Определение зон совместимых условий бурения
Выделение в геологическом разрезе зон с совместимыми условиями бурения является главным этапом в проектировании буровой скважины. Зоны с несовместимыми условиями бурения считаются таковыми в случае, если при выходе из зоны I в зону II в последней возникнут или поглощения бурового раствора или проявления неустойчивости горных пород или нефтеводогазопроявления. Для предотвращения осложнения необходимо изменение плотности промывочной жидкости, для того, чтобы продолжать бурение в зоне II с буровым раствором с измененной плотностью и не допустить осложнений в зоне I, ее необходимо изолировать от других зон спуском обсадной колонны и ее цементированием. Граница раздела зон I и II является глубиной установки башмака обсадной колонны.
Выделение зон с совместимыми условиями бурения производится построением совмещенного графика давлений пластового и гидроразрыва пород в координатах глубина - эквивалент градиента давлений. Для определения эквивалента градиентов давлений необходимо величину давления разделить на давление столба пресной воды такой же высоты.
Пример. Используя исходные данные по литологической характеристике разреза, осложнениям (рис.1), величинам пластовых давлений и давлений гидроразрыва пластов (давления поглощения раствора) (табл. 1) построить совмещенный график давлений, определив зоны несовместимых условии бурения, плотность бурового раствора и глубины спуска обсадных колонн [18].
Таблица 1 – Исходные данные для расчётов.
| Глубина, м | Пластовое давление, МПа | Давление гидроразрыва (давление поглощения), МПа | Глубина, м | Пластовое давление. МПа | Давление гидроразрыва (давление поглощения), МПа |
| - | 4,0 | 33,0 | 59,5 (45,5) | ||
| 6,0 | 11,0 | 40,0 | 80,0 | ||
| - | 20,0 | - | 71,0 (60,0) | ||
| 13.0 | 23,5 (18,0) | 49,5 | 105,0 | ||
| 17,0 | 30,8 | 72,0 | 110,0 | ||
| 24,0 | 40,0 | 78,0 | 125,0 | ||
| 36,5 | 57,0 | 82,5 | 122,0 (112,0) |
Определение зон несовместимых условий бурения производится в следующем порядке. Выделение интервалов геологического разреза по пластовым давлениям. По нашим данным в разрезе 8 интервалов (табл. 2).
Таблица 2 - Выделение интервалов геологического разреза по пластовым давлениям
| Номер интервала | ||||||||
| Интервал по глубине, м | 0-1300 | 1300-1750 | 1750-2700 | 2700-3490 | 3490-3550 | 3550-4300 | 4300-4620 | 4620-5500 |
| Пластовое давление, МПа | 6,0-13,0 | 17,0 | 24,0 | 36,5 | 33,0 | 40,0 | 49,5 | 72,0-82,5 |
Определяем значение эквивалентов градиентов пластовых давлений для каждого интервала по формуле Рпл = 0,01 × Н, где Н - глубина.
Интервал 1 - 13,0/(0,01 × 1300) = 1,0.
Соответственно для интервалов 2-8 получаем: 1,04; 1,14; 1,22; 0,94; 1,0; 1,1; 1,49. По этим данным строится график изменения эквивалентов градиентов пластовых давлений по глубине. Параллельно этим графикам, касательно к крайним точкам графика проводим линии АВ, СД, ЕГ. Эти линии являются граничными по пластовым условиям для определения интервалов. Так кривая
Рис. 1. Совмещенный график изменения градиентов давлений
АВ определяет совместимость по пластовым давлениям интервалов 1-4, кривая, СД - интервалов 5-7, кривая EF - интервала 8. Выделяем интервалы разреза по давлению гидроразрыва (табл. 3).
