Аннотация
В статье проанализирован материал литолого-фациальных и петромагнитных исследований каменного материала — керна и шлама при бурении скважин с горизонтальным окончанием. Показано, что степень анизотропии обвальной фракции шлама служит критерием стабильности стенки скважины. Опытным путем доказано, что по соотношению техногенной, обвальной и рабочей фракциям шлама с одновременным анализом временных данных ГТИ можно уверенно определять увеличение износа бурового инструмента, в том числе и отдельно долота.
Ключевые слова: петромагнетизм, шлам, горизонтальные скважины,
геолого-технологические исследования.
Abstract
The article analyzes the material of lithologic facies and petromagnetic studies of stone material represented by core and cuttings when drilling wells with horizontal completion. It is shown that the degree of anisotropy of the crumbling fraction of the cuttings serves as a criterion for the stability of the well wall. It has been experimentally proven that by the ratio of the technogenic, crumbling and working fractions of the cuttings with the simultaneous analysis of the GTR time data, it is possible to confidently determine the increase in wear of the drilling tools, including a bit separately..
Keywords: petromagnetizm, cuttings, horizontal directional drilling, geologic tecnological researches.
Литолого-фациальные и петромагнитные исследования каменного материала -керна и шлама служат хорошим подспорьем для контрольно-интерпретационной службы при решении узкоспециализированных и обзорных работ [2]. При составлении схемы корреляции в том случае, если геофизические репера отбиваются неоднозначно на кривых разного типа каротажей, они незаменимы.
Выделение древнего и современного водо-нефтяного контакта, оценка качества покрышки, определение перерывов в осадконакоплении, выявление зон технологических осложнений — это далеко не основные задачи, решаемые при сопоставлении данных литолого-фациальных и петромагнитных методов. Главная задача — уточнение геологического строения и построение схемы корреляции решается после полной расшифровки результатов и сведения воедино результатов работы основных служб (геолого-технологической, геофизической), и лабораторий (литолого-фациальной и петромагнитной) [1,2]. Несколько лет при работе с керном и шламом месторождений Самарской области [2] сопоставление данных литолого-фациального и петромагнитного методов давало отличные результаты. Фациальная природа выделенной петромагнитными данными седиментационной ритмичности уточнялась и определялась после детального литолого-петрографического исследования каменного материала — керна и шлама. Однако первые же попытки работы со шламом горизонтальных скважин показали полную несостоятельность разработанной и опробованной более чем на одиннадцати месторождениях Самарской области сложной методики. Главная причина фиаско выглядела, на первый взгляд, логично и убедительно: рабочая фракция шлама, ранее поставлявшегося с буровой нам на исследования, имела размер 3-7 мм. При этом более крупная фракция, в основном обвальная, но дополнительно содержащая крупные обломки разбуриваемой породы из предыдущего интервала, также описывалась и анализировалась. Более мелкая, как правило, оставалась без внимания. Такой материал, пусть и с задержкой в одну-две пробы (4 м в среднем) помогал увидеть и описать литолого-петрографические, структурно-текстурные, а также физико-механические особенности породы, служащие основой для дешифрирования обстановок прошлого при проведении литолого-фациального анализа. Шлам же из-под долот истирающего типа имеет размер менее 1 мм и более похож на грубую муку или мел, чем на привычный каменный материал, применяемый при предыдущих работах. Вторая причина — прибор, которым проводились петромагнитные измерения. В нашем случае использовался портативный измеритель магнитной восприимчивости SatisGeo KM-7. Главными достоинствами измерителя, выбранного нами, являются прежде всего его экспрессность и простота измерений — он без труда может быть использован в режиме онлайн на буровой. Основной недостаток состоит в том, что малогабаритный каппаметр -прибор, показания которого, по указанию самих разработчиков, нужно дублировать и уточнять в лаборатории, его показания напрямую зависят как от петромагнитных свойств самих пород, так и от используемой методики измерений, которая оказалась еще не до конца разработанной для шлама. Первые эксперименты показали резкую анизотропию замеров петромагнитных характеристик (показания прибора резко различны в пределах одной и той же пробы). Можно было решить, что причина сильных колебаний результатов отдельных замеров кроется именно в приборе, но доводом против такого предположения служили примеры многочисленных опробований с положительным результатом при проведении замеров рабочей фракции шлама 3-7мм. Нами было принято решение о доработке методики работы с тонкоперетертым шламом и выявлении причин анизотропии результатов замеров петромагнитных характеристик.
