Сухие скважины

Разведочные скважины, при испытании которых не удалось получить промышленных притоков нефти или газа, называются сухими скважинами. Из ежегодно бурящихся на территории США скважин в среднем только одна скважина из девяти оказывается продуктивной, а остальные восемь дают при опробовании отрицательные результаты. Это отношение в различных провинциях изменяется, но, как правило, наибольший процент сухих скважин отмечается в тех регионах, где большинство залежей связано не со структурными, а со стратиграфическими ловушками. Отношение числа сухих скважин к числу продуктивных может здесь достигать 20:1. Рентабельность эксплуатации скважины частично зависит от экономических факторов. Так, часто оставляются как сухие скважины, дебит которых составляет 1-1,5 м³ в сутки, или скважины, дающие вместе с нефтью чрезмерно большое количество воды. Может кроме того считаться непромышленной залежь, где глубина залегания продуктивного горизонта велика или

¹Следует отметить, что соляные купола выявлены в настоящее время и на континентальном склоне, и даже в пределах абиссальных равнин (Мексиканский залив). Однако в геологическом строении континентального склона, контпнентального подножия и абиссальной равнины имеется ряд особенностей, не наблюдающихся ни на суше, ни на шельфе. - Прим. ред.

²Геофизические работы в водных бассейнах, как правило (за исключением, может быть, аэромагнитной съемки), проводятся иначе, чем на суше. Проведение значительной части этих методов в водных бассейнах более эффективно, чем на суше, а себестоимость получаемых нефти и газа ниже. - Прим. ред.

³Последние расчеты, приводимые в американских журналах, опровергают это утверждение. Как установлено, затраты на поиски и разработку залежи нефти и газа в водном бассейне в два, а иногда и в 3-4 раза выше (они возрастают с увеличением глубины водного бассейна), чем на суше. Однако вследствие большей продуктивности скважин в море себестоимость тонны нефти или кубического метра газа ниже себестоимости их добычи на суше. Даже в таких водных бассейнах, как залив Кука, в настоящее время нефть, добываемая в море, дешевле нефти, извлекаемой на суше. - Прим. ред.

высоки эксплуатационные расходы и взнос за сухую скважину¹. Напротив, часто оказывается выгодным эксплуатировать неглубокую скважину, дающую всего несколько сотен литров высококачественной нефти в сутки.

Не следует, конечно, любую оказавшуюся сухой скважину принимать за неудачную. Каждая скважина приносит геологу множество данных, всестороннее изучение которых раньше или позже может стать основой для выбора места заложения новой поисковой скважины. Огромное количество поисковых скважин было заложено на участках, на которых благодаря ранее пробуренным сухим скважинам были выявлены структурные поднятия или наличие стратиграфических ловушек. При этом бурение каждой новой поисковой скважины производилось в надежде, что она окажется удачнее расположенной, вскроет перспективный горизонт на еще более высоких отметках и будет продуктивной. Некоторые поисковые скважины закладывались вблизи пробуренных скважин, которые, хотя и расценивались как сухие, имели нефте- и газопроявления или даже давали небольшие непромышленные притоки. Другие располагались вверх по восстанию слоев от уже имевшихся сухих скважин, вскрывших пласт, с расчетом, что они откроют залежь нефти в выклинивающихся песчаных телах. Иногда поисковые скважины бурились вблизи сухих скважин, заложенных в структурно пониженных участках, но позволяющих предполагать наличие разрывного нарушения. Для того чтобы получить подобные геологические данные, приходится затратить значительные средства, поэтому из каждой пробуренной скважины необходимо извлечь максимум возможной информации. Поскольку при геологических наблюдениях на поверхности земли непосредственно определить местоположение залежей нефти и газа невозможно, используются сведения, полученные при бурении сухих скважин, которые часто приводят к открытиям промышленных скоплений углеводородов.

