книги из ГПНТБ / Мищевич, В. И. Гидродинамические исследования поглощающих пластов и методы их изоляции

ния наблюдаются, например, в США при бурении скважин в про­ винциях Тихоокеанского побережья, Мексиканского залива, бас­ сейне Делавар и Санта-Мария, где трещиноватыми являются кремнистые известняки и известковистые сланцы [25].

На месторождениях Ирана поглощения промывочного раство­ ра также значительно осложняют процесс разбуривания широко распространенных трещиноватых асмарийских известняков.

себя по-разному. На месторождениях Татарии поглощение наб­ людается в казанском, артинском, намюрском, серпуховско-ок­

нижнефаменских отложениях.

На месторождениях Куйбышевской области поглощения отме­ чаются в пермских отложениях, артинском, намюрском, серпу­ ховском и франском горизонтах.

В Саратовской и Волгоградской областях поглощения приуро­ чены к пермским отложениям, верхнему и среднему карбону.

На месторождениях Пермского Прикамья имеются четыре по­ глощающие зоны: в кунгурском, нижненамюрском, турнейском и фаменском ярусах.

Интенсивность поглощения зависит от геологического строе­ ния, конкретных тектонических, гидрогеологических и литолого­ фациальных условий формирования современного осадочного по­ крова в каждом районе. В геологическом строении всех районов Урало-Поволжья есть много общего: наиболее интенсивные по­ глощения наблюдаются в горизонтах, представленных карбонат­ ными породами, и вблизи поверхностей размыва, несогласного залегания пород, в зонах наибольших деформаций и разломов, обусловленных тектоническими процессами, и на контактах пород с резко различными свойствами.

Для карбонатных пород характерна кристаллическая струк­ тура. Кроме того, они более других пород (кроме гидрохимиче­ ских осадков) подвержены воздействию пластовых вод.

Известняки и доломиты могут обладать первичной и вторич­ ной пористостью. Первичная пористость карбонатных пород не­ высока и обычно не превышает 5%. Размеры сообщающихся пор в этих породах обычно таковы, что они не могут поглощать не только промывочный раствор со средним размером глинистых частиц 70 мк, но и воду, используемую в качестве промывочного раствора, вследствие высокого содержания в ней твердых частиц различных размеров [44].

Основными путями движения жидкостей и газов в карбонат­ ных породах являются трещины и каверны, образовавшиеся в ре­

10

зультате вторичных процессов. Каверны в пласте, как правило, сообщаются между собой непосредственно или по трещинам. Ха­ рактерно, что трещины в кавернозных пластах не выходят за пре­ делы одного пласта; фильтрация в таких пластах идет как по кавернам, так и по внутрипластовым трещинам.

Трещины в породе образуются в стадии диагенеза при уплот­ нении и обезвоживании породы, затем расширяются и приобре­ тают пространственную ориентацию под действием тектонических факторов.

По генезису различают трещины следующих типов: литогене­ тические (диагенетические и общие), разгрузки, выветривания и тектонические. Наиболее интенсивные поглощения возникают при наличии тектонической трещиноватости, проявляющейся в зонах несогласного залегания пород. Тектонические трещины распрост­ ранены повсеместно, во всех видах пород и являются основным видом трещиноватости. Они характеризуются упорядоченным расположением в пространстве в виде параллельных систем, об­ разующих правильные геометрические сетки преимущественно с вертикальной ориентировкой относительно слоистости пород и тесной связью направлений основных систем трещиноватости с направлениями простираний тектонических структур [40].

Наибольшая интенсивность трещиноватости наблюдается в районах тектонических поднятий. В прогибах порода опускается в область повышенных давлений, что препятствует образованию трещин [7]. Трещины в глубоких горизонтах имеют преимущест­ венно вертикальное направление. Это связано с характером тек­ тонических движений на платформе.

Трещины разгрузки также являются следствием тектонических движений земной коры. На глубине породы находятся в состоя­ нии объемного сжатия. В этих условиях образование новых тре­ щин затруднено, а существующие раскрыты незначительно. В об­ ластях тектонических поднятий напряжения постепенно сни­ жаются, при этом расширяются имеющиеся в породе трещины и появляются трещины оседания и отслаивания, или, иначе, тре­ щины разгрузки. В результате появления сети открытых трещин резко улучшаются условия циркуляции вод [44].

Трещины выветривания образуются в результате физико-хими­ ческих воздействий на земной поверхности или вблизи нее. Эти трещины обычно значительно раскрыты, в связи с чем резко уве­ личивается трещинная проницаемость пород с жесткой связью.

Однако при длительном накоплении продукты выветривания

могут заполнить часть трещины, и проницаемость пород сни­ зится.

Развитие трещиноватости сопровождается химическими преоб­ разованиями породы, которые при вторичной пористости играют не меньшую роль, чем само развитие трещиноватости. Большин­ ство карбонатных пород обладает вторичной пористостью, кото­ рая возникает под действием циркулирующих подземных вод.