Таблица 3 Выделение интервалов геологического разреза по давлению гидроразрыва
| Номер интервала | ||||||||||
| Интервал по глубине, м | 0-375 | 375-740 | 740-1250 | 1250-1370 | 1370-3410 | 3410-3550 | 3550-4250 | 4250-4350 | 4350-5550 | 5550- |
| Давление гидрораз-рыва, МПа | 4,0 | 11,0 | 20,0 | 23,5 (18,0) | 17,0-57,0 | 59,5 (45,5) | 80,0 | 71,0 (60,0) | 110-122 | (112) |
Рассчитываем значения эквивалентов градиентов давлений гидроразрыва пластов (поглощений бурового раствора) для каждого интервала. Для интервала 9 эквивалент гидроразрыва равен 4,0 / (0,01 × 200) = 2,0. Аналогичным образом определяем значения эквивалентов градиентов давлений гидроразрыва для интервалов 10-18. Они, соответственно, равны:
Исходные данные с литологией геологического разреза, осложнениями и пластовыми давлениями и давлениями гидроразрыва пластов приведены в табл. 4 и 5.
Таблица 4
| Номер варианта | |||||||||||
| Глубина скважины, м | |||||||||||
| литология | ослож-нения | лито-логия | ослож-нения | лито-логия | ослож-нения | лито-логия | ослож-нения | лито-логия | ослож-нения | ||
| -500 | 0-400 м пески, глины | Осыпи | 0-130 м пески, глины | Обвалы | 0-220 м пески, глины | 0-420 м пески, глины | 0-230 м пески, алевролиты, глины | ||||
| Продолжение таблицы 4 | |||||||||||
| 400-700 м глины | 130-500 м пески, глины, алевролиты | 220- 990 м глины, алевролито-вые | 420-1265 м глины опоко-видные | 230-850 м глины, песча-ники, алевролиты | 800-850 м поглощения | ||||||
| 700-900 м песчаники | Поглощения | 500-900 м глины | 990-1170 м пески, песча-ники, глины | Поглощения | 850-1150 м пески, алевролиты, глины | ||||||
| -1000 | 900-1500 м, алевролиты, алевриты | Поглощения | 900-1100 м песча-ники | Поглощения | 1170-1670 м, песча-ники, алевролиты, глины | 1265-1700 м песча-ники, алевролиты, глины | 1265-1300 м поглощения | 1150-1400 м, песча-ники, пески | |||
| -1500 | 1500-1700 м, песчаники | Поглощения | 1100-1750 м, глины | 1670-1800 м, песча-ники | 1700-2060 м, песча-ники | 1400-1450 м, аргиллиты | |||||
| -2000 | 1700-3000 м, глины | 1750-2000 м, песча-ники | Поглощения | 1800-2140 м, аргил-литы, алевролиты | 2060-2560 м, песча-ники, глины | 2060-2100 м, поглощения | 1450-2000 м, песча-ники | 1800-2000 м, поглощения | |||
| 2000-2700 м, глины | 2140-2540 м, песча-ники, алевролиты | 2560-2850 м, аргиллиты | |||||||||
| -2500 | 2700-3000 м, песча-ники | 2540-2900 м, аргил-литы, песча-нники, алевролиты | 2540-2650 м, газопроявления | 2850-3100 м, песча-ники, аргил-литы | Газоп-роявления | ||||||
Продолжение табл. 4
| Номер варианта | ||||||||||
| Глубина скважины, м | ||||||||||
| лито-логия | ослож-нения | лито-логия | ослож-нения | лито-логия | ослож-нения | лито-логия | ослож-нения | лито-логия | ослож-нения | |
| -3000 | 3000-3500 м, песча-ники, алевролиты | 3000-3100 м, поглощения | 3000-3200 м, алевролиты, песча-ники | Нефте-газоп-роявления | 2000-3400 м, известняки, мергели | |||||
| -3500 | 3500- 3900 м, глины, алевролиты | 3400-3700 м, песча-ники, известняки, доломиты | Нефте-прояв-ления | |||||||
| -4000 |
Окончание табл. 4
