При строительстве скважин любого профиля и глубины всегда неизменным остается факт возникновения осложнений. Существует множество методов их профилактики и устранения, чего нельзя сказать об их прогнозировании.
Это довольно молодая область в нефтегазовой отрасли, но результаты исследований уже демонстрируют эффективность применяемых технологий.
Один из методов прогнозирования осложнений заключается в создании так называемых паттернов, которые включают в себя определенные значения технологических параметров бурения (вес на крюке, обороты ротора, интенсивность набора угла при ННБ и т.д.). Другими словами, это трафарет, который «накладывают» на работающие скважины, максимально соответствующие выбранному паттерну. Такой метод одновременно охватывает большой объем осложнений, но не дает 100% точности, поскольку паттерн не всегда соответствует реальной скважине.
Разработанный автором метод имеет другой подход:
-
во-первых, в нём используются не технологические параметры бурения, а геологическая характеристика месторождения;
-
во-вторых, расчетные параметры могут сочетаться в огромном количестве вариантов (9,26 трлн), что позволяет построить максимально детализированную математически-геологическую модель скважины;
-
в-третьих, все расчеты привязаны к географическим координатам, что дает возможность прогнозировать осложнения еще на этапе проектирования скважин в любой выбранной на карте точке.
Всё это позволяет добиться максимальной точности в расчётах, но в отличие от метода с паттернами, для каждого типа осложнений подход будет слегка отличаться.
Описание алгоритма
Разработанный алгоритм в общем виде имеет 3 этапа:
-
определение параметров, от которых зависит возникновение осложнений;
-
расчёт вероятности возникновения осложнений в зависимости от каждого параметра в отдельности;
-
расчёт вероятности возникновения осложнений при учете всех параметров одновременно (общую вероятность).
Он может быть применим ко всем видам осложнений: поглощения буровых растворов, флюидопроявления, осыпи и обвалы, прихваты бурового инструмента. В основе расчетов лежат формулы теории вероятности и комбинаторики (формула определения статистической вероятности событий, теорема об умножении вероятностей и основная формула комбинаторики), а в качестве параметров расчетов выступают геологические факторы, влияющие на возникновение определенного вида осложнений.
Работу алгоритма прогнозирования осложнений можно рассмотреть на примере поглощений бурового раствора. К основным геологическим факторам, влияющим на возникновение поглощений, относятся пластовые давления, давления гидроразрыва пласта, тектонические нарушения и тип и свойства коллектора. Таким образом, после анализа более 70 проектов строительства скважин на различных месторождениях было выделено 11 параметров расчета:
- тип горной породы;
- категория горной породы по крепости
- коэффициент кавернозности;
- пористость;
- проницаемость;
- тип бурового раствора;
- плотность бурового раствора;
- тип коллектора;
- градиент пластового давления;
- градиент давления поглощения (гидроразрыва);
- глубина поглощения.
Пункты 1-5 и 8 были выбраны по причине того, что наряду с типом коллектора они дают полную характеристику пластов: размер пор, каверн и трещин; объем флюида, который может принять пласт и т.д.
Пункты 6 и 7 являются технологическими факторами. Они были выбраны с целью привязки результатов расчетов к определенному типу бурового раствора, чтобы на основании этого приводить рекомендации по использованию промывочных жидкостей, наиболее подходящих к конкретным скважинным условиям.
Методология расчетов
Итак, для расчета вероятности возникновения поглощений в зависимости от какого-либо одного параметра применялась формула статистической вероятности (1-ый этап):
где m – число благоприятных событий – в данном случае, это число поглощений, возникших при конкретных параметрах (например, число поглощений, возникших только при прохождении песчаников), n – число всех возможных событий (общее число поглощений на конкретном участке).
Далее, для расчета общей вероятности (2-ой этап) применялась теорема о перемножении вероятностей: произведением событий «А» и «В» называется событие «АВ», которое наступает тогда и только тогда, когда наступают оба события «А» и «В» одновременно. Причем каждое событие «A» и «B» являются независимыми, т.е. вероятность одного события остается неизменной независимо от того, произошло другое событие или нет.
В данном случае каждое событие – это вероятность возникновения поглощения бурового раствора при учете какого-либо одного из 11 параметров. Тогда расчет общей вероятности возникновения поглощения сводится к простому перемножению всех 11 вероятностей по каждому параметру (по типу ГП, типу коллектора, пористости и т.д.) Формула имеет вид:
Основная формула комбинаторики использовалась для определения вычислительной мощности алгоритма. С помощью нее было и определено количество сочетаний расчетных параметров, равное 9,26 трлн различных вариантов. И вероятность каждого из этих случаев может быть рассчитана. Формула имеет следующий вид:
Принцип работы алгоритма
Для реализации алгоритма было написано приложение. Его работа начинается с ввода географических координат, где расположена действующая скважина или планируется бурение новой скважины. Далее расчёт производится двумя путями:
-
расчёт максимальной и минимальной вероятности возникновения осложнений на выбранном участке;
-
-
построение геологической модели скважины путём выбора конкретных параметров из выпадающего списка.
Рисунок 1 – Содержимое выпадающего списка
На рисунке 1 представлен прототип интерфейса приложения с демонстрацией содержимого выпадающего списка (на примере типа горной породы). Каждому типу горной породы соответствует зависящая от него вероятность поглощения бурового раствора (БР). Таким же образом реализованы все параметры расчёта.
Для моделирования скважинных условий необходимо присвоить каждому параметру конкретное значение из выпадающего списка.
Как видно из рисунка 2, в соответствующие поля вводятся географические координаты скважины, после чего рассчитывается минимальная и максимальная вероятности поглощения бурового раствора для выбранного участка. Далее устанавливаются значения каждого расчётного параметра, тем самым моделируя геологические условия на этом участке (в данном случае, для глубины 690 м), и производится расчёт вероятности.
Рисунок 2 – Расчёт вероятности возникновения поглощения БР
Зная минимальную и максимальную вероятность, можно уже на этом этапе понять, насколько смоделированные условия благоприятны для бурения.
Таким образом, имея описание геологического разреза месторождения (литологическая характеристика, в частности), прогнозирование осложнений представляется возможным как на этапе проектирования, так и в режиме реального времени.
Keywords: drilling, design, control of complications, calculation algorithms, equipment downtime
