БУРЕНИЕ СКВАЖИН ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
УДК 622.24.001.57 © Коллектив авторов, 2006
Оценка показателей бурения и принятие решений на основе комплексной геолого-технологической информации
Т.В. Хисметов (ЗАО «НТЦ «ГеотехноКИН»), Г.М. Эфендиев, О.Г. Кирисенко, Т.Н. Маммадов (Институт Геологии НАН Азербайджана),
М.С. Алиев (ГНКАр), Ш.Х. Бакиров (Caspian Drilling Company)
Estimation of drilling performance and decision-making on the basis of the complex geological-technological information
Развитие и широкое внедрение методов геолого-технологических исследований (ГТИ), основанных на контроле процесса бурения с помощью современных технических средств и технологий для информационного обеспечения, позволяет повысить качество получаемой информации и требует ее соответствующего анализа. Оперативная информация, поступающая в процессе бурения, имеет большое значение при бурении скважин в малоизученных регионах со сложными горно-геологическими и экологическими условиями.
К настоящему времени разработаны различные системы и средства контроля процесса бурения, позволяющие решать геологические и технологические задачи [1, 2]. Данные геолого-технологических исследований дают возможность выделять перспективные интервалы, интервалы вероятных осложнений, корректировать режимные параметры бурения скважин, уточнять типы долот, плотность бурового раствора, выбирать соответствующий комплекс геофизических исследований скважин (ГИС) и др. Являясь очень полезными при решении конкретных задач, существующие методы и средства изучения разрезов в процессе бурения из-за неполного объема комплексных исследований, а также недостаточного программно-методического обеспечения затрудняют проведение контроля процесса бурения, оптимизации и точной оценки продуктивных интервалов, экологической обстановки и др. Это объясняется также тем, что при постановке цели, кроме решенных на конкретном этапе задач, остаются незамеченными задачи, которые учитывали бы разнообразие, различного рода неопределенность условий получения информации, а также принятия решений.
Система получения и использования геолого-технологической информации, включая три основных аспекта (геологический, технико-технологический, экологический), предусматривает сбор и обработку данных (получение информации); построение моделей, отражающих связь показателей бурения с геологическими, техническими и технологическими характеристиками, прогнозирование с их помощью показателей бурения и ситуации ведения буровых работ; оценку и обеспечение оптимальных показателей эффективности бурения (использование информации) (см. рисунок).
T.V. Khismetov (GeotekhnoKIN NTTs ZAO), G.M. Efendiyev, S.G. Kirisenko, T.I. Mammadov (Institute of Geology of Azerbaijan National Academy of Sciences), I.S. Aliev (State Oil Company of the Azerbaijan Republic),
Sh.Kh. Bakirov (CDC)
The way, allowing according to continuity, hardness and abrasivity of rocks to receive the generalized characteristic, considering all these properties, is offered. The scheme of reception and use of the complex geological-technological information during drilling is developed.
При прогнозировании показателей бурения скважин, выборе техники и технологии важное значение имеет оценка буримости горных пород, которая определяется совокупностью геологических и технико-технологических факторов. Главную роль при их учете играют механические свойства горных пород, такие как твердость, сплошность и абразивность, существенно влияющие на работу породоразрушающего инструмента. При этом очень часто возникают затруднения, связанные с недостаточностью информации о свойствах горных пород и ее нечетким характером.
При отсутствии соответствующего керношламового материала часто приходится использовать информацию, которая имеет
Общая схема получения и процессе бурения
использования комплексной геолого-технологической информации о
описательный характер, т.е. оценивать механические свойства горных пород на основе их геолого-петрографического описания. Такие методики существуют. В частности, известная методика ВНИИБТ позволяет с использованием описательной информации оценить свойства горных пород. Исходя из этого, представляют интерес анализ и обобщение таких данных с дальнейшей классификацией с учетом нечеткого характера информации о горных породах.
Задача в данном случае заключается в анализе и обобщении информации о свойствах горных пород для создания удобств при оценке их буримости. Для анализа такой информации ранее был предложен метод построения нечетких моделей, выраженный в виде правил по принципу «если..., то...» [3],основывающий-ся на процедуре кластер-анализа. Исходя из этого, для выделения однородных групп методом нечеткого кластер-анализа составлена соответствующая программа, реализация которой позволила разбить данные на однородные группы (кластеры) по комплексу значений твердости, абразивности и сплошности. В данном случае за основу были приняты известные классификации указанных параметров: твердость по 12-бальной шкале Л.А. Шрейнера, абразивность по обобщенной 12-бальной шкале и сплошность согласно классификации по методике ВНИИБТ, которая предусматривает четыре категории; разработанная во ВНИИБТ переводная таблица [4, 5], а также соответствующие результаты по различным месторождениям [6]. В качестве входных переменных используются названия пород, степень их уплотнения, наличие алевро-песчанистого материала, кремниевых и железистых стяжений, степень трещиноватости; в качестве выходных - категории сплошности, твердости и абразивности.
