Управление скважинами для нетрадиционных ресурсов

В нефтегазовой отрасли произошел резкий сдвиг с появлением нетрадиционных ресурсов  , таких как сланцы и трудноизвлекаемая нефть. Эти образования обладают огромным потенциалом, но их раскрытие представляет собой уникальные проблемы, особенно в области контроля над скважинами. В отличие от своих традиционных аналогов с предсказуемыми характеристиками, нетрадиционные образования представляют собой лабиринт сложностей. В этой статье рассматривается нетрадиционная проблема управления скважиной, исследуются индивидуальные подходы к ее решению, а также рассматриваются новые технологии, формирующие будущее управления скважинами на этом новом фронте.

Нетрадиционная задача в управлении скважиной

Революция в области нетрадиционной нефти и газа  открыла огромные запасы, но она не лишена своих сложностей. Эти ресурсы часто находятся в пластах с уникальными геологическими характеристиками, которые создают определенные проблемы для контроля скважин. Давайте углубимся в конкретные препятствия, которые создает нетрадиционный контроль скважин.

1. Лабиринтный ствол скважины

• Горизонтальные участки:  в отличие от традиционных скважин, пробуренных вертикально вниз, нетрадиционные скважины часто поворачивают горизонтально. Эти расширенные стволы скважин могут простираться на многие мили в пределах целевого пласта. Это значительно увеличивает площадь поверхности ствола скважины, контактирующую с породой, создавая большую потенциальную точку входа для пластовых флюидов, если целостность ствола скважины нарушена.
• Сети трещин.  Нетрадиционные формации, такие как резервуары сланцевого газа, часто имеют естественные трещины. Эти трещины могут действовать как сеть скрытых путей, позволяя пластовым флюидам, таким как вода или газ, легко мигрировать и потенциально неожиданно проникнуть в ствол скважины. Это усложняет управление скважиной, поскольку незапланированный приток флюида может произойти быстро и из непредвиденных мест внутри пласта.

2. Обманчивый удар

Удары, внезапный приток пластовых флюидов в ствол скважины, являются кошмаром для управления скважиной. Однако в нетрадиционных построениях удары ногами могут быть особенно обманчивыми:

• Отложенное обнаружение.  Традиционные методы обнаружения выбросов, такие как мониторинг изменений давления в стволе скважины, могут быть не такими чувствительными в горизонтальных скважинах. Это связано с тем, что удлиненный ствол скважины может гасить колебания давления, потенциально задерживая обнаружение выброса до тех пор, пока он не станет более серьезным.
• Загадка динамики потока:  Сложная динамика потока в трещиноватых пластах затрудняет точное предсказание поведения притока. В отличие от обычной скважины, где приток происходит из одной, четко определенной точки, миграция жидкости в трещиноватых пластах может быть более диффузной и непредсказуемой. Это затрудняет оценку серьезности удара и определение соответствующей реакции управления скважиной.

3. Закон о балансировке давления

Поддержание скважинного давления является важнейшим аспектом управления скважиной . Однако в нетрадиционных скважинах это становится еще более деликатным балансирующим актом:

• Повышенное воздействие:  Удлиненный горизонтальный ствол скважины увеличивает подверженность скважины пластовому давлению. Это создает больший риск обрушения ствола скважины, если давление внутри ствола скважины значительно ниже пластового давления. И наоборот, чрезмерно высокое давление в стволе скважины также может создавать риски, такие как разрыв пласта или потери буровых растворов.
• Осложнения переломов.  Наличие переломов усложняет управление давлением. Трещины могут действовать как каналы для пластовых флюидов в обход мер контроля давления в стволе скважины, что затрудняет поддержание стабильного профиля давления по всему стволу скважины.

Эти нетрадиционные проблемы требуют изменения в практике управления скважинами, требуя более индивидуального и упреждающего подхода для обеспечения безопасных и эффективных операций по добыче этих ценных ресурсов.

