RU2719792C2 - Method for predicting drilling mud absorption zones when drilling wells based on three-dimensional geomechanical model and tectonic model of deposit - Google Patents

Method for predicting drilling mud absorption zones when drilling wells based on three-dimensional geomechanical model and tectonic model of deposit Download PDF

Info

Publication number
RU2719792C2
RU2719792C2 RU2018127256A RU2018127256A RU2719792C2 RU 2719792 C2 RU2719792 C2 RU 2719792C2 RU 2018127256 A RU2018127256 A RU 2018127256A RU 2018127256 A RU2018127256 A RU 2018127256A RU 2719792 C2 RU2719792 C2 RU 2719792C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
model
well
drilling
seismic
stresses
Prior art date
Application number
RU2018127256A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2018127256A (en
RU2018127256A3 (en
Inventor
Олег Юрьевич Калинин
Сергей Владимирович Лукин
Юрий Викторович Овчаренко
Владислав Вячеславович Жуков
Андрей Сергеевич Бочков
Оксана Александровна Захарова
Алексей Александрович Вашкевич
Антон Юрьевич Хомутов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Газпромнефть Научно-Технический Центр" (ООО "Газпромнефть НТЦ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Газпромнефть Научно-Технический Центр" (ООО "Газпромнефть НТЦ") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Газпромнефть Научно-Технический Центр" (ООО "Газпромнефть НТЦ")
Priority to RU2018127256A priority Critical patent/RU2719792C2/en
Publication of RU2018127256A publication Critical patent/RU2018127256A/en
Publication of RU2018127256A3 publication Critical patent/RU2018127256A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2719792C2 publication Critical patent/RU2719792C2/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B49/00Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions

Abstract

FIELD: soil or rock drilling; mining.
SUBSTANCE: invention relates to methods of investigation of rock massif and can be used for forecast of drilling mud absorption zones during drilling of wells in terrigenous and carbonate reservoirs. Summary: performing complex of geophysical surveys, including seismic exploration operations. Support wells are drilled. Logging data is recorded, coring is selected and analysed for mechanical properties. On the basis of seismic exploration, a cube of seismic attribute Ant-tracking is constructed, which indicates changes in the wave pattern for detection of fractures, cracks and other linear anomalies inside the seismic cube. Exciting disorders are identified. Then one-dimensional geomechanical model and well stability model for support wells is calculated. Resilient-strength properties and main stresses in support wells are calculated. Resilient-strength properties are transferred and propagated in the inter-well space using geostatistics. Three-dimensional geomechanical model is loaded with boundary conditions obtained based on a one-dimensional geomechanical model. Stresses are calculated by finite element method. Result of calculation is full stress tensor in modelling sector, cubes of resilient-strength properties and cubes of main voltages. For isolated surfaces of breaking disruptions Mohr-Coulomb destruction criterion is used, data for calculation of which is taken from calculated cubes of main stresses. For each point on the fracture surface, its state is determined, whether active or inactive. Tectonic model of the deposit is constructed. Discrete network of cracks is built on the basis of tectonic model driver. Conclusion is made on the probability of absorption of drilling fluid based on the intersection of a large number of cracks with the well trajectory, without crossing the trajectory with the fracture. Model of stability of the wellbore of the design well is constructed, and zones of auto-hydraulic fracturing are identified by way of application of the washing program on the model of stability of the design well. Conclusion is made on necessity to correct program of well flushing.
EFFECT: technical result is ensuring trouble-free construction of well, reducing time for construction of well.
1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к способам строительства скважин при бурении интервалов с зонами осложнений.The invention relates to the oil and gas industry, and in particular to methods for constructing wells when drilling intervals with zones of complications.

Интерес к возможности прогнозирования зон осложнений при бурении обусловлен растущей долей сложно построенных месторождений, бурение на которых осложнено литологическими и тектоническими факторами, ведущими к удлинению цикла строительства скважины, росту непроизводительного времени, дополнительными затратами на бурение и поздним вводом скважины в эксплуатацию.The interest in the possibility of predicting zones of complications during drilling is due to the growing share of complex fields, drilling on which is complicated by lithological and tectonic factors, leading to an extension of the well construction cycle, an increase in unproductive time, additional drilling costs and late commissioning of the well.

Практически на всех месторождениях существуют проблемы, связанные с поглощением бурового раствора различной степени интенсивности, как в трещиновато-кавернозных отложениях, так и в поровых. Поэтому необходимо разработать способы как превентивного (опережающего) характера, так и меры с учетом сложившейся ситуации. Кроме того, при бурении горизонтальных и пологих скважин большой протяженности существует проблема с очисткой ствола скважин, особенно при углах наклона ствола скважины 55-70°.In almost all fields, there are problems associated with the absorption of drilling fluid of varying degrees of intensity, both in fractured cavernous deposits and in pore deposits. Therefore, it is necessary to develop methods of both a preventive (anticipatory) nature and measures taking into account the current situation. In addition, when drilling horizontal and shallow wells of long length, there is a problem with cleaning the wellbore, especially at angles of inclination of the wellbore 55-70 °.

Известны различные технологические способы предупреждения поглощений бурового раствора в процессе строительства скважины, которые включают следующие приемы:There are various technological methods for preventing absorption of drilling fluid during the construction of a well, which include the following techniques:

- бурение с промывкой буровыми растворами, содержащими кольматанты;- drilling with washing with drilling fluids containing mud;

- бурение с использованием аэрированных пенных буровых растворов;- drilling using aerated foam drilling fluids;

- бурение с использованием аэрированных афронсодержащих жидкостей.- drilling using aerated afron-containing fluids.

