Скрининг геоопасностей и целостность ствола скважины при бурении в сейсмически активных береговых бассейнах

Скрининг геоопасностей и целостность ствола скважины при бурении в сейсмически активных береговых бассейнах

Бурение в сейсмически активных береговых бассейнах сопряжено с категорией рисков, которые не учитываются стандартными рабочими процессами планирования скважин. Реактивация разломов, индуцированная сейсмичность, миграция мелкозалегающего газа по путям трещин, нестабильность пласта — любое из этих явлений может привести к потере ствола скважины, выходу газа на поверхность или разрушению технической обсадной колонны. Все это оборачивается непроизводительным временем (NPT), затратами на ликвидацию и угрозой безопасности персонала. Поэтому, когда оператор приобретает новый лицензионный участок в тектонически активном регионе, скрининг геоопасностей начинается до того, как будет намечена точка бурения. А не после того, как программа бурения уже составлена.

Стандарты и нормативный контекст

Эту работу регулируют несколько отраслевых структур. API RP 96 излагает философию барьеров скважины на протяжении всего ее жизненного цикла. Для проектирования обсадных колонн в условиях возможных подвижек пласта API 5C3 служит основой для разработки расчетных случаев нагружения. Классификация сейсмической опасности для наземных сооружений и устьев скважин обычно осуществляется на основе местных строительных норм, согласованных с ISO 19901-1, который охватывает сейсмическое проектирование стационарных морских платформ, или через береговые аналоги, такие как национальные строительные нормы и стандарты API для береговых объектов. И если вы работаете там, где регулируется индуцированная сейсмичность — в некоторых частях Северной Америки, Ближнего Востока, Центральной Азии — проверьте, налагает ли национальный компетентный орган протоколы «светофора» на операции бурения и закачки.

Фаза 1: Картирование разломов и характеристика сейсмической опасности

Региональный тектонический обзор

Первый результат: региональный реестр разломов. Создавайте его на основе любых имеющихся данных — материалов сейсморазведки 2D и 3D, опубликованных геологических карт, спутниковой интерферометрии (InSAR), если она доступна, каталогов исторической сейсмичности. Суть заключается в том, чтобы отделить активные системы разломов с задокументированным четвертичным (Quaternary) смещением от неактивных структурных элементов, которые несут меньший риск реактивации.

Там, где покрытие 3D недостаточно, данные соседних скважин должны использоваться более интенсивно. Квадратурный объем — поворот фазы на 90°, примененный к сейсмическим данным отраженных волн — сохраняет высокочастотную составляющую, необходимую для обнаружения мелкозалегающих опасностей. Именно так команда выявила скопления мелкозалегающего газа, расположенные на разломах, идущих вверх от более глубоких газоносных пластов, и перенесла предложенные точки бурения с этих аномалий.

Критерии близости к разломам

После создания реестра разломов группа планирования должна определить зоны исключения и зоны повышенного контроля вокруг активных разломов. Универсальных цифр здесь не существует. Зоны зависят от типа разлома (сдвиг, сброс, взброс), расчетной скорости смещения и глубины планируемого ствола скважины относительно плоскости разлома. Для сейсмически активных регионов задайте консультанту по геомеханике следующие вопросы:

• Находится ли разлом в критически напряженном состоянии при текущем режиме напряжений?
• Может ли он проявлять поведение «разломного клапана» (fault-valve), когда сейсмические события мобилизуют запертый флюид и создают быстрые скачки порового давления?
• Где траектория планируемой наклонно-направленной скважины фактически пересекает картированные плоскости разломов?

Пересечение активного разлома стволом скважины не является автоматическим запретом программы. Но оно требует специальных проектных решений для обсадных колонн и планирования на случай непредвиденных обстоятельств.

Фаза 2: Оценка мелководных геоопасностей

Оценка мелкозалегающих геоопасностей

Мелкозалегающие геоопасности в сейсмически активных бассейнах включают, помимо прочего: мелкозалегающий газ и газогидраты, сланцы с аномально высоким давлением, активные разломы, пересекающие верхнюю секцию, и потенциал разжижения грунта на площадке скважины. Руководства OSIG (2017) предоставляют структурированную основу для оценки мелкозалегающих геоопасностей — сейсмика высокого разрешения, геотехнический отбор проб и интегрированное управление рисками на протяжении жизненного цикла скважины.

Ключевые атрибуты для картирования в верхней секции включают:

Работы на месторождении Gale Field показывают, как геометрия разломов на глубине определяет риск мелкозалегающих опасностей: разломы, ограничивающие глубокие газовые резервуары, служили путями миграции, насыщая мелкозалегающие интервалы, которые в противном случае выглядели бы низкорисковыми. Эта вертикальная связность постоянно недооценивается на новых участках, где контроль глубокими скважинами ограничен.

Этап 3: Проектирование целостности ствола скважины для сейсмических сред

Архитектура обсадной колонны

Стандартное проектирование обсадных колонн предполагает статические нагрузки пласта. Здесь этого недостаточно. В сейсмически активных бассейнах проект должен учитывать динамическую нагрузку от скольжения разлома и движение пласта, создающее изгибающие нагрузки на колонну в месте пересечения плоскости разлома. Проектные решения должны включать:

• Увеличенную толщину стенки в интервалах предполагаемого пересечения разломов, выбранную на основе геомеханического сценария нагрузки для конкретного участка, а не общего коэффициента безопасности
• Выбор соединений, обеспечивающих устойчивость как к растяжению, так и к сжатию, поскольку смещение разлома может нагружать обсадную колонну в любом направлении в зависимости от кинематики разлома
• Проектирование цементирования, обеспечивающее полную зональную изоляцию в интервалах пересечения разломов; каналообразование в цементе в зоне разлома создает путь миграции и устраняет функцию гидравлического барьера кольцевого пространства обсадной колонны

Эта работа проводилась как морской проект, но методология напрямую переносится на береговой сейсмически активные условия.

