Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Лукьянов Э. E., Стрельченко В. В.

Для увеличения запасов и добычи нефти и газа необходим суще­ственный рост темпов разведки новых нефтяных и газовых ме­сторождений, повышение эффективности геологоразведочных работ, ускоренное разбуривание вводимых в разработку место­рождений при резком повышении технико-экономических и ка­чественных показателей буровых работ.

Важнейшим резервом в реализации этой задачи является раз­витие и внедрение в практику геологоразведочных работ про­грессивного направления промысловой геофизики — геолого­технологических исследований (ГТИ) в процессе бурения.

ГТИ в процессе бурения в отличие от традиционных методов геофизических исследований скважин (ГИС) проводятся непо­средственно в процессе бурения скважины, без простоя буровой бригады и бурового оборудования. Они способны решать ком­плекс геологических и технологических задач, направленных на оперативное выделение в разрезе бурящейся скважины перспек­тивных на нефть и газ пластов-коллекторов* изучение их фильт­рационно-емкостных характеристик р характера насыщения, оп­тимизацию отбора керна,.»экспрессного опробования и изучения методами ГИС выделенных объектов,/обеспечения безаварий­ной проводки скважин и оптимизацию режима бурения с целью достижения оптимальных технико-экономических показателей процесса бурения. Эти особенности ГТИ делают их весьма пер­спективным направлением промысловой геофизики, способным существенно улучшить геологическую и экономическую эффек­тивность буровых работ на нефть и газ.

Комплексное изучение влияния процесса разбуривания горных пород на естественные физические поля (электрические, тепло­вые, геохимические, гидродинамические) в околоскважинном про­странстве с учетом возникающих при этом искусственных физиче­ских полей (виброакустических, гидродинамических, геохимиче­ских и др.) позволяет по-новому подойти к буровой скважине как объекту исследований и управления, используя наборы (комплек­сы) параметров, изучаемых в процессе бурения для зондирования исследуемого разреза, а полученную информацию — для оптималь­ного управления процессом углубления скважины.

Первоначально опробованные и внедренные под руководством одного из авторов в Западной Сибири, сегодня ГТИ широко исполь­зуются во многих районах страны в организациях нефтяной и газо­вой промышленности, а позже — и в геологических организациях.

Данные наблюдений за параметрами бурового процесса с це­лью получения оперативной информации о геологическом раз­резе скважин используются уже давно.

Впервые идея об использовании газов, содержащихся в буро­вом растворе при бурении скважин, для выявления нефтегазона — сыщенности разреза была высказана в 1933 г. В. А. Соколовым и М. В. Абрамовичем.

Промысловые исследования в этом направлении были проведе­ны путем анализа газов в эпизодически отбираемых пробах раствора в 1934 г. М. Н. Бальзамовым под руководством В. А. Соколова.

В 1935—36 гг. Г. А. Могилевским впервые была проведена газометрия по керну, а в 1938—39 гг. им же проведены газомет­рические исследования по буровому раствору с непрерывным выделением газа.

В 1933—36 гг. советские геологи-нефтяники (П. И. Левуцкий и др.) применили для исследования геологических разрезов ме­тод измерения продолжительности бурения (механический ка­ротаж), а в 1938 г. В. Н. Дахнов предложил автоматический при­бор и разработал методику регистрации продолжительности про­ходки при бурении, существенно дополнившую данные, полу­чаемые при проведении газометрии.

В 1938—1941 гг. по предложению К. П. Фроловской и других российских специалистов были осуществлены исследования сква­жин люминесцентно-битуминологическим методом (люминес­центный каротаж).

В 1939—1941 гг. серьезные работы по созданию и опробова­нию приборов для анализа газа проводились под руководством В. А. Соколова в Московском нефтяном институте.

Сообщение об использовании газового каротажа скважин в США относится к 1938 г. (И. Хайвард). Широкое развитие газо — метрии в СССР началось в 1941 г. после создания специализиро­ванной конторы — «Нефтегазосъемка».

В 1949 г. появились первые полуавтоматические газокаро­тажные станции, из которых наиболее массовой была стан­ция ГКС-3 (ВНИИгеофизика — завод «Нефтеприбор»), ко­торой оснащалась в 50-е годы широко создаваемая служба газового каротажа.