Недостатками известных способов бурения и предупреждения поглощений является то, что после ввода буровых растворов возможно ухудшение работы забойных двигателей из-за забивания фильтров, практически становится невозможной работа телеметрической системы, система очистки бурового раствора.The disadvantages of the known methods of drilling and the prevention of absorption is that after the introduction of drilling fluids, the downhole motors may deteriorate due to clogging of the filters, the telemetry system and the drilling mud cleaning system become practically impossible.

Из уровня техники известен Способ управления предварительно заданным риском во время буровых работ на скважине (Заявка на изобретение №2016110570, основанная на заявке РСТ US 2013/066856 (25.10.2013) WO 2015/060865 (30.04.2015) Способ заключается в создании графического интерфейса пользователя для отображения i) каждого прогноза предварительно заданного риска в одной из множества зон риска, каждая из которых связана с предварительно заданными приращением времени и уровнем риска, с предварительно заданным интервалом предупреждения во время буровых работ; и ii) предварительно заданной рекомендации по изменению буровых работ на основе одного из прогнозов предварительно заданного риска;The prior art method for managing a predetermined risk during drilling operations in a well (Application for invention No. 2016110570, based on PCT application US 2013/066856 (10.25.2013) WO 2015/060865 (04.30.2015) The method consists in creating a graphical interface a user to display i) each prediction of a predetermined risk in one of a plurality of risk zones, each of which is associated with a predetermined time increment and risk level, with a predetermined warning interval during drilling operations; and ii) a predefined recommendation to change drilling operations based on one of the predicted risk forecasts;

Технической проблемой, решаемой настоящим изобретением, является разработка способа прогноза зон потенциальных поглощений при бурении скважин в карбонатных и терригенных резервуарах характеризующегося повышенной точностью и достоверностью.The technical problem solved by the present invention is the development of a method for predicting potential absorption zones when drilling wells in carbonate and terrigenous reservoirs, characterized by increased accuracy and reliability.

Технический результат заключается в снижении степени поглощения бурового раствора за счет прогноза зон поглощений бурового раствора в пространстве и корректировки траектории проектных скважин.The technical result is to reduce the degree of absorption of the drilling fluid by predicting the zones of absorption of the drilling fluid in space and adjusting the trajectory of the design wells.

Наличие возможности корректировки проектных скважин обеспечит безаварийное строительство скважин, значительное сокращение времени на строительство скважины.Having the opportunity to adjust design wells will ensure trouble-free well construction, a significant reduction in time for well construction.

Техническая проблема решается, технический результат достигается тем, что способ прогноза зон поглощений бурового раствора при бурении горизонтальных, наклонно-направленных, вертикальных скважин в терригенных и карбонатных коллекторах, включает проведение комплекса геофизических исследований, включающих проведение сейсморазведочных работ, бурение опорных скважин, запись комплекса каротажей в опорных скважинах, отбор и исследование керна на механические свойства.The technical problem is solved, the technical result is achieved by the fact that the method for predicting the zones of drilling fluid absorption when drilling horizontal, directional, vertical wells in terrigenous and carbonate reservoirs includes a complex of geophysical surveys, including seismic exploration, drilling of reference wells, recording a logging complex in reference wells, core sampling and examination for mechanical properties.

В результате сейсморазведочных работ получают сейсмический куб амплитуд отраженных волн, на основе которого проводится выделение основных отражающих горизонтов.As a result of seismic exploration, a seismic cube of amplitudes of reflected waves is obtained, based on which the main reflecting horizons are extracted.

Для выделения разрывных нарушений на основе сейсмического куба амплитуд отраженных волн, строится куб сейсмического атрибута Ant-tracking, который указывает на изменения волновой картины для обнаружения разломов, трещин и других линейных аномалий внутри сейсмического куба амплитуд отраженных волн. Полученный куб сейсмического атрибута Ant-tracking подчеркивает все потенциальные разрывные нарушения (разломы, трещины).To identify discontinuous faults based on the seismic cube of the amplitudes of the reflected waves, a cube of the seismic attribute Ant-tracking is constructed, which indicates changes in the wave pattern for detecting faults, cracks and other linear anomalies inside the seismic cube of the amplitudes of the reflected waves. The resulting cube of the seismic attribute Ant-tracking emphasizes all potential discontinuous disturbances (faults, cracks).

Следующим шагом является расчет одномерной геомеханической модели и модели устойчивости ствола скважины для опорных скважин.The next step is to calculate a one-dimensional geomechanical model and a wellbore stability model for reference wells.

Для этого необходимо, чтобы на опорных скважинах была записан определенный комплекс каротажей: гамма-каротаж, плотностной каротаж, акустический каротаж и каверномер. Расчет упруго-прочностных свойств проводят по стандартным формулам и калибруют на данные, полученные из исследований керна на механические свойства, каверномер, а также на данные FIT и LOT.For this, it is necessary that a certain set of logs was recorded on the reference wells: gamma-ray logs, density logs, acoustic logs and caliper. The calculation of elastic-strength properties is carried out according to standard formulas and calibrated using data obtained from core studies for mechanical properties, caliper, as well as FIT and LOT data.