11

Воды, обогащенные углекислым газом, выщелачивают известня­

породы, и в то же время в них откладывается карбонат магния. При относительно интенсивной циркуляции растворение преобла­ дает над отложением доломита; это приводит к образованию по­ ристых и проницаемых кавернозных пород.

Вторичная пористость развивается интенсивно лишь когда есть пути для циркуляции воды, т. е. если порода в достаточной степени уже пориста и проницаема. Этому способствует не только первичная пористость, но и продолжительное выветривание этих пород, до погружения, деформации их во время складкообразова­ ния и другие факторы, в результате чего образуются сообщаю­ щиеся каналы, по которым перемещаются пластовые воды. В связи с этими особенностями пористость в карбонатных поро­ дах имеет -местный характер, она развита на небольших по пло­ щади участках. При перерывах и несогласиях возникают идеаль­ ные условия для развития вторичной пористости. Поверхность на­ рушения служит проводником для движения вод.

Среди факторов, вызывающих возникновение вторичных пор, важное значение имеет процесс доломитизации известняков, при

СаС03, т. е. в превращении известняка в доломит или. доломитизированный известняк. При этом объем известняка сокращается приблизительно на 12% вследствие кристаллической усадки, что сопровождается возникновением многочисленных трещин и раз­ рывов, облегчающих пути циркуляции вод.

Исследованиями установлено, что максимальная пористость карбонатных отложений составляет 33—34%. Характер поровых каналов весьма разнообразен.

Статистической обработкой фотоснимков стенок поглощаю­ щего пласта по скв. 4076 (Ромашкино) в [23] получено, что мак­ симальная пористость составляет 44,6%, средняя пористость ока­ залась равной 7,4—13,7%. Полученная максимальная пористость пласта является завышенной, так как трудно отличить естествен­ ные каверны и трещины от искусственных, которые могут обра­ зоваться в процессе бурения.

Выбор материалов для изоляции поглощающих горизонтов не может быть достаточно обоснован без учета характерных разме­ ров каналов поглощения. Для трещиноватых пластов основным размером является раскрытость трещин. По данным советских и зарубежных исследователей, поперечные размеры каналов по­ глощения, представленных трещинами различного генезиса, могут колебаться в весьма широких пределах.

12

Так, например, трещины в кернах месторождения Литтон Спрингс (США) имеют раскрытость до 40 мм. Такие же размеры трещин (от 1 до 40 мм) характерны для кернов, отобранных из отложений карбона на Ромашкинском месторождении [23]. Тре­ щины шириной 15 мм и более встречаются в поглощающих изве­ стняках на месторождениях Западного Тексаса и Мид-конти-

нента.

В работе [23] приведены фотографии стенок скважин с трещи­ нами шириной до 18 мм. Фотографирование производили на глубине 870—880 м в отложениях нижнего карбона. На площа-. дях Чечено-Ингушетии раскрытость трещин в отложениях верх­ него мела, определенная по изменению фракционного состава наполнителей, закачиваемых в поглощающий пласт, достигает

10—15 мм [25].

При проведении работ по изоляции зон поглощения промы­ вочного раствора, приуроченных к высокопроницаемым горизон­ там, необходимо учитывать скорость движения пластовых вод в поглощающем горизонте.

Исследования по определению действительных скоростей дви­

(17600—18200 м/сут) установлены в трех случаях, которые бы­ ли вызваны искусственно созданными гидравлическими укло­ нами.

Направление течения подземных вод может быть выявлено также на основании изучения распределения пластовых давле­ ний по площади. В гидрогеологической практике при сопоставле­ нии статических уровней вод в скважинах для определения дина­ мики их движения обычно пользуются формулами, основанными на расчетах гидростатического давления и приведении его к од­ ной плоскости сравнения.

Расчеты приведенных давлений для месторождений восточной части Татарии и западной части Башкирии показали, что область

правило, происходит от областей их питания к областям стока. Поступающие с поверхности земли воды давят на подземные рассолы и вытесняют их в платформенные области.

Для отдельных горизонтов палеозоя северо-восточной части

XI0~3 см/сут, при 1000 мД —4,3- 1Q-2 см/сут.

13

Поэтому предположения о размыве тампонирующих смесей в процессе изоляционных работ вследствие больших скоростей те­ чения пластовых вод являются необоснованными, так как значи­

объясняется интенсивностью поглощения, скоростью закачки там­ понирующей смеси в пласт, расстоянием между поглощающим пластом и бурильными трубами, качеством тампонирующей сме­ си и др.

В девонских и каменноугольных отложениях выявлено десять водоносных комплексов [8]. Анализ их гидрогеологической харак­ теристики показал, что наиболее водообильными являются гори­ зонты, приуроченные к стратиграфическим подразделениям с интенсивно развитыми трещиноватостью и кавернозностью. В этих

ленному мощной толщей карбонатных пород. Последние подвер­ гались длительному эрозионному разрушению, на что указывают резкое сокращение мощности на небольших расстояниях, отсутст­ вие краснополянского горизонта, а также наличие в подошве горизонта конгломерата (3]. В этих отложениях созданы благо­ приятные условия для возникновения пористо-кавернозных, а от­ части и карстовых коллекторов. В них отмечаются интенсивные поглощения.

