Что такое геомеханическая модель
Геомеханические и гидрогеологические модели и выводы из практического опыта
Разработка и внедрение новых технологий в горном деле ведёт к увеличению глубины разработки и масштабов подземной и открытой добычи.
Специалисты компании Itasca обладают большим опытом работы на крупнейших объектах горной добычи. В их числе железорудный карьер Сайшен (Южная Африка), медный рудник Чукикамата (Чили), алмазный рудник Венеция (Южная Африка), медный рудник Резолюшн (США), алмазный рудник Виктор (Канада) и алмазный карьер Джваненг (Ботсвана).
Огромные масштабы горных работ на подобных объектах требуют высочайшей точности оценки как производительности систем водоотведения с учётом горных работ и геомеханических критериев с целью нейтрализации притоков и предупреждения затопления выработок, так и режимов осушения и поддержания устойчивости бортов карьера.
В статье рассматриваются современные подходы к числовому моделированию геомеханических процессов, движения подземных вод в контексте открытой и подземной добычи. Анализ практического опыта Itasca позволяет продемонстрировать важность следующих аспектов геомеханического и гидрогеологического моделирования.
Также затрагиваются такие актуальные темы, как требования к ожидаемой достоверности моделирования, практическое применение его результатов для планирования горных работ в целом, и системы водоотведения и осушения с учётом влияния геомеханического и гидрогеологического моделирования в процессе расчёта устойчивости бортов карьера и моделирования изменения состояния горных пород в условиях подземной очистной выемки.
И наконец, рассматриваются проблемы изменения распределения напряжений в прибортовых/приконтурных массивах в процессе водоотведения (осушения), требующие параллельного моделирования изменения НДС (деформации пород) и движения подземных вод.
Трёхмерные числовые модели
Трёхмерные числовые геомеханические модели фирмы Itasca и модели движения подземных вод известны как эффективный инструмент выбора решений по оценке стабильной, устойчивой добыче и защите от затопления, водопонижению. Геомеханическое моделирования систем разработки/очистной выемки, проходческих работ используется для определения ряда важных влияющих факторов.
Актуальность для горной промышленности
Наличие водоносных горизонтов оказывают огромное влияние на горные работы, как и геология, прочностные характеристики горных пород и т. д.
Многие горнодобывающие предприятия сталкиваются с проблемами, вызванными как дефицитом водных ресурсов, так и чрезмерными притоками. В связи с этим гидрогеология имеет огромное значение на всех этапах горных работ.
Для успеха необходимо междисциплинарное сотрудничество профильных специалистов в таких сферах, как планирование горных работ, геомеханика и гидрогеология.
Его суть заключается в том, что специалисты по горному делу и геомеханике оценивают взаимное соответствие показателей плана горных работ, требований к устойчивости и расчётного уровня подземных вод исходя из данных о распределении порового давления, поступающих от гидрогеологов.
С другой стороны, гидрогеологи рассчитывают режимы водопонижения и осушения, руководствуясь планами горных работ и расчётными значениями уровня подземных вод для каждого момента времени с учётом безопасной и стабильной добычи, которые относятся к сфере ответственности специалистов горного и геотехнического профиля.
Данный процесс оптимизации работы горного предприятия возможен только с применением прогрессивных (мультидисциплинарных) технологий числового многокомпонентного моделирования, представленного фирмой Itasca.
Выводы
Улучшение и правильность организации горных работ позволит увеличить полноту выемки, снизить себестоимость добычи полезного ископаемого и одновременно снизит негативное влияние геотехнологии на окружающую среду.
Единственным возможным способом оценки и улучшения показателей и стабильности добычных работ является междисциплинарный подход, а именно числовое многокомпонентное моделирование с учётом многих факторов, предлагаемый фирмой Itasca.
Petroleum Engineers
Вы здесь
Геомеханическое моделирование. 1Д геомеханическая модель. Модель устойчивости ствола скважины
Применение геомеханического моделирования для расчета устойчивости ствола скважины
Пишу с телефона, поэтому извиняюсь за возможные ошибки в тексте.
Наиболее распространенным применением геомеханического моделирования является построение модели устойчивости ствола скважины (УСС). Давайте посмотрим что это такое, как это рассчитывается, какой софт используется и зачем это нужно.
1Д геомеханическое моделирование и модель УСС
УСС позволяет подобрать оптимальные веса бурового раствора (БР). Следствием этого являтся рекомендации по конструкции скважины, глубины посадки БК, оптимального интервала зарезки (в случае БГС). Согласно модели УСС подбирается растворная программа, что влияет на итоговую стоимость скважины.
Модель УСС позволяет выделить интервалы несовместимого бурения и разделить их различными секциями колонны. Расчеты также показывает интервалы, где следует ожидать потенциального обрушения стенок скважины (при текущей плотности БР), следствием которого являются затяжки, посадки и прихваты при бурении, а также интервалы вероятных поглощений при бурении. Для минимизации вышеуказанных рисков согласно модели УСС инженером выдаются рекоммендации, где указывается, в каком интервале и какую плотность необходимо держать.
Результаты 1Д геомеханического моделирования довольно успешно используются при уточнении дизайна ГРП (ведь у нас есть непрерывный профиль упруго-прочностных свойств!).
Ниже пример модели устойчивости ствола скважины (взято из интернета):
УСС (взято с http://ntc.gazprom-neft.ru/research-and-development/papers/9474/)
Программное обеспечение для 1Д геомеханического моделирования
В данный момент зачастую используется Techlog 2016-2017. Надо понимать, что расчет можно сделать и в Excel, но работа в техлоге достаточно удобна и позволяет сократить время на рутинные операции.