Следующим шагом является перенос и распространение упруго-прочностных свойств в межскважинном пространстве с использованием методов геостатистики. В качестве тренда для распространения упруго-прочностных свойств, могут быть использованы кубы упруго-прочностных свойств, полученные в результате сейсмической инверсии. Полученные кубы упруго-прочностных свойств, впоследствии, используются при расчете методом конечных элементов, результатом которого, является трехмерная геомеханическая модель. Трехмерная геомеханическая модель включает в себя полный тензор напряжений, кубы упруго-прочностных свойств и кубы основных напряжений.The next step is the transfer and distribution of elastic-strength properties in the interwell space using geostatistical methods. As a trend for the propagation of elastic-strength properties, cubes of elastic-strength properties obtained as a result of seismic inversion can be used. The resulting cubes of elastic-strength properties, subsequently, are used in the calculation by the finite element method, the result of which is a three-dimensional geomechanical model. The three-dimensional geomechanical model includes a full stress tensor, cubes of elastic-strength properties and cubes of basic stresses.

Затем производится построение тектонической модели месторождения на основе ранее выделенных разрывных нарушений и информации с опорных скважинах. После построение тектонической модели, производится расчет драйвера тектонической модели, на основе которого производится построение дискретной сети трещин в пределах сектора моделирования, где делается вывод вероятности поглощения бурового раствора на основе пересечения большого количества трещин траекторией проектной скважины (в том случае, если траектория скважины не пересекается с разломом).Then, a tectonic model of the field is built on the basis of previously identified fracturing faults and information from the reference wells. After constructing the tectonic model, the driver of the tectonic model is calculated, on the basis of which a discrete network of fractures is constructed within the modeling sector, where the probability of drilling fluid absorption is inferred based on the intersection of a large number of fractures with the project well trajectory (if the well trajectory does not intersect with a break).

В каждой точке на поверхности разрывных нарушений рассчитывается критерий разрушения Мора-Кулона. Для расчета используются ранее рассчитанные кубы основных напряжений и кубы упруго-прочностных свойств. По результатам расчета элементы разрывных нарушений могут быть разделены на 2 группы: активные и неактивные. Определение критически нагруженного состояния (активного состояния) элемента разрывного нарушения основывается на том что, данный элемент по критерию Мора-Кулона, должен преодолеть полосу хрупкого разрушения, для того чтобы стать активным (потенциально флюидопроводящим).At each point on the surface of discontinuous faults, the Mohr-Coulomb fracture criterion is calculated. For the calculation, previously calculated cubes of basic stresses and cubes of elastic-strength properties are used. According to the calculation results, the elements of discontinuous violations can be divided into 2 groups: active and inactive. The definition of the critically loaded state (active state) of an element of a discontinuous violation is based on the fact that this element, according to the Mohr-Coulomb criterion, must overcome the brittle fracture band in order to become active (potentially fluid-conducting).

Вывод о наличии зоны поглощений делают на основе попадания траектории скважины в «активную» область разлома, характеризующуюся более низкими эффективными напряжениями и близостью к азимуту максимального горизонтального напряжения и/или попаданием траектории скважины в область с высокой трещиноватостью, определенную на основе построенной дискретной сети трещин и/или попадания траектории проектной скважины в область растяжения, рассчитанную на основе тектонической модели месторождения и/или наличия интервалов с низким градиентом ГРП, которые ведут к авто-ГРП при условии некорректно подобранного веса бурового раствора.The conclusion about the presence of the absorption zone is made on the basis of the well trajectory falling into the “active” fault zone, characterized by lower effective stresses and proximity to the maximum horizontal stress azimuth and / or the well trajectory falling into the highly fractured region, determined on the basis of the constructed discrete network of fractures and / or falling of the project well trajectory into the extension region calculated on the basis of the tectonic model of the field and / or the presence of intervals with a low gradient Г P, which leads to auto-PIU provided incorrectly matched mud weight.

Производится расчет зон растяжения или сжатия на основе существующих напряжений и палеонапряжений, где делается вывод о предрасположенности конкретной области к поглощениям бурового раствора при бурении.The calculation of the zones of tension or compression based on existing stresses and paleostresses, where it is concluded that a particular area is predisposed to absorption of the drilling fluid during drilling.

Проводится построение модели устойчивости ствола проектной скважины и выявление зон авто-ГРП путем наложения программы промывки скважины на модель устойчивости ствола проектной скважины, где делается вывод о необходимости корректировки программы промывки скважины.A model of the stability of the well of the project well is identified and auto-hydraulic fracturing zones are identified by superimposing a flushing program on the model of stability of the well of the well, where it is concluded that it is necessary to adjust the well wash program.

