Южно-Орловское месторождения
Шиповский К.А., Циркова В.С.,
Коваль М.Е., Кожин В.Н.


ООО «СамараНИПИнефть»
ФГБОУ ВО «Самарский ГТУ»
В статье представлены результаты исследований причин полных и катастрофических поглощений бурового раствора при бурении скважин в рифовом массиве Западного купола Южно-Орловского месторождения.
Установлены закономерности распределения интервалов поглощений бурового раствора различной интенсивности в одиночном погребенном рифе верхнефранско-фамено-турнейского времени. Показано, что полные и катастрофические поглощения в одиночном погребенном рифе приурочены к зонам предрифового шлейфа, состоящим из обломочных карбонатных пород. Частичные поглощения происходят в интервалах карбонатных каверно-рещиноватых коллекторов органогенной постройки. Отсутствие или незначительные поглощения характерны для карбонатов биогермного ядра погребенного рифа. Отмечается, что разработка геомеханической модели органогенной постройки на основе особенностей литолого-фациальных зон рифового массива позволяет повысить точность прогнозирования зон поглощений при проектировании строительства скважин. Результаты исследований показывают, что системный анализ и обобщение теоретической и промысловой геолого-геофизической и технико-технической информации позволяют определить природу поглощений бурового раствора в органогенных постройках, спрогнозировать зоны возможных осложнений и разработать эффективные мероприятия по их своевременному предупреждению и ликвидации при бурении скважин на месторождениях Камско-Кинельской системы прогибов (ККСП).
Выработка основных легкоизвлекаемых запасов углеводородных ресурсов требует поиска, открытия и ввода в эксплуатацию новых нефтегазовых месторождений. Применение современных методов сейсморазведки позволяет находить геологические структуры, содержащие значительные запасы углеводородов с высокими дебитами. На территории Самарской области наиболее продуктивными являются месторождения с амплитудными органогенными постройками — древними рифовыми массивами. Бурение скважин на данных месторождениях в ряде случаев крайне затруднено из-за наличия зон полных и катастрофических поглощений бурового раствора. Основные проблемные интервалы — верхнефранско-фаменские и турнейские отложения. Опыт бурения на рифовых месторождениях показывает, что в пределах одной залежи условия проводки скважины существенно отличаются. Некоторые скважины бурятся без поглощений (или они незначительны), а другие с полными и катастрофическими поглощениями, которые требуют значительных временных и материальных затрат на их ликвидацию [6–8]. Знание геологической природы данных осложнений, особенностей их распределения в пределах одного месторождения позволяет прогнозировать их возникновение, своевременно разрабатывать мероприятия по их предупреждению и ликвидации в процессе бурения скважин.

Согласно исследованиям, выполненным Волжским отделением Института геологии и разработки горючих ископаемых (ВОИГиРГИ), более 116 нефтяных месторождений в Самарской области имеют органогенное (биогермное и рифовое) происхождение [2, 3]. Данные залежи представляют собой биогермы, одиночные рифы и рифовые системы девоно-турнейского времени. Территориальное размещение верхнефранских, фаменских и турнейских биогермов, одиночных рифов и рифовых систем связано с элементами Камско-Кинельской системы прогибов (ККСП) и тектоническими элементами Самарской области. Карта рифогенных формаций (по данным ВОИГиРГИ) представлена на рисунке 1.
Рис. 1. Карта рифогенных формаций верхнефранско-турнейского карбонатного комплекса на месторождениях Самарской области
Месторождения с биогермными постройками приурочены к шельфовым зонам и юго-западной границе Жигулевско-Пугачевского свода (Гайдаровское, Горбатовское, Карагайское, Софинско-Дзержинское и др.) [2, 3].

Одиночные рифы открыты на бортовых и шельфовых зонах (Хилковское), а также в депрессионной (осевой) зоне ККСП (Булатовское, Западный купол Южно-Орловского месторождения).

Рифовые системы, вероятно, участвуют в формировании региональной системы валов широтного простирания, проходящих как по границам геологических разломов, так и по бортовым зонам ККСП, а именно на границах перехода мелководной части древнего морского бассейна в более глубокую, депрессионную часть (например, Кулешовское месторождение).

Природные отличия между биогермами, одиночными рифами и рифовыми системами сформировали различные коллекторские свойства данных органогенных построек. Как правило, при бурении на месторождениях с малоамплитудными биогермами поглощения бурового раствора отсутствуют или они незначительны. Для их ликвидации достаточно ввода разнофракционных кольматанов по циклу, прокачки вязкоупругих смесей (ВУС) с кольматантами. В отдельных случаях применяется установка цементных мостов, как, например, на Горбатовском месторождении.