Скважины могут оказаться сухими по одной из многих причин, причем в ряде случаев, устранив эту причину, удается получить промышленные притоки нефти и газа. На основании всех данных, полученных при бурении скважины, всегда следует постараться установить, почему поисковая скважина оказалась сухой. Это даст возможность правильно выбрать расположение последующей скважины, а также избежать ошибок при оценке другого участка. Ниже рассматриваются некоторые из наиболее обычных факторов, определяющих отсутствие промышленных притоков в скважинах. Безусловно, имеется и множество других причин, которые в комплексе определяют каждую сухую скважину как единственную в своем роде, но чаще, по-видимому, встречаются следующие:

1. Отсутствие ловушки во вскрытых скважиной коллекторах. Чаще всего именно в результате этого скважина оказывается сухой. В свою очередь отсутствие ловушки в месте расположения скважины может быть обусловлено несколькими обстоятельствами:

а) Неправильная стратиграфическая корреляция разрезов приводит к ошибкам при поверхностном или глубинном картировании. Она может быть связана с недостаточным количеством и плохим качеством имеющихся данных, с небрежностью при проведении работ или с непониманием геологической ситуации. В результате закартированные на каких-либо участках структурные поднятия или зоны выклинивания коллекторов бурением не подтверждаются.

¹Прежде чем бурить поисковую скважину, производитель работ может заключить контракт с арендатором прилегающего участка земли. Если поисковая скважина оказывается сухой, то по этому контракту арендатор соседнего участка выплачивает производителю работ обусловленную сумму денег, так называемый «взнос за сухую скважину» (dry hole contribution), поскольку пробуренная скважина выявляет перспективы и соседних земельных участков.

б) В результате ошибок, допущенных по небрежности исполнителя работ, может быть неправильно определена абсолютная высота устья скважины или глубина залегания опорных горизонтов разреза. Это приводит к появлению на картах «антиклинальных структур», существование которых затем опровергается бурением разведочной скважины.

в) Выявляющиеся неожиданно для геолога фациальные замещения коллекторов могут обусловить как наличие, так и отсутствие перспективной для поисков нефти и газа ловушки. Фациальные замещения вызывают также изменения скоростей сейсмических волн, а проявляющиеся в результате этого сейсмические аномалии могут интерпретироваться как структурные. Поэтому на тех площадях, где между поверхностью земли и коллекторским горизонтом неожиданно проявляется фациальное замещение, могут быть закартированы структурные аномалии, отсутствующие в действительности. Зоны фациального замещения можно предвидеть в том случае, если поблизости от введенной в разведку площади уже имеются материалы бурения и хорошо изучено геологическое строение территории, но в новых районах их невозможно установить до тех пор, пока не будет пробурено достаточное количество разведочных скважин.

г) Эрозионный рельеф, связанный с погребенными поверхностями несогласия, может ошибочно интерпретироваться как дизъюнктивные нарушения или как не выраженные на поверхности тектонические структуры. Если эрозионные останцы на поверхности несогласия сложены породами, характеризующимися иной скоростью распространения сейсмических волн по сравнению с перекрывающими их отложениями, то картирование такой поверхности с помощью сейсмических методов не отражает тектонической структуры глубоких горизонтов. В этом случае ошибочность интерпретации сейсмических данных может быть установлена только после того, как будут пробурены скважины и накоплен достаточный опыт глубинного картирования.

2. Отсутствие коллекторов. Даже когда удается выявить благоприятные для поисков нефти и газа структурные формы, иногда оказывается, что породы-коллекторы, развитие которых предполагалось на данной площади, в действительности отсутствуют. Это может быть вызвано следующими причинами:

а) Коллекторы могут замещаться глинистыми отложениями или терять свою проницаемость в результате локального фациального замещения, либо цементации на участке, где расположена разведочная скважина. Кроме того, если проницаемость обусловлена трещиноватостью пород и наличием в них кавернозных полостей, разведочная скважина может не попасть в трещиноватую или кавернозную зону и, следовательно, не обнаружит скопления углеводородов.