Изобретение поясняется чертежами и фотографиями, где на Фиг. 1 представлена схема критерия разрушения Мора-Кулона, где введены следующие обозначения: по оси абсцисс показаны эффективные нормальные напряжения (в МПа), по оси ординат показаны касательные напряжения (в МПа), диагональная линия соответствует прочности породы, красные точки, расположенные выше прочности породы показывают разрушение горной породы и, следовательно, активную область разлома - область через которую возможна фильтрация флюида и серые точки, показывающие неактивную область разлома. Учитывая тот факт, что азимут и угол наклона разлома может меняться вдоль его оси, некоторые области на нем становятся активными, то есть способными пропускать флюид, на Фиг. 2 представлен общий вид разломов с использованием критерия разрушения Мора-Кулона, где областям с зеленой заливкой соответствуют неактивные области разломов, красной заливке соответствуют активные области разлома; скважины, попавшие в красные «активные» области характеризуются катастрофическими поглощениями бурового раствора, длинными циклами строительства скважин и их высокой стоимостью, на Фиг. 3 - показана модель дискретной сети трещин, построенная на основе драйвера тектонической модели, где попадание траектории скважины в высоко трещиноватую зону сопровождается поглощениями бурового раствора (без пересечения разломов), на Фиг. 4 - показаны зоны растяжения и сжатия, полученные на основе напряженно-деформированного состояния среды и тектонической модели месторождения, где поглощения при бурении наиболее характерны для зон растяжения, а затяжки и посадки при бурении - для зон сжатия, на Фиг. 5 - показан расчет модели устойчивости ствола скважины для проектной траектории. Красным окном показан интервал авто-ГРП при текущей (показана зеленым пунктиром) плотности бурового раствора.The invention is illustrated by drawings and photographs, where in FIG. Figure 1 shows a diagram of the Mohr-Coulomb fracture criterion, where the following notation is introduced: the abscissa axis shows the effective normal stresses (in MPa), the ordinate axis shows the tangential stresses (in MPa), the diagonal line corresponds to the rock strength, red dots located above the rock strength show the destruction of the rock and, therefore, the active fracture region — the region through which fluid filtration is possible and gray dots showing the inactive fracture region. Considering the fact that the azimuth and the angle of inclination of the fault can vary along its axis, some areas on it become active, that is, capable of transmitting fluid, in FIG. Figure 2 shows a general view of the faults using the Mora-Coulomb fracture criterion, where inactive fault zones correspond to areas with green fill, and active fault areas correspond to red fill; wells that fall into the red “active” areas are characterized by catastrophic mud losses, long well construction cycles and their high cost, in FIG. 3 shows a model of a discrete network of fractures built on the basis of a tectonic model driver, where a well trajectory entering a highly fractured zone is accompanied by mud absorption (without crossing faults), FIG. 4 - shows the tension and compression zones obtained on the basis of the stress-strain state of the medium and the tectonic model of the field, where absorption during drilling is most typical for tension zones, and tightening and landing during drilling for compression zones, FIG. 5 - shows the calculation of the wellbore stability model for the design trajectory. The red window shows the interval of auto-hydraulic fracturing at the current (indicated by a green dotted line) density of the drilling fluid.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.The proposed method is implemented as follows.

На месторождении проводится комплекс геофизических исследований исследований, включающий в себя проведение сейсморазведочных работ, бурение опорных скважин, запись комплекса каротажей на опорных скважинах, отбор и исследование керна на механические свойства.A complex of geophysical research studies is being carried out at the field, including seismic surveys, drilling of reference wells, recording a complex of logs on reference wells, sampling and core testing for mechanical properties.

По результатам сейсморазведочных работ проводится пикирование основных отражающих горизонтов и выделение разрывных нарушений.Based on the results of seismic exploration, the main reflecting horizons are dived and the discontinuous faults are highlighted.

Выделение основных отражающих горизонтов проводится по стандартной методике. Для выделения разрывных нарушений строится куб сейсмического атрибута Ant-tracking, который подчеркивает изменения волновой картины для обнаружения разломов, трещин и других линейных аномалий внутри сейсмического куба. Для более четкого и контрастного выделения разрывных нарушений построение куба сейсмического атрибута Ant-tracking, производится определенным образом: из исходного сейсмического куба амплитуд отраженных волн в глубинном домене производится построение куба сейсмического атрибута Chaos - атрибута показывающего меру хаотичности сейсмического сигнала. Параметрами окна для расчета (х, у, z) задаются значения 1.5, 1.5, 1.5. Затем, из куба сейсмического атрибута Chaos производится построение куба сейсмического атрибута Ant-tracking в режиме Passive. Полученный сейсмический куб подчеркивает все потенциальные разломы и неоднородности. Для снижения зашумленности сигнала полученный куб сейсмического атрибута Ant-tracking Passive подается на вход алгоритма Ant-tracking, но на этот раз в режиме Aggressive. Данный режим подчеркивает наиболее вероятные тектонические нарушения и неоднородности. Полученный куб сейсмического атрибута Ant-tracking Aggressive заново подается на вход алгоритма Ant-tracking в режиме Aggressive, получая в итоге куб сейсмического атрибута Ant-tracking Aggressive II. Данная манипуляция необходима для более контрастного подчеркивания тектонических нарушений и снижения шума. Пикирование разрывных нарушений, в зависимости от их сложности и геометрии, проводится в ручном, либо автоматическом режиме.The selection of the main reflecting horizons is carried out according to the standard method. To identify discontinuous faults, a cube of the seismic attribute Ant-tracking is constructed, which emphasizes changes in the wave pattern to detect faults, cracks and other linear anomalies within the seismic cube. For a more clear and contrasting identification of discontinuous faults, the construction of the cube of the seismic attribute Ant-tracking is carried out in a certain way: from the original seismic cube of the amplitudes of the reflected waves in the deep domain, the construction of the cube of the seismic attribute Chaos, an attribute showing a measure of the seismic signal randomness. The window parameters for calculating (x, y, z) are set to 1.5, 1.5, 1.5. Then, from the Chaos seismic attribute cube, the Ant-tracking seismic attribute cube is built in Passive mode. The resulting seismic cube emphasizes all potential faults and heterogeneities. To reduce the noise level of the signal, the resulting cube of the seismic attribute Ant-tracking Passive is fed to the input of the Ant-tracking algorithm, but this time in Aggressive mode. This mode emphasizes the most likely tectonic disturbances and heterogeneities. The resulting cube of the seismic attribute Ant-tracking Aggressive is again fed to the input of the Ant-tracking algorithm in Aggressive mode, resulting in the cube of the seismic attribute Ant-tracking Aggressive II. This manipulation is necessary for a more contrasting emphasis of tectonic disturbances and noise reduction. Dive bursting faults, depending on their complexity and geometry, is carried out in manual or automatic mode.