| Номер варианта | ||||||||||
| Глубина скважины, м | ||||||||||
| лито-логия | ослож-нения | лито-логия | ослож-нения | лито-логия | ослож-нения | лито-логия | ослож-нения | лито-логия | ослож-нения | |
| -500 | 0-200 м пески, глины | 0-400 м пески, глины | 0-120 м пески, глины | 0-600 м пески, глины | 0-400 м глины | |||||
| 200-600 м опоки, песча-ники, глины | 400-900 м, глины, алевролиты | 130- 900 м песча-ники, глины, алевролиты | 600-700 м, песча-ники | Поглощения | 400-1000 м пески, глины | |||||
| 600-1200 м глины, алевролиты песча-ники | 900-1100 м глины | 900-1030 м песча-ники | Поглощения | 700-1000 м, глины | ||||||
| -1000 | 1200-1300 м, глины | Поглощения | 1100-1350 м песчаники | Поглощения | 1030-1670 м, аргиллиты песчаники | 1000-1400 м, глины, мерге-ли | 1000-1800 м, песча-ники | 900-1000 м, поглощения |
Продолжение табл. 4
| Глубина скважины, м | ||||||||||
| литология | ослож-нения | литология | ослож-нения | литология | осложнения | литология | осложнения | литология | осложнения | |
| -1000 | 1300-1600 м, песча-ники, алевролиты | 1350-1650 м, глины | ||||||||
| -1500 | 1600-2000 м, туфо-песчаники | 1650-1850 м, песча-ники, алевролиты, глины | Поглощения | 1630-3000 м, песчаники, аргиллиты, алевролиты | 2000-2200 м, поглощения | 1400-2500 м, известняки, песчаники | 1800-2000 м, песча-ники | |||
| -2000 | 2000-2500 м, доломиты, глины | 2000-2100 м, поглощения | 1850-2500 м, глины | 2000-2200 м, глины | ||||||
| -2500 | 2500-3600 м, известняки | 2500-2900 м, аргил-литы | 2200-2700 м, песча-ники | Поглощения | ||||||
| -3000 | 3400-3500 м, газоп-роявле-ния | 2900-3800 м аргиллиты, алевролиты | 3000-3100 м, аргиллиты, битумин | 2900-3200 м, мергели | 2700-3200 м, глины | |||||
| 3100-3350 м, известняки | Поглощения | 3200-3500 м, известняки | ||||||||
| -3500 | 3500- 3900 м, глины, алевролиты | 3500-3800 м, нефтегазо-проявления | 3350-3900 м, глинисто-карбонатные породы | 3500-3600 м, песчаники | Газопрояв-ления | 3400-3600 м, глины | ||||
| -4000 | 3600-3800 м, извест-няки | 3600-3800 м, песча-ники | Нефтепрояв-ления |
Таблица 5
| Глубина, м | ||||||||||
| пластовое давление, МПа | давление гидро- разрыва, МПа | пластовое давление, МПа | давление гидро- разрыва, МПа | пластовое давление, МПа | давление гидро-разрыва, МПа | пластовое давление, МПа | давление гидро разрыва, МПа | пластовое давление, МПа | давление гидро разрыва, МПа | |
| 300 м | ||||||||||
| 6,0 | ||||||||||
| -500 | 5,0 | 5,5 | 10,0 | 5,0 | 10,0 | 5,5 | 11,0 | 5,0 | 11,0 | |
| 700 м | ||||||||||
| 12,0 | 900 м | 990 м | 800 м. | |||||||
| -1000 | 10,0 | 10,0 | 16(14) | 11,0 | 17(15) | 13(11) | ||||
| 11,0 | 1265 м | 10,0 | ||||||||
| -1500 | 16,0 | 27,0 | 17,0 | 1750 м | -18,0 | 1670 м | 21(16) | |||
| (20,0) | -29,0 | 28(22) | 16,0 | 28,0 | 17,0 | 28,8 | ||||
| (25,0) | ||||||||||
| 1800 м | ||||||||||
| -19,0 | 1800 м | |||||||||
| -29,0 | ||||||||||
| -2000 | 2100 м | 2060 м | (25,0) | |||||||
| -25,0 | 40,0 | 24,0 | 41,0 | 23,0 | -35,0 | |||||
| (30,0) | 24,0 | |||||||||
| -2500 | 48,0 | 27,0 | 47,0 | 52,0 | 60,0 | 26,0 | 48,0 | |||
