошторисну документацію та вводити в розробку за згодою держав­ного органу із запасів родовища нафти з видобувними запасами до 30 млн.т, або родовища газу із запасами до 30 млрд.м³ терміном до 5 років на базі оперативних запасів з наступним їх затвердженням. Якщо через 5 ро-ків їх запаси не перевищують 1 млн.т нафти або 3 млрд.м³ газу, то вони не затверд-жуються; родовища з запасами нафти до 1 млн.т або газу до 3 млрд.м³ вводяться в розробку без затвердження; за погодженням із державним органом із запасів і Держгіртехнаглядом родовища нафти і газу в акваторіях вводяться в розробку терміном до 5 років на базі оперативних запасів з подальшим затвердженням.

Основні принципи розвідки родовищ нафти і газу. Одним із головних принци-пів про­ведення розвідувальних робіт є забезпечення їх максимальної ефективності, тобто підготовка запасів з достатньою достовірністю та з мінімальними- витратами коштів і часу. Виходячи з теоретичних і методичних положень, а також з практик-ного досвіду, можна виділити чотири основні принципи розвідки: принцип раціо-нальної повноти досліджень родовища і окремого покладу, що визначає цільове призначення розвідки: чим повніша і більш глибока вивченість, тим більша частка запасів буде переведена в розряд високих про­мислових категорій; принцип послі-довних наближень у вивченні скупчень нафти і газу, що відображає етапність по-шуково-розвідувальних робіт; принцип відносної рівномірності (рівномірної дос-товірності) у вивченні родовищ або окремих покладів, що е головним при виборі системи розміщення, яка дає змогу одержати максимум геологічної інформації при мінімальній кількості свердловин; принцип найменших витрат часу, трудових та ма­теріальних ресурсів, що визначає необхідність ведення розвідувальних робіт при наймен­ших витратах коштів і часу.

Таким чином, система розвідки передбачає таку кількість свердловин і послідов-ність їх розбурювання, внаслідок яких буде одержана інформація, необхідна та достатня для оцінки, а потім і підрахунку запасів по промислових категоріях та підготовки покладу до розробки. Раціональною системою розміщення свердловин вважається та, що орієнтована на відносно рівномірне вивчення об'єкта не тільки за площею, але й за

об'ємом незалежно від його розмірів, особливостей геологічної будови і фазового стану вуглеводнів.

Залежно від послідовності буріння свердловин розрізняють дві системи розвідки - по­взучу та згущуючу (ущільнюючу). Повзуча система розвідки передбачає поступове охоп­лення об'єкта бурінням та проектної щільності сітки від вивченої частини до невивченої з відстанню між свердловинами, що потребує наступного ущільнення. Система застосо­вується в основному при розвідці покладів неантиклінального типу. При цій системі розвідки зменшується ризик буріння непродуктивних свердловин, але збільшуються стро­ки проведення робіт. Згущуюча система розвідки передбачає поетапне ущільнення сітки свердловин До проектного розміру, тобто на початковій стадії робіт свердловини заклада­ються з великими відстанями між ними, створюючи рідку сітку, а потім відстані між сверд­ловинами скорочуються для створення нової більш щільної сітки. Система застосовується в основному при вивченні покладів склепінного типу. Вона забезпечує високі темпи нарощу­вання запасів, але в той же час зростає ризик буріння законтурних та малоінформативних приконтурних свердловин, особливо при складній конфігурації контурів нафтогазонос­ності. Обидві системи розвідки залежно від конкретних геологічних умов реалізуються че­рез три основних системи розташування розвідувальних свердловин - профільну, трикутну та кільцеву.