Следующим шагом рассчитывают одномерную геомеханическую модель и модель устойчивости ствола скважины для опорных скважин. Для этого необходимо, чтобы на опорных скважинах была записан определенный комплекс каротажей: гамма-каротаж, плотностной каротаж, акустический каротаж и каверномер. Расчет упруго-прочностных свойств проводят по стандартным формулам и калибруют на данные, полученные из исследований керна на механические свойства.The next step is to calculate the one-dimensional geomechanical model and the wellbore stability model for reference wells. For this, it is necessary that a certain set of logs was recorded on the reference wells: gamma-ray logs, density logs, acoustic logs and caliper. The calculation of elastic-strength properties is carried out according to standard formulas and calibrated using data obtained from core studies on mechanical properties.

Далее проводят распространение упруго-прочностных свойств в межскважинном пространстве методами геостатистики, при этом оставляя одну или несколько скважин, не участвующих в распространении свойств, для проверки качества апскелинга каротажей и качества распространения свойств. Предпочтительным соотношением сторон сектора моделирования является 1:1. Также в модель включают ранее выделенные тектонические нарушения.Next, elastic-strength properties are distributed in the interwell space using geostatistical methods, while leaving one or more wells not involved in the distribution of properties to check the quality of the upscaling of logs and the quality of the distribution of properties. The preferred aspect ratio of the modeling sector is 1: 1. Also included in the model are previously identified tectonic disturbances.

Затем проводится нагружение трехмерной геомеханической модели граничными условиями, полученными на основе одномерной геомеханической модели и расчет напряжений методом конечных элементов. Результатом расчета является полный тензор напряжений в секторе моделирования, а также кубы упруго-прочностных свойств и кубы основных напряжений.Then, the three-dimensional geomechanical model is loaded with the boundary conditions obtained on the basis of the one-dimensional geomechanical model and the stress calculation by the finite element method. The calculation result is a complete stress tensor in the modeling sector, as well as cubes of elastic-strength properties and cubes of basic stresses.

В течение геологического времени разрыв может вступать как в активную, так и в пассивную фазу тектонического развития. Процесс активизации разрывных нарушений означает его переход в критически-напряженное состояние, преодоление полосы хрупкого разрушения, то есть, когда касательные напряжения, действующие в конкретной точке на поверхности разлома (разрыва), превышают эффективные нормальные напряжения.Over geological time, a gap can enter both the active and passive phases of tectonic development. The process of activation of discontinuous violations means its transition to a critical stress state, overcoming the brittle fracture band, that is, when the shear stresses acting at a specific point on the surface of a fault (rupture) exceed the effective normal stresses.

Возникновение новых и активизация существующих разрывных нарушений интерпретируется по закону Мора-Кулона и графически отображается с помощью трехмерной диаграммы. После создания новой трещины, происходит сброс касательных напряжений на плоскость разрыва, также изменяется и напряженное состояние после активизации трещины. (Фиг. 1). Каждая точка на поверхности разлома рассчитывается на основе критерия разрушения Мора-Кулона, который учитывает азимут, зенитный угол, угол внутреннего трения, когезию, азимуты максимального и минимального напряжений, поровое давление, а также рассчитанный тензор напряжений, полученный методом конечных элементов.The emergence of new and activation of existing discontinuous violations is interpreted according to the Mohr-Coulomb law and graphically displayed using a three-dimensional diagram. After creating a new crack, the shear stresses are reset to the fracture plane, and the stress state also changes after the crack is activated. (Fig. 1). Each point on the fault surface is calculated based on the Mohr-Coulomb fracture criterion, which takes into account the azimuth, zenith angle, angle of internal friction, cohesion, azimuths of maximum and minimum stresses, pore pressure, as well as the calculated stress tensor obtained by the finite element method.

Ниже приведены две формулы: (1) - для предельного состояния в момент возникновения разлома, (2) - для предельного состояния в момент активизации разлома.Below are two formulas: (1) - for the limit state at the time of the occurrence of the fault, (2) - for the limit state at the time of the activation of the fault.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
- касательное напряжение на площадки n;
Figure 00000003
- shear stress on the site n;

Figure 00000004
- нормальное напряжение на площадки n;
Figure 00000004
- normal voltage at the site n;

τƒ - прочность сцепления образца (когезия);τ ƒ is the adhesion strength of the sample (cohesion);

Kƒ - коэффициент внутреннего трения образца;K ƒ - coefficient of internal friction of the sample;

Ks - коэффициент сухого трения;K s - coefficient of dry friction;

pƒl - давление флюида;p ƒl is the fluid pressure;

Для расчета напряжений, действующих на разлом, требуется знать значения главных напряжений и направляющие косинусы нормали к трещине в пространстве главных напряжений. (3); (4)To calculate the stresses acting on a fault, it is necessary to know the values of the principal stresses and the direction cosines of the normal to the crack in the space of principal stresses. (3); (4)

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

l, n - первый и третий направляющие косинусы нормали к трещине в пространстве главных напряжений;l, n - the first and third direction cosines of the normal to the crack in the space of principal stresses;

В ходе анализа критически-напряженного состояния также необходимо учесть кинематику разрывного нарушения и его ориентацию относительного азимута максимального горизонтального напряжения и азимута скважины.In the analysis of the critical stress state, it is also necessary to take into account the kinematics of the discontinuous disturbance and its orientation in the relative azimuth of the maximum horizontal stress and the azimuth of the well.

