Строительство скважин в солянокупольных структурах Актуальные проблемы

Солянокупольные козырьковые структуры как нетрадиционные объекты добычи углеводородного сырья в последнее время представляют все больший интерес. На сегодняшний день вопросами о разработке таких объектов задаются в более, чем в 14 странах мира, в частности, в Мексике, США, Канаде и странах Восточной Европы, Южной Америки и Африки. В области российской нефтегазовой промышленности этот вопрос также является крайне актуальным, так как с изучением особенностей разработки козырьковых залежей соляных куполов могут быть связаны основные нефтегазоперспективные объекты сибирского сектора Арктики.

Целью статьи является изучение геологии и опыта разработки солянокупольных залежей и выявление возможных проблем на различных этапах недропользования и строительства скважин.

Соляным куполом называют антиклинальную складку, ядро которой сложено солью. Отложения каменной соли, как и прочих осадочных горных пород, поначалу представляют из себя субгоризонтальные пласты. Однако в силу разности плотностей каменной соли и перекрывающих ее пород (песчаников, глин, карбонатов), менее плотная на 10 – 20 % каменная соль со временем поднимается. В результате этого движения происходит формирование соляных тел, представляющих из себя купола, подушки, грибообразных структуры размерами в несколько километров. [7]

Довольно часто в таких структурах соляной тектоники можно встретить «козырьки» или «оверхенги» – гипсово-ангидритовые или соляные навесы, под которыми залегают скопления нефти – «подкозырьковые» или «оверхенговые» залежи (рис. 1, п. 7). [5] Генезис таких залежей связан со стыковкой пористых пород и кепрока – водонепроницаемой кровли соляного купола. Залежи, образующиеся в таком случае, обладают высокой продуктивностью. К успешному опыту разработки подкозырьковых залежей можно отнести месторождения Адольфглюк, Айклинген, Винхаузен, Хадемшторф в Германии и Барберс-Хилл, Хай Айленд, Хокклей в США. [7] Соляные навесы купола Барберс-Хилл расположены со всех четырех сторон от купола. Суммарные промышленные запасы только в ловушках под выступами составляют более 16 млн. м3 нефти. Также имеется отечественный опыт разработки таких залежей в Урало-Поволжье (Северокамское месторождение), Тимано-Печоре (Печорогородское месторождение) и Западной Сибири (Вынгапурское месторождение). [5

Поскольку подкозырьковые залежи неотрывно связаны с соляными куполами, рассмотрим их крупнейшее скопление в Прикаспийской впадине и особенности разведки, бурения и разработки месторождений в этом регионе.

Прикаспийская впадина занимает юго-восточный угол Русской платформы. По различным оценкам на этом участке насчитывается от 1300 до 1500 соляных куполов. Площади структур превышают тысячи квадратных километров, в сводах поднятий мощность соли может достигать значений в 7 – 9 км. Прикаспийская впадина насчитывает более 100 месторождений углеводородов, около 30 % из которых связывают с подсолевыми залежами. К этим месторождениям относят месторождения Тенгиз, Карачаганак и др. [5] Часть залежей куполов Новобогатинского и Южно-Западного месторождений можно отнести к категории подкозырьковых. Однако геология этих объектов детальному изучению не подвергалась.

Месторождения Прикаспийской впадины характеризуются сложностями на этапе разведки. Сравнительно небольшая плотность каменной соли и ее огромная мощность в куполах формирует аномалии сил тяжести. Сложная морфология соляных тел, недостаточно точные данные о плотностном разрезе и специфика задач, которые необходимо решать на этапе изучения геологического строения, не позволяют четко интерпретировать гравитационное поле. Помимо этого, магнитная восприимчивость соли значительно меньше, чем у пород надкупольного комплекса. Это усложняет разведку магнитными методами. С точки зрения сейсморазведки, исследование традиционными методами также чрезвычайно затруднено из-за сложности и контрастности форм и физических свойств соли, поэтому поисковое и разведочное бурение приходится вести почти вслепую, что крайне экономически нерентабельно, тем более что проходка скважин в таких местах часто связана с авариями. [3]

Рассмотрим месторождение Тенгиз характеризуется аномально высоким пластовым давлением. Начальное пластовое давление, приведенное к абсолютной отметке минус 4500 м, составляло 82,4 МПа, давление насыщения нефти газом – 40 МПа. Извлекаемые запасы месторождения оцениваются от 750 млн до 1 млрд 125 млн тонн нефти. Прогнозируемый объём геологических запасов составляет 3 млрд 133 млн тонн нефти. Запасы попутного газа оцениваются в 1,8 трлн м³. [1]

В технических документах на бурение скважин выделяют следующие геологические факторы риска [9]:

• нестабильность ствола скважин;

• поглощение бурового раствора;

• осыпание горных пород;

• наличие высокоабразивных интервалов;

• наличие текучих солей и глин, рапопроявления;

• сложные условия бурения в целом.

Ряд решений по строительству скважин сложного профиля представлен в статьях [11-16] и патентах [17-18].

Следующий пример – соляные купола нефтегазоносного бассейна Сантос. В последние 15 – 20 лет в подсолевых отложениях бассейна было открыто 40 месторождений. Крупные из них находятся на больших глубинах (2000 – 2300 м) и на отдалении от берега (170 – 300 км). Продуктивные пласты сложены преимущественно биогенными карбонатами, средняя пористость – 7 – 12%. Встречаются почти монолитные трещиноватые пропластки. [6]

Бурение скважин на месторождениях бассейна характеризуется частыми авариями в силу частых случаев рапопроявлений. По различным оценкам около половины скважин не доходит до проектной глубины. Ситуация осложняется спецификой строительства подводных скважин с наложением следующих факторов [3]:

• удаленность от берега, увеличивающая, кроме всего прочего, затраты на утилизацию попутного газа трубопроводным транспортом;

• осложненные климатические условия: тропические штормы и ураганы. Нередко при неблагоприятных условиях плавучие платформы прекращают на время добычу;

• вязкая тяжелая нефть;

• очень неоднородные трещинноватые пласты.

Наличие соленосных толщ с точки зрения нефтегазоносности предполагает высокую продуктивность и прогнозируемый высокий экономический эффект. С другой стороны, добиться такого эффекта представляется возможным только в случае преодоления закрытости недр, обеспечиваемой особенностями соляных структур. Эти особенности проявляются:

• на этапе разведки, когда практически все традиционные способы исследования сложны для интерпретации;

• на этапе бурения, связанного с перераспределением напряжений в массиве горных пород и, как следствие, рапопроявлениями, течениями солей и глин, межколонными перетоками и аномально высокими пластовыми давлениями

Одним из возможных решений по разработки подкозырьковых залежей может служить строительство высокотехнологичных скважин со сложным профилем см. рис. 3.

Заключение

Скважины месторождений, приуроченных к соляным куполам, представляют собой объекты повышенной техногенной и экономической опасностей. Подкозырьковые залежи имеют достаточно сложную геологическую структуру, которая требует высокотехнологичного подхода к проектированию не только непосредственно процесса бурения, но и моделирования особых профилей скважин (J – образная форма) и скважинных систем для успешной реализации процессов разработки.