Философия барьеров ствола скважины

Скважина, пробуренная в сейсмически активном бассейне, должна постоянно иметь как минимум два независимых, протестированных барьера ствола скважины во время буровых работ в соответствии с принципами API RP 96. На практике это означает:

• Первичный барьер (гидростатический столб бурового раствора) должен быть спроектирован с профилем порового давления, учитывающим переходные процессы давления в клапанах разломов, а не только статический градиент
• Вторичный барьер (превенторная сборка BOP и обсадная колонна/цемент) должен пройти испытания давлением перед входом в любой интервал, идентифицированный в SSHA как зона повышенного риска
• Испытания целостности башмака обсадной колонны должны проводиться с опорой на геомеханическую модель, и любой результат испытания, отклоняющийся от прогнозируемого градиента гидроразрыва на этой глубине, должен инициировать официальный пересмотр перед продолжением работ

Мониторинг во время бурения

Сейсмически активные бассейны требуют мер мониторинга в реальном времени, выходящих за рамки стандартных параметров бурения. К ним относятся:

• Непрерывный мониторинг порового давления с использованием данных удельного сопротивления и акустики MWD/LWD, при этом интерпретатор должен быть проинформирован о конкретных аномалиях давления, связанных с разломами, выявленных в ходе предварительного SSHA
• Отслеживание базового уровня газа при ГТИ, при этом любая устойчивая тенденция к росту фонового газа должна расследоваться с использованием карты опасностей перед продолжением бурения
• Сейсмограф на буровой площадке или микросейсмический мониторинг, если нормативные требования или допустимый риск оператора требуют подтверждения того, что буровые работы не вызывают наведенную сейсмичность выше определенных пороговых значений «светофора»

Иллюстративный сценарий

Нижеприведенная информация носит иллюстративный характер и не представляет конкретный проект.

Оператор приобретает участок в бассейне складчато-надвигового пояса с задокументированной исторической сейсмичностью. Предварительный SSHA выявляет картированный взброс, падающий в сторону запланированного местоположения скважины, при этом сейсмические атрибуты указывают на газонасыщенный песок на промежуточной глубине непосредственно над висячим боком разлома. Геомеханическая модель показывает, что разлом находится в критически напряженном состоянии в условиях текущего режима сжатия.

Группа планирования реагирует следующим образом: переносит устье скважины по латерали для уменьшения угла пересечения разлома в секции промежуточного направления; проектирует дополнительную промежуточную обсадную колонну для изоляции газонасыщенного песка перед входом в зону разлома; задает программу цементирования с моделированием центрирования для обеспечения полного охвата кольцевого пространства в месте пересечения разлома; и устанавливает протокол микросейсмического мониторинга с заранее согласованными действиями в случае превышения магнитудой событий заданного порога.

Идентификация, характеристика, перепроектирование, мониторинг. Эта последовательность является операционной логикой, которую исследование SSHA Прикаспийского бассейна определяет как механизм, с помощью которого структурированная оценка опасностей снижает как NPT, так и геологические риски.

Контрольный список скрининга геоопасностей перед бурением

Перед утверждением программы скважины на сейсмически активном береговой участке подтвердите следующее:

• Завершена инвентаризация региональных разломов с использованием всех доступных сейсмических, геологических и спутниковых данных
• Идентифицированы активные разломы и определены зоны исключения/повышенного внимания с учетом геомеханических данных
• Проведена оценка мелкозалегающих геоопасностей с использованием квадратурных или эквивалентных сейсмических атрибутов наряду с данными об инцидентах при бурении соседних скважин
• Оценена связность «разлом-пласт» для риска вертикальной миграции газа в верхней секции ствола
• Архитектура обсадных колонн проверена на соответствие геомеханическим сценариям нагрузки, включающим сценарии смещения разломов
• Программа цементирования проверена на предмет полной зональной изоляции во всех интервалах пересечения разломов
• Профиль порового давления учитывает риск переходных процессов в клапанах разломов, а не только статический градиент
• Определен график испытаний барьеров ствола скважины с контрольными точками принятия решений перед входом в интервалы повышенного риска
• План мониторинга в реальном времени определяет ответные действия при газовых аномалиях, отклонениях давления и сейсмических событиях
• Подтверждены нормативные требования к мониторингу наведенной сейсмичности и протоколам «светофора»

Заключение

Скрининг геоопасностей для сейсмически активных береговых (onshore) бассейнов — это не кабинетное исследование, которое заканчивается после утверждения местоположения скважины. Это структурированный, основанный на данных рабочий процесс, который длится от регионального картирования разломов до анализа неглубоких опасностей верхней части разреза, проектирования обсадных колонн и цементирования, и продолжается как программа активного мониторинга во время буровых работ.

Наиболее эффективные программы интегрируют все доступные данные — сейсмические атрибуты, записи об инцидентах на соседних скважинах, геотехнические пробы и геомеханическое моделирование — до написания программы бурения. Выполняйте это строго, и конструкция скважины будет отражать фактический риск недр, а не типовой шаблон. Буровая бригада прибывает на локацию с картой опасностей, которую они могут использовать в режиме реального времени.

Для операторов, входящих на новые участки, немедленным следующим шагом является заказ официального SSHA, охватывающего весь ствол скважины, а не только верхнюю секцию, и обеспечение прямой передачи результатов в проектирование обсадных колонн, спецификацию цемента и план мониторинга в реальном времени. Откладывание этой работы на этап после начала бурения — это именно то, где возникают NPT и нарушения целостности.