Активные области разломов способны пропускать флюид и являются причиной поглощений бурового раствора. Таким образом, выделяют области разломов, характеризующиеся потенциальными поглощениями бурового раствора и проводят корректировку траектории проектной скважины.Active fault zones are capable of transmitting fluid and cause mud uptake. Thus, fault areas are identified that are characterized by potential absorption of the drilling fluid and the project path is corrected.

В пределах сектора моделирования проводится построение тектонической модели месторождения квазиклассическим методом, а именно посредством построения инверсионной модели напряжений. Для построения тектонической модели используют все тектонические нарушения в пределах сектора моделирования. Кондиционность тектонической модели и рассчитанного драйвера тектонической модели, проверяют сопоставлением полученных геометрических характеристик трещин (угол и азимут падения) с характеристиками трещин, записанными специальными геофизическими приборами - имиджерами. На основе тектонического моделирования и вероятностной оценки трещин выявляют драйвер тектонической модели и получают необходимые параметры для построения тектонической модели трещиноватости, а именно 3Д тренд плотности, углов и азимутов падения трещин. В областях с высокой трещиноватостью делают вывод о потенциальных зонах поглощения бурового раствора (Фиг. 3).Within the modeling sector, a tectonic model of the field is constructed using the semiclassical method, namely, by constructing an inverse stress model. To build a tectonic model, all tectonic disturbances within the modeling sector are used. The conditionality of the tectonic model and the calculated driver of the tectonic model is checked by comparing the obtained geometric characteristics of the cracks (angle and dip azimuth) with the characteristics of the cracks recorded by special geophysical instruments - imagers. On the basis of tectonic modeling and probabilistic assessment of cracks, the driver of the tectonic model is identified and the necessary parameters are obtained for constructing a tectonic model of fracturing, namely, the 3D trend of the density, angles and azimuths of cracks. In areas with high fracturing conclude the potential absorption zones of the drilling fluid (Fig. 3).

На основе тектонической модели проводят расчет относительных перемещений и деформаций горных пород. При этом перемещения и деформации оценивают по трем направлениям: х, у, z. В областях, где происходит разнонаправленное перемещение горных пород образуются зоны растяжения, соответственно, в областях, где перемещение направлено друг к другу, образуются зоны сжатия. За счет тектонического движения горных пород происходит перераспределение пустотного пространства в горных породах, что ведет к образованию областей, склонных к провалу инструмента при бурении и поглощениям бурового раствора (Фиг. 4).Based on the tectonic model, the relative displacements and deformations of rocks are calculated. In this case, displacements and deformations are estimated in three directions: x, y, z. In areas where there is multidirectional movement of rocks, tension zones are formed, respectively, in areas where the movement is directed towards each other, compression zones are formed. Due to the tectonic movement of rocks, a redistribution of the void space in the rocks occurs, which leads to the formation of areas prone to tool failure during drilling and mud losses (Fig. 4).

Используя рассчитанные кубы упруго-прочностных свойств и кубы основных напряжений из трехмерной геомеханической модели, проводят перенос свойств и напряжений на плановые траектории скважин. Для плановых траекторий скважин делают расчет модели устойчивости ствола скважины (Фиг. 5) и делают вывод о необходимости корректировки программы промывки скважины.Using the calculated cubes of elastic-strength properties and cubes of basic stresses from a three-dimensional geomechanical model, the properties and stresses are transferred to the planned trajectories of the wells. For planned well trajectories, a wellbore stability model calculation is made (Fig. 5) and a conclusion is made about the need to adjust the well wash program.

Эффективность предлагаемого способа была проверена на 45 скважинах Царичанского + Филатовского лицензионного участка Оренбургской области. Для исследования брались скважины как вертикальные, так наклонно-направленные и горизонтальные. Анализ проводился как на участках с разрывными нарушениями, так и на участках, удаленных от разломов. Исследования на исторических данных бурения показали, что поглощения были вызваны одним (или несколькими) механизмами поглощения. Дальнейшее бурение проводилось с учетом корректировок проектных траекторий скважин, что позволило значительно сократить время бурения скважины и снизить ее стоимость. Это еще раз подтверждает справедливость предположения о том, что именно тектоническая составляющая несет высокий вклад в распределение областей потенциальных поглощений бурового раствора при бурении, а своевременная корректировка траектории скважины позволяет избежать проблем при бурении. Кроме того, обнаружилась заметная роль качества исходного сейсмического куба амплитуд отраженных волн - его низкое качество затрудняет выделение и прослеживание тектонических нарушений, ведет к недооценке или переоценке тектонических нарушений.The effectiveness of the proposed method was tested at 45 wells Tsarichansky + Filatovsky license area of the Orenburg region. For the study, wells were taken both vertical, so directionally and horizontally. The analysis was carried out both in areas with discontinuous violations and in areas remote from faults. Studies on historical drilling data have shown that the absorption was caused by one (or several) absorption mechanisms. Further drilling was carried out taking into account adjustments to the design trajectories of the wells, which allowed to significantly reduce the time of drilling the well and reduce its cost. This once again confirms the validity of the assumption that it is the tectonic component that makes a high contribution to the distribution of the areas of potential absorption of the drilling fluid, while timely adjustment of the well path avoids drilling problems. In addition, a noticeable role was played by the quality of the initial seismic cube of the amplitudes of the reflected waves - its low quality makes it difficult to isolate and trace tectonic disturbances, leads to underestimation or overestimation of tectonic disturbances.