Если верхнефранский биогерм имел необходимые природные условия для своего развития в девонское и турнейское время, то в процессе своего роста он достигал поверхности древнего моря до уровня волнолома. Под физическим воздействием морских волн, приливов и отливов, происходило активное разрушение органогенного массива. Это приводило к переходу биогермной постройки в рифовый массив с типовым природным строением: карбонатное ядро биогерма и генетически связанные с ним фации — продукты разрушения биогерма по периметру в виде органогенно-обломочных известняков различной размерности [1]. Основные фациальные зоны одиночных рифов представлены на рисунке 2.
Рис. 2. Основные фациальные зоны одиночных рифов:
I — ядро рифа; II — предрифовый шлейф; III — глубоководные депрессионные фации

Характерной особенностью рифовых сооружений является закономерное зональное расположение литологических типов пород в теле массива, которое сопровождается подобным зональным размещением фаунистических сообществ, причем смена пород и фауны происходит достаточно резко на коротких расстояниях. Эта зональность является закономерным следствием расчлененности рельефа в пределах рифового сооружения — наличием мелководного или даже выходящего выше уровня моря гребня и резким, часто очень значительным углублением моря на рифовых склонах, — которая ведет к существенным изменениям гидродинамики, освещенности и т.д. [1].

Погребенные среднедевонские одиночные рифы были детально исследованы на примере небольших (2,5 × 0,25 км) островершинных рифов канадской нефтегазовой площади Rainbow «А». В его строении исследователи (J. Langton и G. Chin) выделили две основных фации: ядро рифа и околорифовый шлейф. Ядро рифа сложено строматопоровыми известняками. В верхней части постройки и вокруг рифового ядра располагаются грубообломочные известковые гравелиты, состоящие из крупных фрагментов массивных строматопороидей, массивных и ветвистых кораллов и остатков брахиопод и гастропод. Далее к периферии они замещаются микротонкозернистыми известняками с кораллово-строматопоровым детритом [1]. Расположение фациальных зон погребенного одиночного рифа среднедевонского времени представлено на рисунке 3.
Рис. 3. Профильный разрез погребенного рифа площади Rainbow «А»
По мнению российских и зарубежных исследователей, у одиночных рифов ядро сложено плотными каверно-поровыми известняками, а предрифовый шлейф состоит из крупнообломочных слабосцементированных известняков с высокими коллекторскими свойствами, которые могут быть нефте- или водонасыщенными. Наличие предрифового шлейфа считается одним из основных критериев отличия биогермной постройки от одиночных рифов и их систем, имеющих еще более сложное геологическое строение.

Бурение в предрифовом шлейфе, сложенном крупнообломочными, слабосцементированными, каверно-поровыми и трещиноватыми известняками, может представлять значительную проблему из-за наличия полных и катастрофических поглощений бурового раствора в данной зоне рифового массива.

Учитывая существенные геоморфологи- ческие различия между биогермами, одиночными рифами и их системами, включая береговые, барьерные и краевые рифы, в данной статье приведены результаты исследований зон поглощений в одиночных рифах депрессионной зоны ККСП на примере результатов бурения скважин на Западном куполе Южно-Орловского месторождения.
Южно-Орловское месторождение открыто в 1967 г. В 2008 г. были проведены сейсморазведочные работы по доразведке Западного поднятия данного месторождения. По данным МОГТ-3Д было установлено, что оконтуренное сейсморазведкой погребенное органогенное тело Западного поднятия Южно-Орловского месторождения имеет размеры 2,75 × 1,37 км с высокой амплитудой порядка 320 м. Продуктивные верхнефранские, фаменские и турнейские отложения, выявленные в пределах поднятия (купола), приурочены к карбонатным отложениям биогермного (рифового) тела. На основании материалов ГИС, исследований керна и результатов опробований скважин модель пустотного пространства представляется состоящей из совокупности прослоев каверно-порового коллектора, объединенных системой вертикальных трещин в единую гидродинамическую систему [4].

Ввиду недостаточной степени изученности керном Западного купола, литолого-фациальная зональность данного органогенного массива приведена по аналогии с профилем среднедевонского погребенного одиночного рифа площади Rainbow «А». Западный купол Южно-Орловского месторождения с условными номерами скважин на структурной карте и на временном разрезе crossline сейсмики МОГТ-3Д представлен на рисунке 4.
Рис. 4. Структурная карта по ОГ D3mn и временной разрез crossline Западного купола Южно-Орловского месторождения
По результатам бурения на Западном куполе двух поисково-разведочных и 24 эксплуатационных наклонно-направленных скважин установлено, что в центральной части купола (ядро рифа) поглощения отсутствуют или незначительные (частичные) в семи скважинах: № 2р, 3, 4, 6, 7, 8, 10. Полные поглощения отмечены только в двух скважинах: № 1п и 5.

