Кристин А. Элиг-Экономидес
Первоисточник статьи

     Кристин Элиг-Экономидес, профессор нефтяного инжиниринга, заведующая кафедрой в Техасском Университете А & M. До этого она работала 20 лет в компании «Шлюмберже» в области дизайна и интерпретации гидродинамических исследований скважин (ГДИС), включающей в себя характеристики резервуара, современный дизайн конструкции скважин и методы стимуляции скважин. Кристин является членом Американской Национальной Академии Наук. Элиг-Экономидес получила степень бакалавра в области математики в Университете Райса и степень магистра наук в области химического технологии в Университете Канзаса, а также степень Ph.D в области нефтяного инжиниринга в Стэнфордском университете. Она работала в более чем 30 странах, опубликовала более 60 научных работ, и получил несколько наград Общества Нефтяных Инженеров.

ГДИС на неустановившемся режиме фильтрации
   
    Число специалистов в области ГДИС на неустановившемся режиме фильтрации относительно невелико. Таким образом, профессионалы в данной области будут очень востребованы как ценные сотрудники в добывающих или сервисных нефтяных компаниях.

    Традиционно, ГДИС на неустановившемся режиме фильтрации означает исследование падения или возрастания давления в добывающей или нагнетательной скважинах, либо резкое снижение давления в нагнетательной скважине. Данный тип гидродинамических исследований проводится как во вновь пробуренных разведочных или добывающих скважинах, так и  в скважинах, которые находятся в эксплуатации уже долгое время.
    Наиболее важные исследования проводятся в разведочных и добывающих скважинах. Ключевыми задачами в исследовании разведочных скважин являются определение пластовой температуры и давления, отбор пробы флюида с забоя скважины, оценка продуктивности скважины и нахождение сейсмических особенностей, которые могли бы помочь обозначить контуры месторождения. Однако, когда скважина находится в эксплуатации,  оценка проницаемости по каротажам часто не является репрезентативной. Кроме того, часто ненадежны и измерения проницаемости по керну, извлеченному из скважины во время бурения.
    Тем не менее, программа проведения каротажей может быть включена в предварительные испытания пласта, проводимые с целью отбора пробы пластового флюида на забое скважины и определения значений пластового давления, температуры и проницаемости (проницаемость может быть измерена как в горизонтальном, так и вертикальном направлениях). На данных измерениях сфокусировано внимание некоторых специалистов в области ГДИС на неустановившемся режиме фильтрации. Исследования пластов последние годы приобретают все большее значение, в частности из-за того, что во многих регионах сейчас ограничено сжигание газа на факеле при проведении  разведочных исследований скважины на приток во избежание течения пластового флюида из скважины на поверхность.

Динамическая интерпретация

    Когда задачами исследования являются более точные измерения проницаемости, и, в особенности, оценка площади резервуара, тогда требуется проведение испытания пласта на приток при помощи бурильной колонны  или гидродинамические исследования на обсаженной скважине. Данные исследования делают акцент на согласовании между собой и сглаживании разницы данных, полученных гидродинамиками и геофизиками. Последние могут использовать данные сейсморазведки для идентификации контакта между флюидами или барьера, однако,  только динамические испытания могут подтвердить влияние этого барьера на течение флюида. В последнее время эта  взаимосвязь становиться более ощутимой, во многом благодаря развитию 3D сейсмики, которая способна обнаружить как структурные, так и стратиграфические особенности пласта. Выводы специалиста по гидродинамическим исследованиям скважины являются особенно достоверными при совмещении им геологической интерпретации, объединяющей данные каротажей и сейсморазведки, с динамической интерпретацией.

    Интегрированные  характеристики пласта при построении бизнес-модели разведки и добычи имеют огромное экономическое значение и их роль невозможно переоценить. Если проведенные исследования демонстрируют непрерывность резервуара на значительных расстояниях, то количество добывающих скважин может быть уменьшено. Или, наоборот, если были выявлены структурные или стратиграфические барьеры, указывающие на расчлененность пласта в пространстве, то в план разработки может быть включено большее количество скважин, а поддержание пластового давления путем заводнения может быть значительно осложнено.