Существенный качественный скачок газовый каротаж при­терпел с внедрением в практику работ газовой хроматографии, разработанной в 1951 —55 гг. В. А. Соколовым, А. М. Туркель — таубом и В. А. Жуховицким. На основе этих работ были сущест­венно улучшены теория и методика газового каротажа, разрабо­таны и выпущены автоматические газокаротажные станции (АГКС-55/59, АГКС-65, АГКС-4АЦ), большая роль по созданию которых принадлежит Л. И. Померанцу, Г. И. Эпштейну, В. В. Владимирову и др.

Кроме вышеперечисленных исследователей, в развитие тео­рии, методики измерений, интерпретации данных газового ка­ротажа, каротажа по шламу и создание аппаратуры значитель­ный вклад внесли отечественные исследователи Ю. М. Юров­ский, А. М. Левит, К. Н. Соколова, П. А. Левшунов, Л. М. Че — калин, О. А. Черемисинов, В. М. Кузьмин, В. В. Масюков, Л. А. Гал-кин, Г. Г. Григорьев, Б. П. Ясенев, А. М. Мелик-Шахназа­ров, А. С. Моисеенко, В. Д. Неретин, Я. Р. Белорай, И. Г. Мель­ников, В. В. Стрельченко и многие другие.

Переход от газового каротажа к ГТИ характеризуется попыт­кой расширить комплекс геохимических исследований в про­цессе бурения путем введения дополнительных датчиков техно­логических параметров и свойств промывочной жидкости (ПЖ), большинство из которых было опробовано в промысловых усло­виях к 1968 году [52].

В 1968 году в тресте «Тюменнефтегеофизика» была создана опытно-методическая партия, которая в период 1968—1971 гг. под руководством Э. Е. Лукьянова решала вопросы получения геоло — го-технологической информации в процессе бурения с помощью методов промысловой геофизики. В этот период создана аппара­тура для получения новой информации в процессе бурения (стан­ция контроля параметров бурения АСПБ), прошли промысло­вую проверку новые методы исследования скважин в процессе бурения: детальный механический каротаж (ДМК), фильтраци­онный каротаж (ФК), каротаж по давлению (КД), позволяющие получить дополнительную геологическую информацию. В резуль­тате опытно-методических работ была показана высокая техни­ко-экономическая эффективность применения станции АСПБ для оперативного управления процессом бурения. Разработан­ные методики рациональной отработки долот позволили под­нять проходку на долото в 1,5 раза с одновременным увеличени­ем скорости бурения.

Комплексом работ 1968—1971 гг. была убедительно показа­на необходимость создания при промыслово-геофизических предприятиях специализированной службы контроля парамет­ров технологии бурения, совмещенной с газокаротажными ис­следованиями.

В начале 1972 года приказом по Главтюменнефтегазу такая служба впервые в стране была создана при Мегионской про­мыслово-геофизической конторе. Первым начальником пар­тии контроля параметров процесса бурения был назначен Л. Я. Цыглеев. Этим было положено начало производствен­ным геолого-технологическим исследованиям в процессе бу­рения в Западной Сибири.

"’■’"Большую поддержку в становлении службы ГТИ в Западной Сибири оказало руководство Главтюменнефгегаза (В. И. Мурав — ленко, М. Н. Сафиуллин, Ю. Б. Файн), треста «Тюменнефтегео- физика» (И. М. Довгополюк) и Главнефтегеофизики (Н. А. Савостьянов, А. А. Мухер).

Период 1972—1976 гг. характеризуется увеличением объемов работ по ГТИ, созданием производственных партий в других пред­приятиях треста «Тюменнефтегеофизика», совершенствованием техники и методики проведения работ, оказанием технико-ме — тодической помощи ряду трестов Управления промысловой и полевой геофизики Миннефтепрома («Саратовнефтегеофизика», «Пермнефтегеофизика», «Коминефтегеофизика» и др.), что спо­собствовало развитию этих работ в других районах страны.

На основе обобщения полученных за этот период материалов были созданы технико-методические пособия для работников службы ГТИ Западной Сибири [23, 24].

Ключевым моментом в постановке проблемы создания служ­бы геолого-технологических исследований в масштабе страны послужило «Объединенное заседание секций геологии, нефте­промысловой и полевой геофизики, бурения нефтяных и газо­вых скважин НТС Миннефтепрома и НТО «Горное», проходив­шее 21—24 апреля 1975 года в г. Грозном.