Результаты проведенных исследований показали, что одновременное использование четырех механизмов снижения рисков поглощений при бурении ведет к высокому синергетическому эффекту, позволяющему эффективно бороться с поглощениями бурового раствора, корректируя траектории проектных скважин и выдавая рекомендации по плотности бурового раствора для каждого интервала бурения.The results of the studies showed that the simultaneous use of four mechanisms to reduce the risk of absorption during drilling leads to a high synergistic effect that allows you to effectively deal with the absorption of the drilling fluid, adjusting the trajectories of the design wells and making recommendations on the density of the drilling fluid for each drilling interval.

Использование предложенного способа позволяет значительно сократить время строительства скважины за счет сокращение времени на борьбу с поглощениями, такими как, установки цементных мостов, прокачка блокирующих составов, перебур части ствола скважины для обхода зоны поглощений.Using the proposed method can significantly reduce the time of well construction by reducing the time to deal with absorption, such as the installation of cement bridges, pumping blocking compounds, the excess of a portion of the wellbore to bypass the absorption zone.

Таким образом, скважины, пробуренные без поглощения бурового раствора (или с минимальными поглощениями бурового раствора), проведены в неактивных областях разломов (либо вне разломов), в зонах с минимальной трещиноватостью и статических областях (не в зонах растяжения или сжатия), где программа промывки индивидуально подобрана для каждой скважины, а наиболее аварийные скважины встретили один или несколько механизмов поглощения бурового раствора.Thus, wells drilled without absorption of the drilling fluid (or with minimal absorption of the drilling fluid) were drilled in inactive areas of the faults (or outside the faults), in areas with minimal fracturing and in static areas (not in the zones of extension or compression), where the flushing program individually selected for each well, and the most emergency wells met one or more mechanisms of absorption of the drilling fluid.

Claims (2)

1. Способ прогноза зон поглощений бурового раствора при бурении горизонтальных, наклонно-направленных, вертикальных скважин в терригенных и карбонатных коллекторах, характеризующийся проведением комплекса геофизических исследований, включающих сейсморазведочные работы, бурение опорных скважин, запись каротажей, отбор и исследование керна на механические свойства, построением на основе сейсморазведочных работ куба сейсмического атрибута Ant-tracking, который указывает на изменения волновой картины для обнаружения разломов, трещин и других линейных аномалий внутри сейсмического куба, и выделением разрывных нарушений, следующим шагом является расчет одномерной геомеханической модели и модели устойчивости ствола скважины для опорных скважин, далее проводят расчет упругопрочностных свойств и основных напряжений в опорных скважинах, перенос и распространение упругопрочностных свойств в межскважинном пространстве методами геостатистики, проводят нагружение трехмерной геомеханической модели граничными условиями, полученными на основе одномерной геомеханической модели, и проводят расчет напряжений методом конечных элементов, результатом расчета является полный тензор напряжений в секторе моделирования, кубы упругопрочностных свойств и кубы основных напряжений, для выделенных поверхностей разрывных нарушений применяют критерий разрушения Мора-Кулона, данные для расчета которого берут из рассчитанных кубов основных напряжений, и определяют для каждой точки на поверхности разлома ее состояние - активное или неактивное, затем проводят построение тектонической модели месторождения, далее производят построение дискретной сети трещин на основе драйвера тектонической модели, делают вывод вероятности поглощения бурового раствора на основе пересечения большого количества трещин траекторией скважины, без пересечения траектории с разломом, при этом проводят построение модели устойчивости ствола проектной скважины и выявление зон авто-ГРП путем наложения программы промывки на модель устойчивости ствола проектной скважины, где делают вывод о необходимости корректировки программы промывки скважины.1. A method for predicting mud absorption zones during drilling of horizontal, directional, vertical wells in terrigenous and carbonate reservoirs, characterized by a complex of geophysical surveys, including seismic surveys, drilling of reference wells, logging, core sampling and examination for mechanical properties, construction based on seismic exploration of the cube of the seismic attribute Ant-tracking, which indicates changes in the wave pattern to detect faults, cracks and other x linear anomalies inside the seismic cube, and the identification of discontinuous faults, the next step is to calculate a one-dimensional geomechanical model and model of wellbore stability for reference wells, then calculate the elastic-strength properties and the main stresses in the reference wells, transfer and propagate the elastic-strength properties in the interwell space using geostatistical methods carry out the loading of the three-dimensional geomechanical model with boundary conditions obtained on the basis of the one-dimensional geomechanical mode and, and they calculate stresses by the finite element method, the result of the calculation is the full stress tensor in the modeling sector, cubes of elastic-strength properties and cubes of basic stresses, the Mohr-Coulomb fracture criterion is applied to the selected surfaces of discontinuous faults, the data for the calculation of which are taken from the calculated cubes of basic stresses , and determine for each point on the fault surface its state - active or inactive, then construct a tectonic model of the field, then producing the construction of a discrete network of fractures based on the tectonic model driver, the probability of drilling fluid absorption is inferred based on the intersection of a large number of fractures with the well’s trajectory, without intersecting the trajectory with a fracture, and a model of the wellbore stability is constructed and auto-fracturing zones are identified by applying a flushing program on the stability model of the well of the project well, where they conclude that it is necessary to adjust the well wash program. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при построении тектонической модели производят расчет зон растяжения или сжатия, где делают вывод о предрасположенности конкретной области к поглощениям при бурении.2. The method according to p. 1, characterized in that when constructing a tectonic model, tensile or compression zones are calculated, where they conclude that a particular area is predisposed to absorption during drilling.
RU2018127256A 2018-07-24 2018-07-24 Method for predicting drilling mud absorption zones when drilling wells based on three-dimensional geomechanical model and tectonic model of deposit RU2719792C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018127256A RU2719792C2 (en) 2018-07-24 2018-07-24 Method for predicting drilling mud absorption zones when drilling wells based on three-dimensional geomechanical model and tectonic model of deposit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018127256A RU2719792C2 (en) 2018-07-24 2018-07-24 Method for predicting drilling mud absorption zones when drilling wells based on three-dimensional geomechanical model and tectonic model of deposit