    Специалист, разрабатывающий новую модель для интерпретации испытания скважины с переменных давлением, может стать всемирно известным. Некоторые профессионалы в этой области разрабатывают новые инструменты для автоматизирования процесса интерпретации, либо для сбора и обработки больших массивов данных. Эта деятельность требует высокой квалификации в области математики и/или обработки сигналов, а также навыков программирования.

    Наиболее успешные интерпретаторы испытания скважин с переменных давлением учатся работать в команде как с геофизиками, геологами и петрофизиками, так и с инженерами по бурению, добыче и разработке. Как в рационализации, так и в проектировании исследований и их последующем анализе, это сотрудничество значительно обогащает общение и в ходе такого обмена информацией могут исчезнуть  неясности, возникающие, когда данные испытания скважины с переменным давлением  анализируются в условиях дефицита внешней информации.

    Сегодня многие эксплуатационные скважины оборудованы глубинным манометром, или, по крайней мере, устьевым манометром, которые обеспечивают непрерывное измерение давления в скважине. Поскольку дебиты обычно известны напрямую или посредством распределения отборов из нефтесборной системы, комбинация дебита и давления  может быть известна в течение длительного периода времени. Тест восстановления давления проводиться каждый раз, когда скважина закрыта на определенное время по техническим причинам. Хотя скважина и не работает, тем не менее, установленный на устье или на забое манометр будет регистрировать изменение давления, связанного с влиянием соседних скважин. Полученные данные интерференции помогают охарактеризовать участок пласта между этими двумя скважинами.

    Благодаря этим данным могут быть обнаружены проблемы скважины и параметры, которые могут быть использованы при составлении плана ремонта скважины или обработки пласта с целью интенсификации притока.  Также, современные подходы деконволюции обеспечивают виртуальный отклик падения давления в скважине, длящийся от начала работы скважины и до конца последнего исследования восстановления давления, выбранного для деконволюции. Виртуальная просадка давления позволяет в долгосрочной перспективе наблюдать за меняющимся поведением скважины,  которое может быть чувствительно к дальним границам пласта, или даже может охарактеризовать всю площадь дренирования скважины. Такие данные не могут быть получены только из исследования восстановления давления в скважине.

Решая головоломку

    Интерпретация данных ГДИС часто подобна решению головоломки. Цель состоит в нахождении подходящей концептуальной модели, объясняющей тенденцию изменения давления. Концептуальные модели могут помочь достигнуть значительного понимания природы повреждения и продуктивности скважины, геометрии и неоднородности пласта. Такая информация может быть бесценной для понимания воздействия продуктивности горизонтальной скважины по отношению к продуктивности вертикальной скважины, частичного заканчивания скважины, стимуляции ГРП или даже проведения многостадийного ГРП с поперечными трещинами в горизонтальной скважине, влияние которого на целое месторождение обычно не может быть выражено средствами гидродинамического моделирования.

    От профессионалов по гидродинамическим исследованиям скважин требуются комплексные знания, например, понимание связи между продуктивностью скважины и экономикой проекта, какие могут возникнуть проблемы и каким образом их решать. Кроме того, профессионалы в области ГДИС в международных компаниях могут быть приглашены в качестве консультантов при проведении исследований, где компания ведет добычу углеводородов.  В моем случае, работая в сервисной компании, я участвовала в интерпретации исследований для многих компаний по всему миру. Если я не работала активно над конкретным исследованием, тогда я интересовалась новейшими разработками в отрасли, представляемыми на семинарах, тренингах, технических семинарах Общества Нефтяных Инженеров, форумах и конференциях. Передача знаний о технологиях является необходимой нормой в данной области. Тем не менее, почти каждое исследование, над которым я работала, требовало решения новых задач, потому что каждодневное выполнение рутинной работы не оправдывает труд специалиста.

    С развитием промышленности, развивалась и потребность в составлении дизайна и интерпретации ГДИС. В 1960-х и 1970-х годах были разработаны модели, объясняющие поведение изменения давления в вертикальной скважине с гидравлическим разрывом пласта. Когда бурение горизонтальных скважин стало общепринятым элементом разработки месторождения, были разработаны новые модели. Современные модели могут показать поведение давления в горизонтальных скважинах с продольными или поперечными трещинами, а также может учитываться эффект адсорбции газов в скважине, влияющий на изменение давления при добыче сланцевого газа. Все это время специалисты в областях моделирования и интерпретации получали непрерывный поток новых задач, поддерживающих их интерес.