б) Если коллектор пересечен разрывным нарушением, разведочная скважина, попавшая в плоскость разрыва, не вскроет этот пласт (см. фиг. 6-34 и 13-2, В).

в) На участке, где расположена разведочная скважина, коллектор может быть уничтожен эрозией, что устанавливается по перерыву в нормальной стратиграфической последовательности напластований, вскрытых скважиной, и наличию несогласия. Когда продуктивная формация полностью размыта в сводовой части куполовидной структуры, но сохранилась на ее обрамлении, а также на ее склонах, говорят о «лысых» структурах¹ (см. фиг. 13-20, В).

г) Когда коллектор не достигнут разведочной скважиной, говорят так называемых «песках фермера», залегающих ниже забоя. Они получили такое название

¹Такие структуры и связанные с ними кольцевые залежи встречаются на северо-западе Западно-Сибирской низменности. - Прим. ред.

потому, что владелец земельного участка бывает уверен, что продуктивные пески имеются в разрезе. И иногда он бывает прав. Но бурение велось до слишком малой глубины, часто из-за нехватки финансовых средств, недостаточной мощности оборудования или ошибок в стратиграфическом расчленении вскрытого разреза, в связи с чем скважина может быть остановлена в отложениях, залегающих выше коллектора.

д) Если разведка ведется на ловушку, связанную с выклинивающимися или замещающимися вверх по восстанию слоев породами-коллекторами, разведочная скважина может вскрыть проектный горизонт за зоной выклинивания и, таким образом, не обнаружит резервуара.

3. Смещение ловушки с глубиной. Выше уже рассматривался ряд причин, вызывающих латеральное смещение или изменение характера структурной ловушки с глубиной (см. стр. 231-235). Это может быть вызвано региональным уменьшением мощности стратиграфического разреза и сближением отдельных его слоев; увеличением амплитуды структур с глубиной, обусловленным периодически возобновлявшимся ростом складки или разрыва; выжиманием эвапоритовых или других некомпетентных пород; образованием параллельных складок; погребенными эрозионными выступами, не отражающимися в вышележащих отложениях; деформацией слоев; выветриванием поверхностных слоев, сопровождающимся обрушением и оседанием пород; складко- и сбросообразованием в слоях, залегающих под поверхностью углового несогласия, и, наконец, перемещением нефти в направлении движения пластовых вод в коллекторе.

4. Отклонение ствола разведочной скважины от вертикали. Хотя в настоящее время может осуществляться бурение точно направленных скважин, которые вскрывают коллекторский пласт в любой заранее определенной точке, стволы множества ранее пробуренных скважин имеют отклонение от вертикали, причем азимут и величина этого отклонения неизвестны (см. стр. 542: фиг. 13.2). Точка, в которой такая скважина вскрывает коллектор, может так далеко по горизонтали отстоять от устья скважины, что она окажется за пределами предполагаемого положения ловушки и минует залежь. Поиски ловушек, связанных с разрывными нарушениями, а также ловушек, расположенных на крыле соляных куполов, требуют особенно точно направленного бурения; залежи здесь могут быть легко пропущены даже при небольшом отклонении ствола, причем причина этого может остаться невыясненной без проверки азимута искривления ствола скважины.