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2018127256A RU2018127256A (en) 2020-01-24
RU2018127256A3 RU2018127256A3 (en) 2020-02-20
RU2719792C2 true RU2719792C2 (en) 2020-04-23

Family

ID=69183926

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018127256A RU2719792C2 (en) 2018-07-24 2018-07-24 Method for predicting drilling mud absorption zones when drilling wells based on three-dimensional geomechanical model and tectonic model of deposit

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2719792C2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112598986B (en) * 2020-12-21 2022-03-18 中国石油大学(北京) Carbonate reservoir microscopic model and preparation method and application thereof
CN115267905B (en) * 2022-07-28 2023-12-19 中国石油大学(华东) Method for predicting crack lost circulation in drilling engineering of complex structural area

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2016110570A (en) * 2013-10-25 2017-11-30 Лэндмарк Графикс Корпорейшн SYSTEMS AND METHODS FOR FORECASTING RISK IN REAL TIME DURING DRILLING

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2016110570A (en) * 2013-10-25 2017-11-30 Лэндмарк Графикс Корпорейшн SYSTEMS AND METHODS FOR FORECASTING RISK IN REAL TIME DURING DRILLING

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
С.В. Жигульский и др. Прогноз критически напряженной трещиноватости на основе тектонофизического и геомеханического моделирования на примере рифейских трещиноватых карбонатных отложений месторождения Восточной Сибири / Нефтяное хозяйство, 2017, N12, стр.24-27. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2018127256A (en) 2020-01-24
RU2018127256A3 (en) 2020-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220282611A1 (en) Method for fracturing activity and intensity monitoring and pressure wave resonance analysis
RU2455665C2 (en) Method of diagnostics of formation hydraulic fracturing processes on-line using combination of tube waves and microseismic monitoring
RU2663011C2 (en) System and method for performing downhole stimulation operations
Vermylen et al. Hydraulic fracturing, microseismic magnitudes, and stress evolution in the Barnett Shale, Texas, USA
Lang et al. Wellbore stability modeling and real-time surveillance for deepwater drilling to weak bedding planes and depleted reservoirs
RU2496003C2 (en) System and method of correction of well shaft direction based on stress field
Dohmen et al. Microseismic magnitudes and b-values for delineating hydraulic fracturing and depletion
WO2015003028A1 (en) Method of calibrating fracture geometry to microseismic events
US20170362935A1 (en) Workflows to address localized stress regime heterogeneity to enable hydraulic fracturing
Qian et al. Diagnostics of casing deformation in multi-stage hydraulic fracturing stimulation in lower Silurian marine shale play in Southwestern China
Moos et al. Predicting shale reservoir response to stimulation in the upper Devonian of West Virginia
US10073185B2 (en) Predicting hydraulic fracture propagation
US11525936B2 (en) Through casing formation slowness evaluation with a sonic logging tool
RU2719792C2 (en) Method for predicting drilling mud absorption zones when drilling wells based on three-dimensional geomechanical model and tectonic model of deposit
Oparin et al. Impact of local stress heterogeneity on fracture initiation in unconventional reservoirs: a case study from Saudi Arabia
US10662761B2 (en) Evaluation of cased hole perforations in under-pressured gas sand reservoirs with stoneley wave logging
WO2016209822A1 (en) Predicting hydraulic fracture propagation
US10393905B2 (en) Torsional wave logging
US11719843B2 (en) Determining a vertically transverse isotropy (VTI) anisotropy along a horizontal section of a wellbore drilled into a formation
Cantini et al. Integrated log interpretation approach for underground gas storage characterization
Fattahpour et al. Building a mechanical earth model: a reservoir in Southwest Iran
Bouchou et al. Advanced Borehole Acoustic Logging Measurements Applications and Their Contributions in Frac Design Optimization/A Case Study in Tight Carbonate, Tuba Reservoir, North Kuwait
Al Aamri et al. Real-Time Data Harvesting: A Confirmation of Fracture Geometry Development and Production Using Fiber Optic in Deep Tight Gas Wells
Hamadas et al. Formation Sampling Optimization Using Borehole Images and Acoustic Data in Tight Gas Sand Reservoir
Al-Nutaifi Wellbore Instability Analysis in a Highly Fractured Carbonate Gas Reservoirs