Индивидуальный подход к решению проблем управления скважиной

Нетрадиционные ресурсы представляют собой уникальный комплекс проблем управления скважинами из-за сложной геологической природы этих формаций. Универсального подхода просто не будет. Ниже более подробно рассматриваются индивидуальные стратегии, используемые для обеспечения контроля над скважиной на этапах бурения, заканчивания и добычи:

1. Предварительное планирование учений

Еще до того, как буровое долото коснется земли, тщательное планирование закладывает основу для успешного управления скважиной. Вот что включает в себя это предварительное планирование:

• Геологическая характеристика: глубокое понимание целевого пласта имеет первостепенное значение. Геологи анализируют данные сейсмических исследований, каротажа скважин и образцов керна, чтобы составить карту структуры пласта, выявить потенциальные разломы и трещины и определить распределение флюидов внутри породы. Эта информация имеет решающее значение для прогнозирования устойчивости ствола скважины и потенциальных изменений давления.
• Анализ устойчивости ствола скважины: на основании геологических характеристик инженеры проводят анализ устойчивости ствола скважины. В этом анализе учитываются такие факторы, как прочность горных пород, пластовое давление и свойства бурового раствора, для прогнозирования вероятности обрушения ствола скважины или притока пластового флюида. Анализ помогает выбрать подходящие  буровые растворы  и методы укрепления ствола скважины.

2. Мониторинг в реальном времени

Традиционные методы обнаружения выбросов, основанные на измерениях поверхностного давления и скорости потока, могут быть не такими чувствительными в нетрадиционных скважинах из-за сложной динамики потока в трещиноватых пластах. Вот как передовые системы мониторинга улучшают управление скважиной:

• Высокочувствительные системы мониторинга:  в этих системах используются специализированные скважинные датчики, которые в режиме реального времени предоставляют данные о колебаниях давления, температуры и скорости потока в стволе скважины. Такая повышенная чувствительность позволяет раньше обнаружить даже незначительные изменения, которые могут указывать на выброс или нестабильность ствола скважины.
• Системы раннего предупреждения. Усовершенствованные системы мониторинга могут быть запрограммированы с определенными пороговыми значениями для изменений давления и расхода. При превышении этих пороговых значений система немедленно выдает предупреждение, позволяя экипажу оперативно отреагировать и инициировать процедуры контроля скважины.

3. Бурение с регулируемым давлением (MPD)

В сильно трещиноватых пластах поддержание скважинного давления становится особенно важным. Вот где  в игру вступает  бурение с управляемым давлением (MPD) :

• Точный контроль забойного давления: MPD использует систему с замкнутым контуром, которая постоянно контролирует скважинное давление и автоматически регулирует давление, оказываемое буровым раствором. Это позволяет точно контролировать перепад давления между стволом скважины и пластом, снижая риск обрушения ствола скважины и неконтролируемого притока жидкости.
• Регулировка в реальном времени:  MPD позволяет в режиме реального времени корректировать параметры бурения, такие как скорость закачки и настройки штуцера, на основе показаний скважинного давления. Такой упреждающий подход помогает поддерживать стабильность ствола скважины и предотвращать выбросы в сложные пласты.

4. Замкнутые системы

Системы с замкнутым контуром идут еще дальше, автоматизируя реакции управления скважиной:

• Автоматизация на основе данных:  эти системы интегрированы с системами мониторинга в реальном времени и оборудованием управления скважиной. Они непрерывно анализируют скважинные данные и автоматически корректируют параметры бурения или активируют процедуры контроля скважины на основе заранее определенных протоколов. Эта автоматизация снижает количество человеческих ошибок и обеспечивает более быстрое время реагирования в случае наплыва людей.

5. Методы укрепления ствола скважины

В некоторых случаях необходимы дополнительные меры по укреплению целостности ствола скважины и предотвращению притока флюида:

• Специализированные буровые растворы.  Буровые растворы с особыми свойствами, такие как высокая вязкость или присадки, закупоривающие пласт, могут использоваться для создания более сильного барьера гидростатического давления против пластовых флюидов и повышения устойчивости ствола скважины.
• Цементирующие хвостовики. Установка прочного цементного хвостовика вдоль ствола скважины может значительно улучшить его целостность, особенно в зонах с высокой степенью трещиноватости. Это снижает риск обрушения ствола скважины и обеспечивает более надежный барьер против притока жидкости.

Внедряя такое сочетание индивидуальных методов управления скважинами, нефтегазовая отрасль может справиться со сложностями нетрадиционных пластов и обеспечить безопасную и эффективную разработку этих ценных ресурсов.