5. Отсутствие в ловушке нефти или газа. Может случиться, что во вскрытой скважиной ловушке не будет обнаружено ни нефти, ни газа или удастся получить только непромышленные их притоки. Действительно, большая часть перспективных коллекторов в пределах структурного поднятия обычно не содержит промышленных залежей, а залегающие между поверхностью и продуктивным горизонтом проницаемые песчаные пласты оказываются водоносными. Почему же не все проницаемые толщи, залегающие в разрезе складок вплоть до наиболее глубокого продуктивного пласта, промышленно нефтегазоносны, особенно те толщи, которые продуктивны на других участках? Существование проницаемых, но непродуктивных слоев может объясняться несколькими причинами:

а) Нефть и газ в пласт не поступали. Хотя обычно полагают, что почти все неколлекторы содержат нефтяные углеводороды и должны рассматриваться как нефтегазопроизводящие, поступление нефти и газа в отдельные ловушки крайне различно (см. стр. 497-500: глава 12, дальность миграции). Большое значение, вероятно, следует придавать тому факту, что ловушка может быть приурочена не к гипсометрически наиболее высокой части структуры. Поэтому, если даже скважина, пробуренная в своде антиклинальной складки, оказалась сухой, поиски залежей должны продолжаться на ее крыльях. В особенности это относится к «лысым» структурам, которые ни в коем случае нельзя относить к непродуктивным до полного завершения разведочных работ.

б) Локальная ловушка сформировалась слишком поздно. Там, где условия, благоприятствовавшие миграции углеводородов по коллекторам, существовали до того, как сформировалась локальная ловушка, нефть или газ могли пройти мимо участка, на котором впоследствии эта ловушка образовалась (см. стр. 525-530: глава 12, время образования ловушек). Кроме того, ловушка могла быть размыта, а содержащаяся в ней залежь уничтожена (фиг. 13-22). Таким образом, при поисках весьма важны данные о соотношении времени формирования ловушки и времени региональной миграции углеводородов.

в) Нефть могла быть вымыта из ловушки. При определенных гидродинамических условиях, существующих в настоящее время или существовавших в геологическом прошлом, газ и нефть могли быть частично смещены

Фиг. 13-22. Схематический разрез, показывающий поверхность несогласия, маскирующую ловушку, содержащую нефтяную залежь (А), или обусловливающую отсутствие залежи в ловушке (Б).

Первоначально обе ловушки, по-видимому, содержали залежи нефти, но залежь в случае Б была разрушена в результате обнажения ее на поверхности и эрозии, в то время как залежь А сохранилась. На основании этих данных можно предполагать, что аккумуляция нефти происходила до формирования эрозионной поверхности и что после отложения глинистых пород выше поверхности несогласия миграции нефти не было. Противоположная картина отмечается на месторождении Оклахома-Сити (фиг. 14-6), где крупное скопление нефти приурочено к разрушенной в предпенсильванское время ловушке, что позволяет предполагать более молодой возраст залежи.

в них на крыло ловушки или даже полностью вымыты. Короче говоря, такая ловушка при данных гидродинамических условиях является неэффективной (см. стр. 514-515: глава 12, наклонные водо-нефтяные контакты). Коллекторы, пропитанные нефтью в пределах ловушки, указывают на то, что в этой ловушке некогда была залежь, которая позже оказалась расформированной.

6. Залежь не была выявлена во время бурения. Многие залежи, способные дать промышленные притоки нефти и газа, не удалось выявить при бурении. Некоторые из них были открыты при последующих работах, но, без сомнения, имеется много других залежей, еше не установленных. Причины этих неудач могут быть следующие: глубины бурения постоянно увеличиваются, соответственно увеличивается и давление бурового раствора. Высококачественный буровой раствор представляет собой сложную смесь химических веществ. Растут скорости бурения, применяется все более тяжелое оборудование и более мощные силовые установки. В результате этого некоторые нефтеносные пласты запечатываются вследствие высокого давления бурового раствора, образующего непроницаемые глинистые корки на стенках скважины или из-за разбухания глинистых минералов, содержащихся в нефтегазоносном пласте, что обусловлено проникновением в поры пласта пресной воды из бурового раствора. Небольшое количество нефти и газа, содержащееся в поровом пространстве пород, вскрытых скважиной с диаметром ствола всего 5 дюймов на глубине 2 мили и более, бывает очень трудно установить, после того как эти нефть и газ, смешавшись с буровым раствором, достигают поверхности земли. Современные методы исследова­ния бурового раствора с применением электронной и аналитической аппаратуры позволяют в значительной мере устранить неопределенности в оценке небольших нефте- и газопроявлений, но полностью исключить фактор субъективного подхода, особенно в случаях промежуточных значений, все же еще не удается.