В работу по созданию технико-методических средств ГТИ включились институты ВНИИнефтепромгеофизика, ВНИИгео — физика, ВНИИКАиефтегаз, Андижанское СГТКБ ВО Союзнеф — теавтоматика, ЦГЭ Главнефтегеофизики Миннефтепрома и ряд производственных геофизических трестов.

В 1975 г. институтами ВНИИНПГ, ВНИИ5Т, трестами «Тю — меннефтегеофизика» и «Саратовнефтегеофизика» были разрабо­таны совместные технические требования на автоматизирован­ную систему сбора и обработки технологической и геолого-гео — физической информации в процессе бурения скважин и намече­ны этапы НИР и ОКР на период 1975—1980 гг. К этой же работе было привлечено Андижанское СПКБ с целью разработки комплекса приборов контроля технологических параметров про­цесса бурения Б-7 (Б-11) и целого ряда приборов для отбора, дегазации и анализа шлама (совместно с трестом «Саратовнеф­тегеофизика»).

В 1978 г. ЦГЭ «Главнефтегеофизики» (Ю. И. Островский) и трестом «Саратовнефтегеофизика» (Л. М. Чекалин, А. И. Толчин- ский, Б. А. Головин и др.) разработаны технические требования на дооборудование газокаротажной станции аппаратурой для тех­нологического и геологического контроля в процессе бурения, получившей шифр «Старт-1». Аппаратура эта некоторое время выпускалась Саратовским опытным заводом «Сейсмоаппарат» для оснащения производственных партий ГТИ.

В 1978 г. «Главтюменнефтегазом» (В. М. Шенбергер), трестом «Тюменнефтегеофизика» (Э. Е. Лукьянов, Л. Я. Цыглеев) и ин­ститутом ВНИИНПГ (В. В. Лаптев, Б. Н. Славнитский) было составлено техническое задание на опытно-конструкторскую разработку передвижной лаборатории в процессе бурения сква­жин — «Геотест-1», необходимость в которой возникла в связи с дальнейшим развитием службы ГТИ в системе «Главтюменнеф — тегаза» и заменой станций АСПБ-1 на более совершенные.

Техническая документация на «Геотест-1» была разработана ВНИИНПГ (Б. Н. Славнитский, В. Н. Марков), серийный вы­пуск осуществлялся на СОЗ «Сейсмоаппарат» с 1981 по 1986 год.

Положительную роль на развитие ГТИ сыграло создание в 1976 году в системе треста «Тюменнефтегеофизика» Самотлор — ской специализированной экспедиции, руководимой до 1981 г.

Э. Е. Лукьяновым, а с 1981 г. В. Ф. Антроповым. Экспедиция была опорной базой для наращивания объемов ГТИ в Западной Си­бири, здесь осуществляется подготовка кадров, изготовление пер­вичных преобразователей, станций АСПБ-1, АСПБ-2, АСПБ-3;

подготовка методических рекомендаций и их промысловое оп­робование; оказание помощи производственным организациям управления «Запсибнефтегеофизика» и «Главнефтегеофизики» МНП, а также организациям Мингео СССР; опробование новых технических средств ГТИ, выпускаемых промышленностью (пер­вичные преобразователи СКУБ, станции СГТ-1, газоанализато­ры ГИАМ-5М, уровнемеры ЭХО-За и др.).

В 80-е годы разработка отдельных перспективных направле­ний ГТИ ведется в ГАНГ им. И. М. Губкина (инфракрасные ин­формационно-измерительные системы и методы изучения керна и шлама — А. М. Мелик-Шахназаров, А. С. Моисеенко, Л. С. Лаш — кевич, И. Г. Мельников, В. В. Стрельченко) [68, 94, 106, 153]; во ВНИИгеоинформсистем (сейсмоакустические наблюдения в про­цессе бурения — О. Л. Кузнецов, В. Н. Рукавицин) [72, 100, 132], (исследование свойств горных пород и пластовых флюидов ме­тодами ЯМР и нейтронно-активационного анализа — Ю. С. Ши — мелевич, В. Ф. Горбунов, В. Д. Неретин, Я. Л. Белорай) [12, 108]; ВНИИНПГ (технология комплексного изучения разрезов сква­жин — В. В. Лаптев, М. Г. Адлер, П. П. Муравьев и др.) [77, 161]; СПКБ БАВПО «Союзгеотехника» (система САОБ, програм-мно — алгоритмическое обеспечение систем ГТИ — Л. Г. Шраго, Э. Г. Карапетян, В. И. Дмитриев и др.) [113, 125, 150]; ЗапсиббурНИ — ПИ и НПО «Промавтоматика» (станция сбора и обработки геоло — го-технологической информации «Гелиус»— А. И. Та-расов, К. Б. Тимофеев, Е. А. Киселев, А. А. Симонов) [147] и в ряде других организаций.