На периферии купола (шлейфовые зоны) полные поглощения отмечаются повсеместно в девяти скважинах: № 12, 13, 14, 19, 20, 21, 22, 24, 26. Катастрофические поглощения (статический уровень > 150 м) встречены при бурении пяти скважин на краевых частях погребенного рифа: № 9, 11, 25, 18, 16. Статический уровень при поглощении бурового раствора в скважинах № 9, 11, 25, 18, 16 составлял 241, 440, 660, 1 320, 1 370 м соответственно (по сводкам супервайзеров).

В депрессионной зоне, за пределами погребенного рифа, нагнетательная скважина № 23 пробурена без поглощений.

Распределение интенсивности поглощений в фациальных зонах рифового массива на Западном куполе Южно-Орловского месторождения при бурении 26 скважин представлено на рисунке 5.
Рис. 5. Распределение интенсивности поглощений в рифовых зонах верхнефранско-турнейских отложений по 26 скважинам
Зоны полных и катастрофических поглощений в карбонатных отложениях D3m n + D3f m + С1t по Западному куполу Южно-Орловского месторождения по 16 наиболее проблемным скважинам распределяются следующим образом: биогермное ядро — 12 % (2 скважины); предрифовый шлейф — 88 % (14 скважин); зарифовая (депрессионная) зона — 0 %.

Основные методы ликвидации поглощений в погребенном рифе Южно-Орловского месторождения представлены в таблице 1.
Табл. 1. Методы ликвидации поглощений в одиночном погребенном рифе
Детальный анализ зон полных и катастрофических поглощений при бурении пяти скважин на Западном куполе Южно-Орловского месторождения по разрезу профиля I-I показал, что характер и интенсивность осложнений в массиве одиночного рифа различна. Так, в центре рифового ядра в скважине № 4 интенсивность поглощения не превышала 0,4 м³/ч, что не потребовало мероприятий по ликвидации данного осложнения.

При бурении соседней скважины № 5 интенсивность поглощений составляла от 20 м³/ч до полной потери циркуляции бурового раствора. Для ликвидации зон поглощений потребовалась прокачка ВУС, установка цементного моста. Вероятно, полное поглощение в интервале 2 245–2 259 м связано с наличием обломочной зоны предрифового шлейфа, которая сформировалась в наиболее ранний период развития древнего рифа в верхнефранское время (рис. 7). В пользу данной версии свидетельствует тот факт, что глубины зон полных и катастрофических поглощений (по их кровле) уменьшаются от ядра рифа (скв. № 4) к шлейфовым зонам: скв. № 16 – 2 174 м (-1 910 м);
скв. № 5 – 2 245 м (-2 098 м); скв. № 12 – 2 150м (-2 028 м), скв. № 19 – 2 130 м (-1 990 м). Это может быть связано с начальным периодом развития рифа в верхнефранское время и его дальнейшим активным ростом в фамен-турнейское время с формированием обломочных шлейфовых зон в стороны более глубоких, депрессионных участков древнего моря (рис. 4, 6, 7).

Рис. 6. Анализ зон поглощений по разрезу профиля I-I на Западном куполе Южно-Орловского месторождения
Бурение в обломочных зонах предрифовых шлейфов в скважинах № 16, 12 и 19 происходило без выхода циркуляции с полными и катастрофическими поглощениями, для ликвидации которых потребовались дополнительные изоляционные работы, включая установку на двух скважинах профильных перекрывателей ОЛКС 144 (рис. 6, 7).
Рис. 7. Корреляционный разрез профиля I-I на Западном куполе Южно-Орловского месторождения с зонами поглощений
В зарубежных исследованиях отмечалось, что обломочные передрифовые фации протягиваются вдоль «рифовой стены». К ядру рифа примыкает полоса рифовой осыпи, которая состоит из карбонатных обломков неправильной или полукруглой формы размером до 80 мм и более. Эти сцементированные микрозернистым кальцитом фации состоят из обломков органогенных пород ядра рифа, зарифовых известняковых песчаников и микрозернистых известняков [1]. Необходимо отметить, что на скважине № 20 при работе гидрожелонкой в условиях полного поглощения с забоя 2 205 м из контейнера извлекались обломки горной породы размером 50 × 50 мм, что дополнительно свидетельствует об обломочном характере фаций в зоне предрифового шлейфа Западного купола Южно-Орловского месторождения [5].

При проектировании строительства скважин прогнозирование возможных зон осложнений имеет важное значение для разработки технико-технологических решений. Точность прогнозирования интервалов зон поглощений и их интенсивность напрямую зависит от следующей информации:

  • идентификации типа органогенной постройки: биогерм, одиночный риф, рифовая система;
  • геологической и сейсмической модели органогенной постройки;
  • геомеханической модели органогенной постройки, разработанной на основе закономерностей распределения литолого-фациальных зон рифового массива.