Технологические достижения в нетрадиционном управлении скважинами

Бум нетрадиционной нефти и газа стимулировал волну инноваций в технологиях управления скважинами. Эти достижения имеют решающее значение для смягчения уникальных проблем, связанных с нетрадиционными формациями, и обеспечения безопасных и эффективных операций. Давайте углубимся в некоторые из этих передовых технологий:

1. Расширенные инструменты ведения журналов

Традиционные инструменты каротажа скважин   давали ценную информацию о пласте, но им часто не хватало деталей, необходимых для комплексного анализа устойчивости ствола скважины в нетрадиционных месторождениях. Вот тут-то и пригодятся расширенные инструменты ведения журналов:

• Регистрация изображений:  эти инструменты создают изображения стенки ствола скважины с высоким разрешением, выявляя детали трещин, разломов и неоднородности пласта. Эта информация имеет решающее значение для выявления потенциальных слабых мест и планирования методов укрепления ствола скважины.
• Каротаж с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР): каротаж ЯМР позволяет получить представление о структуре пор и распределении жидкости внутри пласта. Эта информация имеет решающее значение для понимания потенциальных изменений давления и разработки стратегий эффективного управления давлением в стволе скважины.

2. Прогнозирование порового давления в реальном времени.

Одной из самых больших проблем при нетрадиционном управлении скважинами является прогнозирование изменений порового давления внутри пласта. Эти изменения могут вызвать нестабильность ствола скважины или привести к выбросам. Новые технологии решают эту проблему:

• Геомеханическое моделирование:  передовое программное обеспечение использует данные различных каротажных приборов и измерений давления в стволе скважины для создания геомеханических моделей в реальном времени. Эти модели прогнозируют изменения порового давления в зависимости от текущего процесса бурения, что позволяет заранее корректировать параметры бурения и управлять давлением в стволе скважины.
• Инструменты измерения давления в реальном времени во время бурения (PWTD).  Эти усовершенствованные инструменты измеряют пластовое давление непосредственно во время бурения. Эти данные в режиме реального времени вводятся в геомеханические модели, повышая точность прогнозов порового давления и обеспечивая еще более точный контроль давления в стволе скважины.

3. Автоматизированные системы управления скважиной

Человеческая ошибка является существенным фактором инцидентов, связанных с контролем скважин. Для решения этой проблемы разрабатываются автоматизированные системы управления скважиной:

• Системы обнаружения и анализа ударов:  эти системы непрерывно анализируют в реальном времени данные от скважинных датчиков, включая давление, скорость потока и свойства бурового раствора. Они запрограммированы на определение потенциальных ударов с более высокой чувствительностью и скоростью по сравнению с традиционными методами, что позволяет реагировать быстрее и эффективнее.
• Автоматизированные системы остановки:  при обнаружении выброса эти автоматизированные системы могут запустить процедуру закрытия скважины, закрыв ствол скважины и остановив приток пластовых флюидов. Такое более быстрое время реакции сводит к минимуму риск неконтролируемого потока и потенциального повреждения ствола скважины.

4. Системы бурения с замкнутым контуром

Системы бурения с замкнутым контуром представляют собой вершину автоматизации в управлении скважиной. Эти системы объединяют различные скважинные датчики, программное обеспечение для анализа данных в реальном времени и механизмы автоматического управления для создания динамического контура обратной связи:

• Сбор данных в реальном времени:  датчики непрерывно контролируют скважинные параметры, такие как давление, скорость потока и параметры бурения.
• Автоматизированный анализ данных: передовое программное обеспечение анализирует эти данные в режиме реального времени, выявляя потенциальные проблемы со стабильностью ствола скважины или ранние признаки ударов.
• Автоматизированный ответ:  на основе анализа система автоматически корректирует параметры бурения, такие как скорость насоса, вес бурового раствора или забойное давление. Такой упреждающий подход помогает поддерживать стабильность ствола скважины и предотвращать инциденты, связанные с контролем скважины, до того, как они произойдут.

Эти достижения в области технологий управления скважинами  меняют способы разработки нетрадиционных ресурсов. Обеспечивая большую прозрачность сложностей нетрадиционных пластов, позволяя принимать решения в режиме реального времени и автоматизируя критические реакции, эти технологии прокладывают путь к более безопасному и эффективному будущему управления нетрадиционными скважинами.

Заключение

Управление скважинами на нетрадиционных  месторождениях требует перехода от традиционных методов к индивидуальному и технологическому подходу. Понимая уникальные проблемы, связанные с нетрадиционными пластами, реализуя индивидуальные стратегии управления скважинами и используя новейшие технологии, нефтегазовая отрасль может ориентироваться в нетрадиционной среде с большим контролем и безопасностью. Это обеспечивает ответственную разработку этих ценных ресурсов, одновременно защищая окружающую среду и персонал.