Проблемами ГТИ с 1983 г. успешно занимается Нижневар­товский отдел Тюменского СКТБ управления «Запсибнефтегео­физика» (В. Г. Горожанкин, А. В. Барычев, Ю. П. Смышляев, В. Г. Трифонов, А. В. Мосин, В. Г. Тимченко), разработавший целый ряд технических средств ГТИ [6, 123, 162].

Большие работы по получению геологической информации в процессе бурения на основе экспрессного исследования образ­цов керна и шлама, образцов, отобранных сверлящим керноот — борником велись в трестах «Саратовнефтегеофизика» (Л. М. Че — калин, А. И. Толчинский, Б. А. Головин) и «Татнефтегеофизика» (В. М. Кузьмин и др.), в МГУ (Ю. А. Горбачев, Б. А. Никулин), во ВНИГИК (Л. И. Орлов и др.) [34, 35, 36, 115].

В НПО «Союзпромгеофизика» проведена разработка комплек­са «Разрез», представляющего собой совмещение компьютеризи­рованной ИИС ГТИ с компьютеризированной каротажной стан­цией (Э. Е. Лукьянов, С. Н. Шерстнев, Ю. П. Быстров и др.).

Заводами Минприбора был освоен серийный выпуск техни­ческих средств ГТИ (станции СГТ, комплекты первичных пре­образователей СКУБ, СКУБ-М, информационно-управляющие комплексы КИУ).

В Центральной геофизической экспедиции треста «Саратов — нефтегеофизика» была начата подготовка кадров ГТИ для тре­стов Главнефтегеофизики МНП, для Мингео СССР подготовка кадров для ГТИ велась силами специалистов ВНИГИКчерез ИПК Мингео СССР.

Потребности технологии бурения и необходимость оператив­ного решения геологических задач привели к созданию в конце 60-х начале 70-х годов в ряде зарубежных стран (США, Франция, ФРГ) сложных приборных комплексов, оперирующих набором тех­нологических и геолого-геофизических параметров. Опыт работы ведущих фирм по геолого-технологическому контролю показал, что наибольшую эффективность при бурении глубоких поиско­вых, разведочных, опорно-технологических и эксплуатационных скважин в сложных геологических условиях имеют информаци­онные скважинные системы, позволяющие одновременно изме­рять, регистрировать и анализировать технологические парамет­ры режимов бурения и промывки, параметры промывочной жид­кости, шлама, керна и пластового флюида [133, 183, 184, 185].

Созданием и эксплуатацией автоматизированных систем сбо­ра и обработки геологической и геолого-геофизической инфор­мации в процессе бурения скважин занимаются многие зарубеж­ные фирмы. К настоящему времени в США, Франции, ФРГ и других странах находится в эксплуатации несколько сот инфор­мационно-измерительных систем (ИИС) различной сложности, обеспечивающих поисковое, разведочное и эксплуатационное бу­рение на суше и на море.

Наиболее распространенными зарубежными автоматизирован­ными информационными скважинными системами являются системы фирмы «Геосервис» (Франция), «ИНТЕГ»—«Бейкер Хьюз» (США), «Дейталог» (Канада), «Халибертон», «Геодейта» (ФРГ), «Мартин Деккер-Тотко» (США), «БАРОИД» (США) и целый ряд других [158, 183, 184 и др.]. Системы имеют различ­ную степень сложности и свой подход к решению поставленных задач, но объединены общими целями — оптимальная проводка скважин и получение наиболее полной геологической информа­ции о вскрываемых пластах.