Наличие точного прогноза возможных зон поглощений и их интенсивности позволяет обеспечить выбор оптимального расположения устья, профиля, траектории и конструкции скважины, своевременно разработать эффективные мероприятия по предупреждению и ликвидации осложнений в процессе бурения.
ИТОГИ
1. По результатам исследований доказано, что интервалы полных и катастрофических поглощений в одиночных погребенных рифах приурочены к зонам предрифового шлейфа, состоящим из обломочных карбонатов органогенной постройки.

2. Установлено, что интервалы частичных поглощений бурового раствора приурочены к карбонатным каверно-трещиноватым коллекторам надрифовой и рифовой части органогенной постройки.

3. Доказано, что незначительные поглощения (или их отсутствие) характерны для слабопроницаемых карбонатов биогермного ядра одиночного погребенного рифа.

4. Определено, что глубина залегания зон полных и катастрофических поглощений в рифовой постройке меняется и уменьшается от центра биогермного ядра к зарифовой депрессионной зоне.
ВЫВОДЫ
1. Знание геоморфологии органогенной постройки позволяет повысить точность прогнозирования возможных зон поглощений и определить их интенсивность на месторождениях Камско-Кинельской системы прогибов (ККСП).

2. В одиночных погребенных рифах ККСП распределение интервалов поглощений связано с литолого-фациальными зонами органогенной постройки, а именно предрифовым шлейфом и биогермным ядром.

3. Разработка геомеханической модели органогенной постройки с учетом особенностей литолого-фациальных зон рифового массива позволяет повысить эффективность прогнозирования зон поглощений при проектировании и строительстве скважин.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кузнецов В.Г. Геология рифов их нефтегазоносность. М.: Недра, 1978. 304 с.

2. Василистова В.Е., Суровиков Е.Я. Верхнефранско-турнейские рифогенные формации территории Самарской области и их нефтеносность. Самара: ВОИГиРГИ, 2007.

3. Суровиков Е.Я., Василистова В.Е., Коваленко Л.Д., Семенова Е.Г., Светлова С.Ю. Карта рифогенных формаций верхнефранско-турнейского карбонатного комплекса Самарской области. Самара: ВОИГиРГИ, 2007.

4. Пересчет геологических запасов нефти и растворенного газа Южно-Орловского нефтяного месторождения Самарской области (включая Приразломное месторождение). Самара: ООО «СамараНИПИнефть», 2020.

5. Шиповский К.А. Отчеты по авторскому надзору за строительством скважин
Южно-Орловского месторождения. Самара: ООО «СамараНИПИнефть», 2010–2018.

6. Шиповский К.А., Циркова В.С., Коваль М.Е. Прогнозирование полных и катастрофических поглощений при бурении скважин на месторождениях Камско-Кинельской системы прогибов в Самарской области // Нефть. Газ. Новации. 2018. № 10. С. 14–18.

7. Шиповский К.А., Циркова В.С., Коваль М.Е. Прогнозирования и предупреждения поглощений в серпуховском ярусе при бурении скважин на месторождениях Самарской области // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2019. № 9. С. 35–39.

8. Шиповский К.А., Циркова В.С., Коваль М.Е., Пилипец Е.Ю., Крепостнов Д.Д. Повышение эффективности прогнозирования зон поглощений в неогеновых и пермских отложениях на месторождениях Самарской области // Нефтяное хозяйство. 2020. № 5. С. 52–55.
Шиповский К.А., Циркова В.С.,
Коваль М.Е., Кожин В.Н.

ООО «СамараНИПИнефть», Самара, Россия,
ФГБОУ ВО «Самарский ГТУ», Самара, Россия

shipovskiyka@samnipi.rosneft.ru
Материалы и методы
Ключевые слова
Для цитирования
Поступила в редакцию
УДК и DOI
Исследования методом сбора, анализа и обобщения теоретической и промысловой информации с определением закономерностей распределения зон поглощений в рифовой постройке.
бурение, поглощение бурового раствора, органогенные постройки, одиночные погребенные рифы, рифовый массив, депрессионная зона, Камско-Кинельская система прогибов
Шиповский К.А., Циркова В.С., Коваль М.Е., Кожин В.Н. Закономерности распределения зон поглощений в одиночных рифах депрессионной зоны Камско-Кинельской системы прогибов // Экспозиция Нефть Газ. 2021. № 1. С. 34–39. DOI: 10.24412/2076-6785-2021-1-34-39
26.01.2021
УДК 622.248.33
DOI: 10.24412/2076-6785-2021-1-34-39

Рекомендуемые статьи
© Экспозиция Нефть Газ. Научно-технический журнал. Входит в перечень ВАК
+7 (8552) 92-38-33