Применение сервиса «Управление замерами» с целью уменьшения погрешностей инклинометрических измерений и повышения точности определения пространственного положения ствола скважины при строительстве скважин на месторождении Западной Сибири

Разработка исследуемого месторождения Западной Сибири происходит за счет бурения эксплуатационных скважин с плотной сеткой разбуривания и горизонтальными участками более 2000 метров, что требует применения передовых высокоэффективных технологических решений, а также привлечения опытных специалистов как со стороны недропользователя, так и буровой и сервисной компаний. В условиях уплотненной сетки разработки и малых расстояний между скважинами требуется высокая точность определения положения ствола скважин в пространстве.

Ключевыми задачами, поставленными компаниями недропользователями при строительстве скважин для успешной реализации проектов, являлись:

• соблюдение плотной сетки разбуривания;
• уменьшение погрешностей инклинометрических измерений;
• снижение рисков столкновения с ранее пробуренными скважинами;
• точное определение пространственного положения траектории ствола скважины.

Для достижения поставленной цели со стороны ООО «БурСервис» при бурении скважин на данном месторождении Западной Сибири применялся сервис «Управление замерами».

В рамках сервиса были использованы новейшие технологические решения:

• IFR - локальная трехмерная геомагнитная модель, точная геомагнитная привязка на основе высокоточной магниторазведки;
• MSA - метод многоточечного анализа данных, коррекция азимутальных углов с применением специализированного программного обеспечения для анализа и корректировки замеров инклинометрии;
• SAG - коррекция на прогиб КНБК, корректировка зенитных углов на основе детального анализа всех элементов КНБК.

В настоящее время бурение скважин производится преимущественно с использованием забойных телесистем (MWD/LWD).

В реальном времени с наземных и забойных датчиков передаются данные о пространственном положении ствола скважины - глубина, зенитный угол и азимут, т.е. инклинометрические замеры.

Определение положения ствола скважины в пространстве в процессе бурения магнитными инклинометрами осложняется рядом факторов, таких как погрешности калибровки приборов, несоосность между измерительным прибором и осью скважины, неточность основной геомагнитной модели, регулярные динамические колебания и магнитные бури, магнитное влияние от бурильного инструмента, обсадной колонны, соседней скважины, намагниченность бурового раствора, а также растяжение бурильного инструмента под действием собственного веса. Некоторые из этих погрешностей носят систематический характер, некоторые случайный.

Характерные для каждого из трех компонентов (глубина, зенитный угол, азимут) погрешности измерения во время бурения скважины накапливаются. Таким образом, инклинометрический замер будет представлять из себя не точное положение ствола скважины на данной глубине, а скорее одно из его возможных положений.

Ввиду этого создается область неопределенности вокруг траектории скважины, которая включает в себя все возможные положения ствола с учетом погрешностей с заданной долей вероятности, так называемый эллипс неопределенности (рис. 1).

Эллипс неопределенности представляет собой расчетный объем вокруг траектории скважины, учитывающий все возможные положения ствола скважины с определенным уровнем достоверности. Рассчитывается математически для каждой отдельной скважины. На основе этих расчетов определяется вероятность достижения геологических целей и выполняется оценка рисков столкновений скважин.

Международный комитет по контролю точности инклинометрических замеров (ISCWSA) проанализировал множество источников возможных погрешностей и создал международные промышленные стандарты, модели ошибок (IPM) для определения и учета погрешностей положения скважины. Для того, чтобы рассчитать размер эллипса неопределенности, необходимы: координаты устья, профиль скважины и соответствующие модели ошибок.

IPM содержит набор коэффициентов (рис. 2), позволяющих конвертировать погрешности замера в позиционные ошибки (по вертикали и по горизонтали). Выбор модели ошибок определяется типом инклинометрического прибора, используемой геомагнитной моделью и применяемыми поправками.