В последнее время (с конца 70-х голов’! по причине унепиуе — ния объемов наклонно-направленного

ния на море и на суше в ряде зарубежных стран (США, Фран­ции и др.) началась интенсивная разработка систем скважин­ных измерений в процессе бурения в реальном времени (MWD и LWD-систем), включающих в себя дополнительно к комплексу наземных параметров (до 24) комплекс глубинных параметров (параметры траектории ствола скважины, практически полный комплекс геофизических исследований скважин, температура на забое скважины, крутящий момент на долоте, нагрузка на долото и др.), получаемых с помощью телесистемы, скомпоно­ванной в буровом инструменте и передающей данные непре­рывно на дневную поверхность по беспроводному каналу связи [133, 184, 188]. Наибольших успехов в этом направлении дос­тигли фирмы «Анадрил Шлюмберже», «Сперри-Сан», «Бейкер Хьюз» и «Халибертон» (США), «Геосервис» (Франция), эксплуа­тирующие сотни сложных систем, оснащенных бортовыми вы­числительными средствами [184, 185]. В России первые теле­системы для контроля параметров траектории ствола наклон­но-направленной скважины разрабатываются во ВНИИГИС, ВНИИНПГ и Томском СКТБ [55, 79].

С 1984 года по инициативе и под руководством Э. Е. Лукья­нова в Западной Сибири проводится промышленный эксперимент по закреплению за передовыми буровыми бригадами, имеющими годовую выработку более 60—80 тыс. метров, комплексных каро­тажно-технологических партий, выполняющих все виды промы­слово-геофизических исследований в бурящейся скважине (вклю­чая ГТИ) и находящихся на буровой постоянно с обеспечением круглосуточного бесперебойного дежурства. Партии оснащены комплексными каротажно-технологическими лабораториями, раз­работанными и изготовленными в управлении «Запсибнефтегео — физика» (а с 1986 года — и на заводе «Сейсмоаппарат»), каротаж­ными подъемниками и комплектом скважинной аппаратуры. Та­кая организационно-технологическая форма промыслово-геофи­зического обеспечения скоростного эксплуатационного бурения позволяет поднять выработку на одного линейного работника на 150%, снижает стоимость метра исследования, повышает качест­во и полноту геофизического материала и существенно повышает качество построенных скважин и технико-экономические пока­затели буровых работ [29, 134, 143].

Новая организационно-технологическая форма является про­образом будущей службы информационного геолого-техноло — гического обеспечения буровых работ. Для задач непрерывного управления траекторией наклонно-направленной скважины в комплексных каротажно-технологических партиях проходят ис­пытания телеметрические забойные системы ЗИС-4 (ВНИИ — ГИС) и ЗИТ-1 (ВНИИНПГ), для поисково-разведочных работ успешно отрабатывается методика комплексного использова­ния станций ГТИ совместно с испытателями пластов на трубах (ИПТ) [77, 121].

С целью реализации принципиально новых возможностей про­мысловой геофизики на новом уровне ее развития управлением «Запсибнефтегеофизика» совместно с ВНИИНПГ и Саратовским СКВ СП была начата разработка компьютеризированной каро­тажно-технологической лаборатории ЛКТ-4К «Сибирь», серий­ный выпуск был освоен на заводе «Сейсмоаппарат» с 1989 года; управлением «Запсибнефтегеофизика» и комбинатом «Гамма» (ВНР) разработан программно-управляемый стационарный ка­ротажный подъемнике электроприводом (СКПЭ); институтами ВНИГИК, ВНИИНПГ и НИИГИ разработана агрегатированная система скважинных геофизических приборов.

Новая форма промыслово-геофизического обеспечения бу­ровых работ в полной мере может быть рекомендована и для условий поисково-разведочного бурения, где ее геолого-эко — номическая эффективность может быть значительно выше. Именно с этой целью в НПО «Союзпромгеофизика» совмест­но с рядом других организаций проводилась разработка ком­плекса «Разрез».

"’ Период 90-х годов характеризуется увеличением объемов бу­рения горизонтальных скважин (ГС), при исследовании кото­рых роль ГТИ многократно возрастает, а также резко возросши­ми возможностями элементной базы, вычислительной техники и программно-методического обеспечения.

Эти обстоятельства обусловливают новый этап развития ГТИ — существенное расширение возможностей ИИС ГТИ за счет компьютеризации и увеличения на этой основе количества решаемых задач как в области получения новой геологической информации, так и в области технологии и автоматизации про­цесса бурения.

Комментарии запрещены.