| 2850 м | 27,0 | 47,0 | ||||||||
| -63,0 | ||||||||||
| 2900 м | ||||||||||
| -3000 | 36,0 | 57,0 | 62,0 | 72,0 | 36,0 | 60,0 | 3100 м | 36,0 | 55,0 | |
| (42,0) | -59 | |||||||||
| 3400 м | 3400 м | |||||||||
| -39,0 | -75 | |||||||||
| -3500 | 33,0 | 59,0 | 3700 м | 80,0 | ||||||
| -61,0 | ||||||||||
| 3900 м | 3900 м | |||||||||
| -4000 | 40,0 | 81,0 | 45,0 |
Окончание таблицы 5
| Глубина, м | ||||||||||
| пластовое давление, МПа | давление гидро- разрыва, МПа | пластовое давление, МПа | давление гидро- разрыва, МПа | пластовое давление, МПа | давление гидро- разрыва, МПа | пластовое давление, МПа | давление гидро- разрыва, МПа | пластовое давление, МПа | давление гидро- разрыва, МПа | |
| 200 м | ||||||||||
| 4,0 | ||||||||||
| -500 | 5,5 | 5,0 | 10,0 | 5,0 | 10,5 | 5,5 | 11,0 | 5,0 | 10,5 | |
| 600 м | ||||||||||
| 11(10) | ||||||||||
| -1000 | 10,0 | 17,0 | 11,0 | 1100 м | 11,0 | 900 м | 12,5 | 9,5 | 900 м | |
| (12,0) | -18 | 17(14) | ||||||||
| (15) | (13) | |||||||||
| -1500 | 15,5 | 27,0 | 17,0 | 1650 м | 18,0 | 29,0 | 16,5 | 17,0 | 28,0 | |
| -28 | ||||||||||
| (24) | ||||||||||
| 1800 м | ||||||||||
| -19 | ||||||||||
| -2000 | 25,0 | 35,0 | 34,0 | 25,0 | 35,0 | 23,5 | 34(30) | 23,0 | 2200 м | |
| (30,0) | (30) | |||||||||
| (29) | ||||||||||
| -2500 | 27,0 | 48,0 | 29,5 | 49,0 | 52,0 | 26,5 | 50,0 | 31,0 | 49,0 | |
| -3000 | 35,0 | 34,0 | 58,0 | 36,0 | 34,5 | 59,0 | 35,0 | 60,0 | ||
| 3100 м | ||||||||||
| (42) | ||||||||||
| 3400 м | ||||||||||
| -3500 | -75 | 82,0 | 76,0 | 62,0 | 40,0 | 45,0 | 81,0 | 72,0 | 3600 м | |
| 83,0 | ||||||||||
| 3900 м | ||||||||||
| -41,0 | 80,0 | |||||||||
| -4000 |
Эти значения эквивалентов градиентов давлений гидроразрыва и давлений поглощения бурового раствора наносим на график (кривые 9-18).
Пунктиром показаны давления, при которых возникают поглощения раствора. Параллельно оси ординат строим линии KM, RN, ОР, которые проводим касательно к крайним точкам кривой эквивалентов градиентов давлений поглощений бурового раствора. Эти линии определяют граничные условия по давлениям гидроразрыва.
Таким образом, нами получены зоны АВКМ, СДRN, EFPO, условия бурения в которых совместимы. Определение этих зон позволило наметить пределы изменения плотности бурового раствора в каждой зоне.
Окончательный выбор плотности раствора производится в соответствии с требованиями работы [6]. Превышение гидростатического давления столба бурового раствора над пластовым должно составлять:
- для скважин глубиной до 1200 м – 10 %, но не более 1,5 МПа;
- для скважин глубиной свыше 1200 м – 5 % , но не более 3,0 МПа.
Глубина спуска обсадной колонны принимается на 10-20 м выше границы раздела смежных зон с несовместимыми условиями бурения. Окончательный выбор глубины установки башмака обсадной колонны определяется с учетом ряда дополнительных факторов [13].
Контрольное задание. Построить совмещенный график давлений с целью определения зон с совместимыми условиями бурения. Исходные данные с литологией геологического разреза, осложнениями и пластовыми давлениями и давлениями гидроразрыва пластов приведены в табл. 4 и 5.