§ 31. Геолого-технологическая информация в процессе бурения

Для оптимизации бурения скважин, повышения его эффективности и изучения геологического разреза в процессе бурения используются различные геолого-технологические информационно-измерительные системы. Последние представляют собой сложный комплекс контрольо-измерительных приборов и ЭВМ, предназначенный для решения следующих задач: сбор и анализ геологической информации для определения литологии, выделение коллекторов, оценка коллекторских свойств и характера насыщения пород, прогнозирование порового и пластового давлений, оптимизация бурения скважины — выбор долот, типа промывочной жидкости и ее плотности, нагрузки на долото, скорости ее вращения и др., управление оборудованием и аварийной сигнализацией.

Все разрабатываемые и внедряемые скважинные системы преследуют цели — оптимизацию бурения скважин и получение наиболее полной геологической информации о вскрываемом разрезе. Решение этих задач производится часто с использованием автоматической газокаротажной станции, дооборудованной приборами измерения технологических параметров процесса бурения.

Рассмотрим основные критерии, используемые при решении геологических задач. Литологическое расчленение разреза базируется главным образом на результатах анализа шлама и данных измерений продолжительности (скорости) бурения. Дополнительным источником информации о литологии разбуриваемых пород является вибрация бурового инструмента при работе долота на забое. Выделение коллекторов в разрезе и количественное определение их свойств осуществляется по шламу, керну, параметрам циркуляционной системы, продолжительности бурения и др. Определение пористости и проницаемости выполняется в основном по шламу с участием операторов. Отбор керна производится, как правило, ограниченно и только в продуктивных горизонтах.

Информацию о размещении в разрезе коллекторов, поглощающих или отдающих жидкость, и о их фильтрационных свойствах получают по измерениям уровня жидкости в приемных емкостях, по расходу ПЖ на входе и выходе и изменению показателей ее физических свойств (газосодержания, плотности, вязкости, диэлектрической проницаемости, температуры, удельного электрического сопротивления, минералогического состава, содержания твердой фазы и др.). Возможность определения перечисленных факторов основана на том, что малейшее проникновение фильтрата в пласты вызывает уменьшение общего объема ПЖ в емкостях и ее расхода на выходе скважины. При поступлении флюида из пласта в скважину объем ПЖ и ее расход возрастают, что приводит к снижению плотности и изменению других ее физических свойств. Весьма ценную информацию для выделения коллекторов можно получить по данным о продолжительности бурения. Высокопористые проницаемые коллекторы разбуриваются быстрее, чем глины.

Выделение продуктивных пластов

 

На основании непрерывного анализа шлама и ПЖ на углеводородосодержание производится выделение продуктивных пластов в скважине. Суммарный объем газа, извлекаемого из ПЖ, и его компонентный состав непрерывно регистрируются на диаграммах. В некоторых информационных системах предусмотрены сплошной отбор керна в продуктивной зоне и его детальное изучение. Нефть и твердые битумы обладают свойством люминесцировать под воздействием ультрафиолетовых лучей, поэтому с помощью автоматического пробоотборника промывочную жидкость и шлам направляют в детектор нефти, снабженный источником ультрафиолетового света. По форме люминесцирующего пятна приблизительно оценивают степень битумосодержания. При большом содержании битумов наблюдается люминесцирующее пятно, при среднем — кольцо, при малом битумосодержании — отдельные точки. По цвету свечения в общих чертах можно судить о качественном составе битумов. Светло-голубое или голубое пятно соответствует маслянистому битуму, желтое с бурым оттенком — смолистому, бурое, бурое с коричневым оттенком — асфальтовому.

Информация, которую несут промывочная жидкость и шлам, поступает с задержкой (отставанием) во времени. В результате действующая глубина Н_д к моменту поступления промывочной жидкости к устью скважины и выносу шлама не соответствует истинным глубинам залегания пластов, из которых получены данные — образец шлама или порция ПЖ.

Привязка шлама к истинным глубинам производится с учетом времени не только перемещения ПЖ в затрубном пространстве скважины, но и осаждения частицы шлама в самой ПЖ. Скорость осаждения (седиментации) частиц пород вычисляется по формуле Риттингера

где К_ф — коэффициент пропорциональности, зависящий от формы частиц шлама; d — диаметр шара, масса которого равна массе частицы неправильной формы, в см; δ_п и δ_с — плотности соответственно породы и промывочной жидкости в г/см³.

Согласно (IX. 17), скорость осаждения шлама зависит от размеров частиц: более мелкие частицы опережают более крупные. Поэтому единовременно отобранная порция шлама содержит частицы различных размеров, относящихся к пластам, залегающим на разных глубинах. В связи с этим для сбора шлама используют автоматический шламоотборник, дающий возможность отбирать шлам раздельно по фракциям соответственно до 3, от 3 до 5 мм и более. Каждая порция фракции автоматически маркируется в соответствии с сигналами исправленных глубин Н_{исп. ш} и Н_{исп. п} для шлама и породы. Для этого через заданные интервалы истинных глубин экспериментально или расчетным путем находят объем затрубного пространства скважины для n-фракции V_cn. Значение V_cn определяют чаще всего экспериментально, измеряя объем ПЖ, поступившей из скважины за среднее время перемещения частиц данной габаритной фракции шлама.

Преобразование сигналов действующих глубин Н_{д. ш} и Н_{д. п} для каждой порции шлама Н_иш и породы Н_и.п в истинные проводится с помощью многоканального запоминающего устройства АГКС с учетом времени перемещения из скважины объемов ПЖ V_cn.