Для багатопластових родовищ в конкретній геологічній обстановці використовують дві системи розвідки: зверху вниз та знизу вверх. Розвідка таких родовищ ведеться окремими поверхами - частинами розрізу родовища, що вміщують декілька нафто- або газоносних горизонтів, згрупованих для розвідки за допомогою самостійної сітки свердловин. При виділенні поверхів розвідки доцільно групувати поклади так, щоб нижнім (базисним) в по­версі був найбільший за площею і запасами поклад. Це забезпечує першочергову розвідку найбільш продуктивних нафтогазоносних пластів та високі темпи приросту запасів. При виборі поверхів розвідки в першу чергу враховуються діапазон нафтогазоносності та особ­ливості поєднання в розрізі різних покладів. З огляду на це можна виділити три типи родо­вищ:

1. Родовища з близьким розташуванням невеликої кількості покладів. В таких родови­щах один поверх, тобто розвідка, ведеться за допомогою однієї сітки свердловин.

2. Родовища, де окремі поклади, або невеликі групи близько розташованих покладів відділені від інших груп покладів значними проміжними товщами. В цьому випадку кількість поверхів визначається за кількістю продуктивних пачок.

3. Родовища, які мають значний діапазон нафтогазоносності (сотні метрів), де зосеред-жена'велика кількість покладів, що чергуються з проміжними товщами малої товщини. На таких родовищах виділення поверхів розвідки ускладнюється, і їх треба пов'язувати з на­ступним виділенням експлуатаційних об'єктів.

При виборі поверхів розвідки треба враховувати також типи покладів і типи колек­торів, наявність аномальних пластових тисків, умови буріння свердловин та ін. Виділені на багатопластових родовищах поверхи можуть розвідуватись як одночасно, так і послідовно з різною черговістю, що визначається техніко-економічними умовами.

Розміщення пошукових і розвідувальних свердловин. Значна різноманітність гео­логічної будови нафтогазоносних об'єктів вимагає використання різних систем розміщення пошукових та розвідувальних свердловин.

При розміщенні пошукових свердловин в першу чергу враховують тип, ступінь вивче­ності та складність геологічної будови пастки. При цьому одиночні пошукові свердловини, як правило, закладають на склепінні брахіантиклінальних і куполовидних структур, а та­кож на припіднятих блоках тектонічно розбитих структур. Дві пошукові свердловини частіше всього розміщують на малоамплітудних структурах, які характеризуються не-

суміщенням структурних планів за розрізом. Три пошукові свердловини бурять на ви­тягнутих антиклінальних складках та при пошуках покладів в пастках неантиклі-нального типу.

Системи розміщення розвідувальних свердловин залежать від типів пастки, природно­го резервуара і типу покладів, складності їх геологічної будови і фазового стану вуглеводнів. При розвідці покладів на стадії їх оцінки в пластових резерву-арах найбільш часто викори­стовуються системи "крок пошукового буріння", за показником питомої ваги покладу, за методами "критичного напрямку", різноокі-єнтованих профілів та ін. При оцінці покладів в масивних резервуарах добре себе зарекомендували такі системи розміщення розвідувальних свердловин, як профі-льна, кільцева, кущове буріння та ін. В літологічних резервуарах оцінка покладів ведеться за трикутною і радіально-профільною системами і методами "клина". На стадії підготовки покладів до промислового освоєння використову­ються, головним чином, три системи розміщення розвідувальних свердловин - трикутна, кільцева та профільна. Нижче коротко розглядаються найбільш поширені системи розміщення пошукових та розвідувальних свердловин.

1. Закладання пошукових свердловин на склепінні складки. Ця система перед-бачає за­кладання однієї пошукової свердловини на склепінні складки (рис.2.1, а). Якщо складка має дещо витягнену форму і розріз її недостатньо вивчений, то закладаються дві пошукові свердловини на повздовжньому профілі (рис.2.1, б).

2. Закладання пошукових свердловин на тектонічно розбитих структурах. В таких структурах можлива наявність двох самостійних покладів, які екрановані скидами або підкидами. Якщо поклади екрановані підкидами, то першу свердловину розміщують на перерізі осі складки і лінії, що проходить між проекціями слідів перетину розриву з пла­стом у підкинутій та скинутій частинах. Крім того, по одній пошуковій свердловині в кожному блоці закладають в межах замкнутої ізогіпси (рис.2.1,е.). Якщо поклади екра­новані скидами, то закладають по одній свердловині по обидва боки проекції перетину ски­ду з пластом в обох блоках та по одній свердловині на периклінальних закінченнях (рис.2.1, г).