Объектом исследования, выбранным нами для отработки методики проведения петромагнитных замеров, послужил шлам, взятый из горизонтальных стволов нескольких скважин выдержанного по простиранию и по мощности терригенного пласта ЮС-1 Киняминского месторождения, в котором петромагнитные свойства не должны резко изменяться. Петрографически шлам представлен тонкоперетертыми зернами кварца, реже полевого шпата алевритовой и песчаной размерности с незначительной примесью хлорит-гидрослюдо-каолинитовых глин и карбонатного материала. Доказано, что для выделения седиментационной ритмичности, а также для оценки качества шлама из всех возможных петромагнитных параметров достаточно использовать два основных: магнитную восприимчивость (каппу) и прирост магнитной восприимчивости (термокаппу) [3]. Эти два параметра измерялись и нами. Шлам, согласно методике, перед проведением замеров должен очищаться от магнитной техногенной примеси и взвешиваться. Размагничивание проб является стандартной процедурой, проводимой перед началом проведения петромагнитных исследований шлама [1,2,4]. Но при работе с тонкоперетертым шламом неожиданно возникли сложности, связанные с невозможностью полного отделения техногенной примеси (окалина, стружка, попадающая в шлам в результате износа рабочего инструмента) от рабочей фракции. Очевидно, плохая очистка шлама от магнитной фракции послужила одной из причин анизотропии замеров петромагнитных параметров. Кроме того, в тонкоперетертом материале, размер частиц которого менее 1 мм, в сильномагнитную фракцию попадает часть рабочей фракции, содержащей ферромагнитные минералы, удаление которых отрицательно сказывается на петромагнитных замерах. Техником, готовившим пробы к анализам, опытным путем был выбран оптимальный сценарий работ при размагничивании шлама [3]. Эксперимент проводился в двух вариантах: первом — стандартном, при котором полностью размагниченный образец делился на две части, и втором, более оптимальном, при котором образец сепарировался на сильно-, средне- и немагнитную фракции. Сильномагнитная фракция в дальнейшем не учитывалась. Среднемагнитная (обломки пород, содержащих магнитные минералы, а также отдельные кристаллы магнетита) добавлялась к препарату, и он разделялся, как и в первом случае, на контрольную и экспериментальную (прокаливаемую) части. Первоначальноеполное размагничивание образца необходимо в целях минимизации возможного искажения данных вследствие неполного разделения магнитной фракции на техногенную и минеральную. Практика показывает, что вместе с техногенным материалом на сепаратор попадает некоторое количество немагнитных обломочных частиц. Полностью устранить такой захват невозможно, можно лишь свести его к минимуму путем многоступенчатого сепарирования пробы. Облегчить процесс можно, встряхивая севший на сепаратор материал. Как правило, стальные частицы не стряхиваются. После каждого повтора полученная фракция просматривается под бинокуляром. Если, кроме стружки, она продолжает содержать значительное количество нетехногенного материала, операция повторяется. Затем минеральная часть магнитной фракции взвешивается и добавляется к размагниченному препарату. Техногенная же взвешивается и удаляется из образца. [4].
Сравнение результатов показало, что многоступенчатая очистка шлама от техногенной магнитной примеси оказалась эффективной и простой: при этом шлам равномерно распределяется по поверхности и через немагнитный тонкий материал (лист бумаги, ткань), приложенный к одной стороне магнита, несколько раз сепарируется, из него удаляется техногенная сильномагнитная фракция.