Продуктивный пласт может быть пропущен на электрокаротажных диаграммах, если он характеризуется низкими сопротивлениями. Последние обычно вызваны обилием пластовых вод, обладающих высокой соленостью и поэтому скрывающих высокие сопротивления, свойственные нефтегазонасыщенным породам. Многие залежи были открыты в результате исследований, проведенных в старых скважинах, или при бурении вблизи заброшенных разведочных скважин. Эти работы проводились в том случае, если исполнитель, давший первоначальное заключение, не изучил электрокаротаж достаточно тщательно, чтобы можно было выявить продуктивный пласт. Стенки ствола скважины могут обваливаться, и тогда на основании отобранных образцов уже невозможно установить наличие нефти или газа. Кроме того, нефть может быть такой светлой и иметь настолько низкую плотность, что она быстро испаряется. Следы ее почти незаметны, если образцы исследуются через некоторое время после того, как они были извлечены из скважины. Нельзя не отметить, что одной из причин пропуска продуктивного пласта при бурении может быть неопытность или небрежность работника, которому поручено наблюдение за буровым шламом и керном, или отсутствие этого работника на месте в нужное время.

Каждая поисковая скважина, в которой отмечены хотя бы слабые признаки газа или нефти, установленные любым из возможных методов, используемых для определения присутствия нафтидов, является объектом для изучения. Необходимо решить, стоит ли тратить деньги - возможно, много денег - на дальнейшую разведку предполагаемого продуктивного пласта, если в нем отмечены слабые нефтегазопроявления? Неправильный ответ может явиться одной из причин неудачи в открытии залежи. На практике проявляются различные крайности. Одни геологи проводят опробование испытателем пласта или даже спускают эксплуатационную обсадную колонну при любых нефте- или газопроявлениях, другие идут на дополнительные расходы, только когда они считают, что нефтегазопроявления достаточно интенсивны, чтобы быть уверенным в получении промышленных притоков. Многие залежи, открытые в результате исследований, проведенных в скважинах, где отмечались только незначительные нефтегазопроявления, позволяют заключить, что в большинстве случаев эти исследования оправдывают затраченные на них средства.

Заключение

Глубинная геология представляет собой синтез всех самых разнообразных геологических и технических данных, получаемых при бурении как эксплуатационных, так и сухих скважин, а также результатов геофизических и геохимических исследований. Эти данные наносятся на карту и разрезы многих типов, единственная цель которых состоит в том, чтобы помочь отчетливо представить и понять глубинные геологические условия. От правильного их понимания зависит выбор точек для заложения поисковых, эксплуатационных и оконтуривающих скважин.

Вероятно, наиболее ценную информацию дает каротаж. Детальность и точность данных, полученных из скважин, возрастает с каждым годом по мере развития новой техники и методов исследования, несмотря на то, что глубины бурения постоянно увеличиваются. Новые и более точные данные заставляют постоянно пересматривать и исправлять построенные карты и разрезы и заменять устаревшие представления. И хотя глубины бурения все более увеличиваются и все более усложняется изучаемое геологическое строение древних формаций, процент правильно сделанных прогнозов не уменьшается.

Излишне еще раз подчеркивать, что различия составляемых карт и проводимых исследований не являются конкурирующими или взаимоисключающими ‑ они должны использоваться совместно. Любое исследование вносит свой вклад и способствует пониманию общей геологической картины, что приводит в итоге к обнаружению новых неразведанных ловушек, безошибочному выбору точек для бурения поисковых и оконтуривающих скважин и, в конце концов, к открытию новых залежей нефти и газа.