3. Закладання пошукових свердловин в "принциповому напрямку". Метод застосо­вується при пошуках покладів в асиметричних антиклінальних складках, які характеризу­ються неспівпаданням структурних пластів по різних горизонтах і де склепіння зміщується в сторону пологого крила. На таких структурах першу свердловину розміщують в Склепінній частині, а другу на більш пологому крилі, тобто в напрямку можливого зміщення, який називають "принциповим" (рис.2.1, д).

4. Закладання пошукових свердловин в "критичному напрямку". Даний метод вико­ристовується при пошуках покладів нафти і газу в малоамплітудних та багато-купольних підняттях. Для малоамплітудного підняття "критичним напрямком" є дільниця найменше вираженого замкнення пастки. В цьому випадку першу смерд-ловину бурять на склепінні, а другу — на крилі, що розкривається в бік підняття пластів (рис.2.1 ,е). На багатокупольно­му піднятті виділяють два "критичних нап-рямки" - "зона повного заповнення всіх куполів" і "зона максимального заповнення пастки". При пошуках покладів у таких підняттях пер­шу свердловину закладають на найбільшому і гіпсометрично найвищому куполі. Другу - в міжкупольній зоні, тобто в першому "критичному напрямку". При позитивних результа­тах третя свер-дловина закладається в другому "критичному напрямку", за який прий­мається дільниця розкриття пастки в межах ізогіпси, що охоплює все підняття (рис.2.1,є). Якщо друга свердловина виявиться законтурною, то пошуки ведуть на кож­ному куполі окремо.

5. Закладання пошукових свердловин на поперечному профілі. Метод рекомендується при пошуках покладів нафти і газу в антиклінальних структурах, а також в пастках стра­тиграфічного і літологічного типів і зводиться до закладання трьох свердловин навхрест

 

 

Рис.2.1. Схеми розміщення пошукових та розвідувальних свердловин на антиклінальних пастках

 

 

простягання порід (рис.2.1,ж). Цей метод не застосовується на вузьких, лінійно витягну­тих складках, а також в умовах невеликого коефіцієнта заповнення пастки.

6. Закладання пошукових свердловин на повздовжньому профілі. Метод застосовується на витягнутих антиклінальних складках, у яких перегин пластів по довгій осі мало вираже­ний і можливе зміщення склепіння в бік перикліналі. Свердловини розміщують по принци­пу "перикліналь-склепіння-перикліналь" (рис.2.1,з).

7. Закладання пошукових свердловин на діагональному профілі. Метод використо­вується при пошуках покладів нафти і газу в вузьких, лінійно витягнутих складках, для яких характерне зміщення в бік будь-якого крила чи перикліналі. Метод передбачає закла­дання трьох свердловин, які розміщуються по діагональному профілю (рис. 2. 1,й).

8. Закладання пошукових свердловин трикутником. Метод передбачає закладання трьох свердловин за принципом склепіння-крило-перикліналь і рекомендується при пошу­ках покладів, що приурочені до значних структур правильної форми, крім того, він засто­совується на літологічне обмежених покладах (рис.2.1, і).

9. Закладання свердловин за системою "хреста". Метод передбачає закладання п'яти свердловин на двох взаємно перпендикулярних профілях, що перетинаються на склепінні. Він дає змогу відкрити поклад та дати оцінку його промислового значення. В цьому випад­ку свердловини розміщуються переважно на різних гіпсометричних рівнях - по одній на склепінні, на крилах і на перикліналях. Метод використовується на структурах різних типів, крім асиметричних та вузьких, лінійно витягнутих (рис.2.1, й).

10. Закладання багатостовбурних свердловин. За допомогою цього методу здійснюються пошуки та оцінюється промислове значення покладів, приурочених до ри-фогенних масивів, невеликих структур складної конфігурації, резервуарів з різко мінливим літологічним складом та при роботах на акваторіях (рис. 2.1, к).