    Со временем появляются все новые и новые задачи, требующие решений. Например, использование температуры вместо скорости течения флюида для описания характеристик многослойных коллекторов является новой многообещающей разработкой в области ГДИС на неустановившемся режиме фильтрации.

    В 1980-х годах, разрабатывались исследования для определения свойств отдельных слоев, объединенных в вертикальной или наклонной скважинах. Эта работа требовала комбинации нестационарного давления со значениями скорости, измеряемыми вертушечным расходомером.

Новый подход

    Поскольку довольно часто нет возможности установить  расходомеры  для каждой продуктивной зоны пласта, то для получения характеристики продуктивных зон, прибегают к дизайну ГДИС на нескольких слоях. В недавней работе, выполненной на базе Техасского Университете A& M, нестационарное давление и измерения температуры были объединены с той же самой целью. Новый подход к этой проблеме был обусловлен наличием распределенных датчиков температуры, использующих для обеспечения непрерывных измерений температуры вдоль всего ствола скважины волоконно-оптические технологии. На протяжении десятилетий было понятно, что запись изменения температуры  может помочь оценить профиль течения флюида в вертикальной скважине с притоком из объединенных слоев, и моделирование изменения температуры показало, что запись температуры от времени представляет собой статический снимок, что возможно использовать для расчета проницаемости и скин-эффекта.  Хотя были возможности использовать ранее разработанные дизайны проведения исследований  многослойных резервуаров и  методы интерпретации, тем не менее, размещение волоконно-оптических датчиков температуры одновременно над каждой продуктивной зоной теперь позволяет определять свойства слоя после каждого изменения скорости флюида .
И хотя было достаточно разработать модель интерпретации изменения температуры, тем не менее, непосредственные результаты стали настоящей неожиданностью.

    Уравнение Хокинса, характеризующее ухудшение коллекторских свойств (ухудшение проницаемости) пласта  вблизи ствола скважины в зоне с определенным радиусом, является удобной концепцией для расчета кислотной обработки призабойной зоны пласта (ПЗП). Если известна степень ухудшения проницаемости и радиус зоны загрязнения, то с учетом этого может быть рассчитан дизайн проведения кислотной обработки ПЗП. В то время как поведение изменения давления в радиальной области вокруг скважины хорошо известно, как правило, не удается использовать эту модель для количественной оценки ухудшения проницаемости и скин-эффекта, потому что давление от ствола скважины распространяется очень быстро и накладывается его резкое изменение вблизи ствола скважины – этот эффект называют влиянием ствола скважины.
Распространение температуры происходит медленнее, и модель, разработанная для интерпретации изменения температуры, на самом деле чувствительна к ухудшениям проницаемости и радиусу поврежденной зоны пласта – все это происходит в сроки, пригодные для исследования. Этот поразительный факт позволяет предположить, что сочетание изменений температуры и давления может обеспечить характеристику  свойств загрязнения, что никогда не было возможно с изменением давления или даже давления и скорости течения флюида.
    Эта работа может быть только верхушкой айсберга относительно того, что с помощью температуры можно охарактеризовать свойства коллектора.

    ГДИС является интересной и динамично развивающейся отраслью. В дополнение к тому, что они играют важную роль в оценке характеристик коллектора, концептуальные модели, разработанные для ГДИС  полезны также и для технологов по добыче, заинтересованных в оценке производительности скважины перед планированием ее заканчивания, а понимание оценки проницаемости является важным фактором для дизайна ГРП или для конструкции многозабойной скважины.
    Специалист в области ГДИС может внести неоценимый вклад в решение целого ряда проблем, с которыми современная индустрия будет сталкиваться еще не один десяток лет.

**Примечание: перевод любительский - это только мое хобби, совмещающее в себе приятное с полезным! Если будут комментарии и пожелания, пожалуйста, пишите. )