Ошибки, включенные в IPM, делятся на несколько типов:

• S - Систематические (наблюдаются от замера к замеру в одном рейсе);
• G - Глобальные (наблюдаются от скважины к скважине);
• R - Случайные.

К глобальным ошибкам относятся неточности геомагнитных моделей. Математические методы расчета азимута основаны на опорных значениях напряженности геомагнитного поля Btotal и магнитного наклонения Dip. Таким образом, в IPM заложены ошибки по значениям геомагнитного поля.

Одним из эффективных способов уменьшения позиционной ошибки по горизонтали при бурении скважин с использованием инклинометров с магнитными сенсорами является метод точной геомагнитной привязки.

Этот метод подразумевает использование локальной трехмерной геомагнитной модели IFR, основанной на результатах высокоточных магнитных измерений. Данная модель, или так называемый «гиперкуб», позволяет учесть влияние геологии, вызванное намагниченностью пород земной коры (местные магнитные аномалии), получить уточненные данные полного вектора индукции магнитного поля Btotal, магнитного наклонения Dip и магнитного склонения Declination, для каждой точки замера (рис. 5-11).

В рамках сервиса «Управление замерами» отделом ННБ ООО «БурСервис» на месторождении Западной Сибири, по которому был смоделирован гиперкуб, при бурении горизонтальных скважин вместо стандартной геомагнитной модели BGGM использовалась более точная локальная геомагнитная модель высокого разрешения IFR. Всего за период с 2018 по 2024 гг. с применением данного сервиса было пробурено 80 скважин.

На основе точной геомагнитной привязки, во время бурения скважин, специалистами ООО «БурСервис» в специализированном программном обеспечении выполнялась коррекция азимута с использованием многоточечного анализа данных MSA, а также коррекция зенитных углов SAG на прогиб КНБК.

Метод многоточечного анализа данных при бурении горизонтальных скважин позволил в режиме реального времени выявить и скорректировать азимутальные ошибки, в том числе, вызванные таким явлением, как намагниченность бурового раствора - эффект магнитного экранирования.

Также, в большинстве случаев, по замерам при бурении горизонтальных участков можно было отметить постоянно заниженные значения напряженности геомагнитного поля Btotal ниже допустимого лимита 300 нТл. После применения коррекции на намагниченность раствора значение интерференционной составляющей исключается полностью, все замеры по Btotal корректируются в референс (рис. 14).

Комплекс методов для повышения точности азимутальных углов IFR+MSA, применяемый при бурении горизонтальных скважин, существенно уменьшил эллипсы неопределенности по горизонтальной составляющей относительно стандартной модели ошибок (рис. 15).

Корректировка зенитных углов SAG на прогиб КНБК, которая также применялась при бурении горизонтальных скважин, уменьшила эллипсы неопределенности по вертикальной составляющей относительно стандартных измерений (рис. 16).

Подразделением ННБ ООО «БурСервис» на месторождении Западной Сибири в период с 2018 по 2024 гг. с использованием сервиса «Управление замерами» IFR, MSA, SAG было успешно пробурено 80 скважин.

Благодаря применению сервиса с использованием точной геомагнитной привязки, метода многоточечного анализа данных и коррекции на прогиб КНБК, при строительстве горизонтальных скважин удалось значительно уменьшить эллипсы неопределенности скважин, по горизонтальной составляющей в среднем на 60 % и по вертикальной составляющей на 40 % относительно стандартных измерений, уплотнить сетку разбуривания и свести к минимуму технологические риски для точной проводки скважин в целевой зоне.

Применение сервиса «Управление замерами», предоставленного ООО «БурСервис», подтвердило свою максимальную эффективность.

Стоит отметить, что сервис «Управление замерами» может применяться как в режиме реального времени, так и для анализа уже пробуренных скважин, а также на этапе планирования новых проектов.

Учитывая положительный результат, команда проекта продолжает совместную работу по достижению лучших показателей за счет применения новых технологических решений, комплексного инженерного подхода и высоких компетенций специалистов всех направлений.