К отложениям серпуховского надгоризонта приурочено 11% общего числа поглощений промывочного раствора. Эти отложе­ ния также представлены карбонатными породами. Однако здесь не наблюдается заметного перерыва в осадконакоплении.

В башкирском ярусе отмечено незначительное количество по­

широко распространиться процессу выщелачивания, несмотря на наличие размыва этих отложений.

Число и интенсивность поглощений в рассмотренных отложе­ ниях возрастают к кровле каждого стратиграфического интерва­ ла. Бурение в этих интервалах часто сопровождается «провала­ ми» бурильной колонны и прекращением циркуляции промывоч­ ного раствора.

Глубинные исследования в скважинах с целью изучения строения поглощающего пласта [24] проводили с помощью ма­ нометра МГЭ-1, расходомера РЭИ-УфНИИ, фотоаппарата ФАС-1 и геофизических методов. Исследования в скв. 4076, 6439, 6280 и других показали, что мощность поглощающих интервалов колеб­ лется от 1—2 до 10 м, сложены они высокопористыми, каверноз­ ными и трещиноватыми породами. Диаметр каверн на некоторых фотографиях достигает 5—10 см. На отдельных фотографиях.

14

Глава II

Анализ работ в области гидродинамических исследований поглощающих пластов

Опыт проходки скважин показывает, что затраты на борьбу

•с поглощениями промывочного раствора могут быть уменьшены, если своевременно и правильно оценить состояние скважины, определить параметры поглощающего пласта, по которым можно выбрать необходимые количество и качество тампонирующей смеси и технологию проведения изоляционных работ.

Для исследования пластов, поглощающих промывочный рас­

кратковременные установившиеся отборы или нагнетание жидко­ сти в поглощающий пласт при герметизированном устье сква­ жины.

§ 3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОГЛОЩАЮЩИХ ПЛАСТОВ

Исследование поглощающего пласта при неустановившемся режиме закачки жидкости в пласт.

Исследовать поглощающий пласт методом прослеживания за

превышает 30 м. Вначале определяют статический уровень элек­ троуровнемером, глубинным манометром или с помощью поплав­ ка лебедки Яковлева. Затем скважину заполняют водой, восста­ навливают циркуляцию (для исключения влияния воздуха) при работе одного или двух буровых насосов. После этого насосы останавливают и сразу же от устья скважины отводят ведущую трубу, датчик прибора опускают в скважину на 5 или 10 м в за­

рез устье скважины, пускают секундомер, показания которого за­ писывают в момент потухания лампочки (при использовании

.электроуровнемера). Замер прекращается при снижении уровня

116

до статического. Данные замера сводят в таблицу (табл. 1), и по ним строят индикаторную линию поглощающего пласта в системе координат Ар—Q (рис. 1).

Схема поглощающей скважины, по которой можно опреде­ лить зависимость Ар = /(/), приведена на рис. 2.

библ. .

Фиксируя изменение перепада давления от Арп до Арп-\ во времени tn и зная диаметр скважины dc, можно найти зависи­

tn в м.

Перепад давления для соответствующего расхода Qn опреде­ ляется по формуле

линию, соответствующую началу записи кривой, после чего про­ водят вертикальные линии, соответствующие целым числам пере­ пада давления. Длина отрезков между вертикальными линиями является мерой времени. В зависимости от выбранной скорости передвижения диаграммной ленты длина отрезков будет разной. Например, при скорости вращения ленты 600 мм/ч за 1 мин лен­

18

Т а б л и ц а

В. Н. Щелкачев [52, 53], отмечая некоторые погрешности при определении коэффициентов продуктивности методом прослежи­ вания за уровнем скважин, подчеркивает, что с помощью этого метода можно довольно точно определить темпы восстановления давления в скважине, которые зависят от физико-геологических параметров пласта. Это позволяет сделать выводы о проницае­ мости пласта в призабойной зоне скважины.

При статическом уровне в скважинах менее 30 м и водопроявлении метод «долива» неприменим. В этих случаях для созда­ ния необходимого перепада давления на поглощающий горизонт

при бурении скважин в районах Урало-Поволжья. На исследова­ ния затрачивается значительно меньше времени, чем при иссле­ довании методом установившихся отборов и нагнетаний.

Определение интенсивности поглощения методом кратковре­ менных установившихся отборов и нагнетаний.

Данный метод рекомендуется использовать, когда статический уровень в скважине находится на глубине менее 30 м при вскры­

использовать специальное уплотнение устья скважины. На место­ рождениях Башкирии, например, для этого применяют приспособ­ ление УфНИИ (рис. 4), которое является наиболее простым по

2* 19