В результате кластер-анализа породы, обычно встречающиеся в разрезе при бурении нефтяных и газовых скважин, были разделены на пять классов. Каждый класс показывает соответствие категорий сплошности, твердости и абразивности отдельной группы горных пород их геолого-петрографическому описанию, что позволяет для любого класса сформулировать соответствующие лингвистические правила. Например, если порода - известняк, мергель, галит, доломит, глина, по степени уплотнения пористая или пористо-кавернозная, не содержит алевро-песчанисто-го материала, кремнистых и железистых стяжений, характеризуется слабой трещиноватостью, то она относится к категории сплошности 2-3, 5, категории твердости около 3-4 и категории абразивности около 1-2. Точно так же можно сформулировать остальные четыре правила, т.е. для каждого полученного кластера.
Очень часто возникает необходимость в показателе буримо-сти, комплексно характеризующем горную породу, т.е. обобщенном показателе, учитывающем отмеченные свойства горных пород. Использование такого показателя позволяет в некоторой степени упростить соответствующие выражения для прогнозирования показателей бурения скважин. Для этого осуществлен подход, позволяющий по данным оценок сплошности, твердости и абразивности горных пород получить обобщенную характеристику, учитывающую отмеченные свойства. Он основывается на реализации возможности сведения нескольких критериев (оценок, параметров) к единому с учетом их весов.
Следующий этап предусматривает анализ и оценку влияния различных факторов на показатели бурения для прогнозирования этих показателей и возможных осложнений. По результатам оценки строится соответствующая модель, которая наряду с показателем, учитывающим свойства горных пород, включает технологические факторы и параметры, учитывающие тип долота. При построении модели принималось во внимание, что вследствие сложности условий бурения невозможно построить
такую универсальную модель, которая позволяла бы успешно описывать процесс в различных геолого-технологических условиях. Наличие большого числа факторов, в том числе имеющих случайный характер и не поддающихся учету, наглядно показывает трудность построения модели скорости проходки.
С учетом того, что имеющиеся в настоящее время модели строились для различных условий, нами предварительно проведен их сравнительный анализ, в процессе которого определялись параметры для одного и того же интервала методом случайного поиска. При этом для каждого параметра выбираются границы и шаг варьирования внутри границ, параметры определяются из условия сведения к минимуму суммы квадратов отклонений фактических и расчетных значений. Были проанализированы 10 базовых моделей, предложенных в разное время различными исследователями, в результате выбран вид модели.
На основе сбора и обработки данных о бурении скважин, результатов промысловых наблюдений, а также информации о свойствах горных пород формируется комплексная информация, используемая для идентификации моделей. Построение модели осуществляется в пределах каждого однородного интервала. Вначале строятся частные зависимости, в которые впоследствии включаются неучтенные факторы. За основу была принята известная модель [7, 8]. Далее рассчитывается стоимость 1 м проходки. Наилучшие режимные параметры и типы долот уточняются (выбираются) путем вариантных расчетов с помощью положений теории нечетких множеств. Однородные интервалы выделяются по комплексу признаков, характеризующих геологический разрез, значения которых получены в результате реализации программы геолого-технологического прогнозирования по данным ГТИ. Основу программы составляют усовершенствованные методы ^-экспоненты и сигма-каротажа или оценок свойств горных пород (данные исследований керна, шлама, ГИС, геолого-петрографического описания).
Характеристики геологического разреза, оцениваемые с помощью указанной программы, позволяют решать ряд задач в процессе бурения. В частности, как показал анализ, а также исследования последних лет, выполненные различными специалистами [9], на базе такой информации можно прогнозировать интервалы осложнений. Как было установлено ранее [10], поглощающие или проявляющие пласты, вскрываемые в процессе бурения, характеризуются определенным сочетанием показателей (резкое отклонение ^-экспоненты влево от линии тренда, увеличение параметра, учитывающего литологию, высокие коэффициенты пористости, проницаемости и др.). Однако осложнения происходят в тех случаях, когда еще имеются отклонения от нормы па
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.