11. Закладання свердловин за системою "крок пошукового буріння". Метод забезпе­чує надійну поетапну розвідку покладів і виключає пропуск водонафтового, або водо га­зового контакту. Він зводиться до того, що кожна наступна свердловина закладається на нижній відмітці, з якої одержано приплив нафти чи газу в попередній свердловині (рис.2.1, л).

12. Закладання свердловин за системою радіальних профілів. Система вико-ристо­вується для пошуків, оцінки та розробки покладів, пов'язаних з антикліналь-ними структу­рами, що ускладнені діапіризмом та вулканізмом. Свердловини розміщують від діапіра (вулкана) в напрямку периферії складки (рис.2.1, м).

13. Закладання свердловин за системою поперечних профілів. Ця система універсальна і застосовується при розвідці покладів в пастках будь-якого типу. Здебільшого профілі орієнтуються навхрест простягання порід. Відстані між профілями і свердловинами можуть бути однаковими і різними (рис.2.1,к).

14. Трикутна система розміщення розвідувальних свердловин. Ця система застосо­вується при розвідці покладів різних типів і зводиться до закладання нової розвідувальної свердловини у вершиш рівностороннього трикутника, у дві інші вершини, що уже дали приплив нафти або газу (рис.2.1, о).

15. Кільцева система передбачає розміщення розвідувальних свердловин кільцевими рядами послідовно за падінням пластів від центра до периферії і застосовується при окон-турюванні покладів нафти, приурочених до широких пологих структур ізометричної фор­ми (рис.2.1, п).

16. Закладання розвідувальних свердловин за методом "клина". Метод рекомендує-ться при розвідці покладів літологічного типу, що мають рукавоподібну форму, тобто приуроче­них до русел палеорік та барів. Метод зводиться до того, що після виявлення покладу пер­пендикулярно до ймовірного положення його осі по обидва боки від свердловини, що дала приплив, для уточнення положення осі покладу закладаються ще дві свердловини. Потім з

 

врахуванням цих даних закладається четверта свердловина на осі покладу вниз по падінню продуктивних відкладів. Залежно від результатів буріння останньої свердловини навхрест простягання осі покладу закладаються наступні дві свердловини, тобто послідовно наро­щується площа (рис.2.1, р).

Визначення раціональної кількості свердловин та відстаней між ними. Єдиної мето­дики розрахунку оптимальної кількості свердловин для підготовки об'єкта до розробки не­має. Переважно кількість свердловин і раціональне їх розташування визначається прийня­тими відстанями між ними, які на практиці вибирають з врахуванням нагромадженого досвіду робіт.

Більш достовірно відстані між свердловинами та між профілями можна визначити, як­що врахувати чисельні параметри самого покладу, виходячи з площі еліпсовидної чи напівеліпсовидної форми. Для цього можна використати формули

 

 

де — відстані від свердловини, що знаходиться на склепінні, до проектної свердловини відповідно на крилі та перикліналі; s — площа структури; — коефіцієнт запов­нення пастки; — коротка та довга напівосі структури.

При визначенні оптимальної кількості свердловин необхідно також враховувати геолого-економічну ефективність розвідки, тобто умови, при яких зберігається економічна доцільність проведення робіт:

 

 

де g — мінімальна геолого-економічна ефективність пошуково-розвідувального буріння, яка розраховується за фактичними даними або приймається за показниками "замикаю­чого родовища", тобто родовища, що уведене в розробку в даному районі з найгіршими показниками; Q — потенціальні запаси родовища; М — сумарний пошуковий та розвідувальний метраж.

При бурінні на родовищі Р пошукових і розвідувальних свердловин на середню глиби­ну Я сумарний їх метраж буде

М = РН.

Отже, максимально допустима кількість пошукових і розвідувальних свердловин на родовищі, при якій його розвідка ще рентабельна, становитиме

 

Це співвідношення визначає верхню межу кількості свердловин, а фактично їх може бути менше, виходячи з конкретних особливостей об'єкта.