После того, как путем многоступенчатой очистки шлама от техногенной магнитной примеси удалось свести к минимуму ее влияние на результаты измерений, требовалось провести точную привязку аномально тяжелых и наиболее анизотропных проб к разрезу и выяснить, связана ли анизотропия замеров с литологией вскрываемых отложений или она является следствием технологических операций, проводимых во время бурения. Пробы были разделены на две фракции: размером менее 1 мм и 1.0-3,0 мм. Анизотропной оказалась более крупная фракция, фракция менее 1,0 мм стабильна в значениях. Кроме того, замечено, что чем больший вес имеют пробы шлама, тем большая степень анизотропии им свойственна.
Анализ результатов данных весового соотношения общих проб и магнитной фракции шлама в каждой пробе с данными ГТИ показал, что, как правило, большой объем выбуренной породы выходит на поверхность после интервалов изменения режима бурения для корректировки зенитного и азимутального углов — «слайдирования», интенсивной промывки перед началом бурения свечки (трубки), в случае технологических осложнений или перед проведением замеров инклинометрии (все технологические операции зафиксированы в журналах, сводках и на временных данных службы ГТИ). Величина веса пробы находится в прямой зависимости от качества шлама, что необходимо учитывать при его привязке к глубине. Об этом же говорит и поведение замеров петромагнитных параметров: — в «тяжелых» пробах отмечается анизотропность замеров, связанная с тем, что в шламе присутствуют породы с разных интервалов. В лабораторных условиях при проведении замеров петромагнитных параметров можно свести ошибку к минимуму, используя статистическую обработку данных из большого количества замеров в разных вариациях. В таких «сборных» интервалах отделить шлам с разных глубин для проведения литолого-фациальных исследований в случае его литологической однородности невозможно. После проведения очередного этапа исследований стало понятно, что для уточнения литологии вскрываемых пород целесообразно, наряду со стандартными исследованиями рабочей фракции шлама, выделение, взвешивание и описание обвальной, как правило, более крупной, фракции, сравнение ее веса с магнитной техногенной примесью, попадающей в шлам вследствие износа бурового инструмента, и проведение замеров петромагнитных параметров отдельно в обеих фракциях — обвальной и основной (рабочей). Все необходимые операции (размагничивание проб шлама, разделение шлама по фракциям, взвешивание отдельно каждой фракции, проведение петромагнитных замеров) целесообразно и действенно проводить на буровой.
Результаты исследований показали, что степень анизотропии обвальной фракции шлама служит некоторым критерием стабильности стенки скважины -чем более анизотропна проба, тем с большего интервала шлам попадает в места скопления, а значит, меньше вероятность возникновения технологических осложнений. Опыт работ показал, что по соотношению техногенной, обвальной и рабочей фракциям шлама с одновременным анализом временных данных ГТИ можно уверенно определять увеличение износа бурового инструмента, в том числе и отдельно долота, диагностировать причины увеличения веса проб шлама.
Список используемых источников информации:
1. Гужиков А.Ю. Геологическая информативность магнетизма керна и шлама осадочных пород, полученных при бурении разведочных скважин // Приборы и системы разведочной геофизики 4(46)/2013. С. 51-61.
2. Гужиков А.Ю., Маникин А.Г., Коновалов А.Н., Коновалова А.А.. Опыт использования петромагнитных характеристик при литологических исследованиях шлама верейского горизонта Ново-Киевского месторождения (Самарская область) // Каротажник. — Тверь, 2015. — № 6 (252). — С. 24-37.
3. Морова А.А., Васильев А.Б. К вопросу о разработке методики лабораторного изучения шлама нефтегазовых месторождений петромагнитными методами/ Нефтегазовый комплекс: проблемы и инновации тезисы III науч-но-практической конференции с международным участием/ Отв. редактор В.К. Тян. — Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2018. — 211 с.: ил. — С 26.