Цитированная литература

1. Cram I.H., Definitions of Geology - Subsurface Geology, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 29, p. 470, 1945. Вusсh D.A., Subsurface Techniques, in Parker D. Trask (ed.), Applied Sedimentation, John and Sons, New York, and Chapman and Hall, London, pp. 559-578, 1950. LeRоу L.W. (ed.), Subsurface Geologic Methods - A Symposium, Quart. Colo. Sch. Mines, 44, 826 p., 1949; 2nd ed., 1156 p., 1951. (Всестороннее обсуждение методов глубинной геологии.)

2. Кау М., Paleogeographic and Palinspastic Maps, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 29, pp. 426-450, 1945. (Описаны многие типы карт, используемых для выявления геологической истории региона.). Coffin R.С, Recent Trends in Geological-Geophysical Exploration and Methods of Improving Use of Geophysical Data, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 30, pp. 2013- 2033, 1946. Geophysical Case Histories, I, 1948, L.L. Nettleton (ed.), and 11, 1956, Paul L. Lyons (ed.), Soc. Explor. Geophys., Shell Bldg., Tulsa, Okla. (Включает многочисленные карты, построенные на основании исследований, приведших к открытиям месторождений нефти и газа.). Krumbein W.С, Sloss L.L., Stratigraphy and Sedimentation, 2-nd ed., W.H. Freeman and Co., San Francisco, 660 p., 1963. (Обширная библиография. В работе всесторонне рассматривается глубинное картирование, особенно в главах 10 - Принципы корреляции, - 13 - Стратиграфические карты - и 14 - Палеогеография.

3. Krumbein W. С, Criteria for Subsurface Recognition of Unconformities, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 26, pp. 36-62, 1942.

4. Jackson G., Directional Drilling Today, Journ. Petrol. Technol., sec. 1, pp. 27-31, 1953.

5. Lee W., The Stratigraphy and Structural Development of the Forest City Basin in Kansas, Bull. 51, State Geol. Surv., Univ. of Kansas, 142 p., 1943. (Содержит много региональных карт изопахит.)

6. Lee W., Relation of Thickness of Mississippian Limestones in Central and Eastern Kansas to Oil Deposits, Bull. 26, State Geol., Surv., Lawrence, Kansas, 42, p., 1939. (Рассматриваются карты изопахит.)

7. Weiriсh Т.Е., Shelf Principle of Oil Origin, Migration, and Accumulation, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 37, pp. 2027-2045, 1953.

8. Levorsen A.I., Convergence Studies in the Mid-Continent Region, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 11, pp. 657-682, 1927. Wheeler R.R., Swesnik R. M., Stratigraphic Convergence Problems, World Oil, pp. 57-62, 1950.

9. Swain F.M., Onlay, Offlap, Overstep, and Overlap, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 33, pp. 634-636, 1949. (Содержатся ссылки на 15 более ранних статей по этой проблеме.)

10. Еatоn J.Е., The By-Passing and Discontinuous Deposition of Sedimentary Materials, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 13, pp. 713-762, 1929.

11. Moore R.C., Meaning of Facies, Memoir 39, Geol. Soc. Am., pp. 1-34, 1949. (Почти весь выпуск ‑ 171 страница - состоит из статей, рассматривающих проблемы фаций. Содержит много иллюстраций.)

12. Krumbein W.С. Recent Sedimentation and the Search for Petroleum, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 29, pp. 1233-1261, 1945.

13. Krumbein W.C, Principles of Facies Map Interpretation, Journ. Sed. Petrol., pp. 200-211, 1952.

14. Krumbein W.C, Lithofacies Maps and Regional Sedimentary-Stratigraphic Analysis, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 32, pp. 1909-1923, 1948. Sloss L.L., Dapples E.C, Krumbein W. C, Lithofacies Maps, An Atlas of the United States and Southern Canada, John Wiley and Sons., 108 p.,