В России ведется разработка «нашего» ПО различными компаниями, однако пока что функционал программ ограничен, а его использование, скажем так, не удобно (ИМХО). Крупные компании всеми руками радуют за разработку отечественного ПО, просто потому что текущая стоимость лицензий очень высока. Пара компаний (не буду указывать название) достаточно далеко продвинулась в разработке ПО для 1Д моделирования (расчета УСС), 3Д моделирование пока отстает.
Какие данные необходимы для 1Д геомеханического моделирования
Ниже пример 1Д геомеханической модели:
1Д геомеханическая модель (взято с http://ntc.gazprom-neft.ru/research-and-development/papers/9474/)
Отдельным вопросом идет определение режима напряжений: сброс, сдвиг или взброс, постараюсь освятить этот вопрос позже и в отдельном посте.
В общем, вуаля, и у вас есть 1Д геомеханическая модель и также модель устойчивости ствола скважины.
Развитие комплексного геомеханического моделирования в ПАО «Газпром нефть»
17 Января 2017 А.А. Вашкевич (ПАО «Газпром нефть»), В.В. Жуков, Ю.В. Овчаренко, А.С. Бочков, С.В. Лукин, Научно-Технический Центр «Газпром нефти» (ООО «Газпромнефть НТЦ»)
Геомеханика — комплексная наука, которая объединяет геологию, геофизику, петрофизику, механику жидкости, газа и сплошных сред. На каждом этапе «жизни» месторождения геомеханика решает прикладные задачи, что позволяет сформировать рекомендации для оптимального проведения технологических процессов с целью снижения затрат и интенсификации добычи.
Бурение скважин в сложных горно-геологических условиях связано с рисками поглощения бурового раствора при вскрытии интервалов с интенсивной естественной трещиноватостью [1]. Значительное превышение удельного веса бурового раствора приводит к развитию техногенных трещин автогидроразрыва пласта (автоГРП) в околоскважинной зоне. Не менее серьезным воздействием на породу является ГРП [2]. Знание упруго-прочностных свойств, структуры разломов, зон развития трещиноватости и распределения поля напряжений в пласте позволяет моделировать конечную геометрию трещины и разрабатывать рекомендации по оптимальному проведению ГРП, что в конечном счете влияет на экономическую эффективность проекта. Изменение свойств горных пород происходит также в процессе разработки месторождения. Добыча флюида приводит к перераспределению напряжений в пласте [3]. Разрушение породы вследствие этого, вынос ее в скважину и далее на поверхность влияет на показатели эксплуатации скважин.
Таким образом, задача геомеханического моделирования — реализовать мультидисциплинарный подход к решению задач на каждом этапе жизни месторождения: от поиска и оценки ресурсов до его эксплуатации.
В данной статье рассматриваются результаты геомеханического моделирования в ПАО «Газпром нефть» за 2016 г., развитие инструментария и компетенций для расширения области применения геомеханических моделей на примере последовательно реализованных проектов (Пальяновское, Новопортовское, Восточно-Мессояхское, Царичанское, Оренбургское, Западно-Салымское месторождения).
Бурение
В настоящее время процесс строительства скважин предоставляет наибольшее число данных для геомеханического моделирования. Измерения реакции горной породы на прохождение бурового долота и колебания давления бурового раствора позволяют наиболее точно и эффективно откалибровать геомеханическую модель. Все это делает построение так называемой модели устойчивости стенок скважины неотъемлемой частью любого геомеханического моделирования. Кроме того, расчет устойчивости стенок ствола скважины позволяет определить достижимость цели с помощью существующих технологий бурения, оценить потенциал применения новых технологий.
Пальяновское месторождение. В изучения залежей баженовско-абалакского комплекса Пальяновской площади пробурены семь наклонно направленных скважин, в которых проведен ГРП. Бурение сопровождалось многочисленными осложнениями: поглощением бурового раствора в отложениях викуловской и абалакской свит, затяжками, посадками, обрушением стенок скважин в интервалах фроловской, ханты-мансийской и кошайской свит. Осложнения увеличивали сроки бурения, затрудняли спуск обсадных колонн и не позволяли достичь проектной глубины. Для минимизации указанных осложнений и успешной проходки скважин была построена геомеханическая модель, а на ее основе — модель устойчивости ствола скважины. В результате расчетов определена оптимальная плотность бурового раствора, а также сформированы рекомендации по конструкции скважины.
На рис. 1 приведены результаты геомеханического моделирования до и после бурения скважины. Без учета геомеханики на строительство наклонно направленной скважины затрачено 125 сут, включая безуспешную проработку первого ствола, недоспуск обсадной колонны во втором стволе, потерю устойчивости компоновки низа бурильной колонны (КНБК) в третьем стволе, бурение четвертого ствола. После изменения плотности бурового раствора на основе предварительной геомеханической модели на строительство следующей скважины затрачено 77 сут. В дальнейшем на бурение скважины более сложной конструкции с горизонтальным отходом 1000 м на баженовские отложения потребовалось 40 сут [1].
Рис. 1. Геомеханическое моделирование до и после бурения скважины на Пальяновском месторождении
Новопортовское месторождение — одно из самых крупных разрабатываемых нефтегазоконденсатных месторождений ЯНАО. Извлекаемые запасы нефти и конденсата категорий C1 и С2 превышают 250 млн т, газа — 320 млрд м 3 (с учетом палеозойских отложений).
Геомеханическое моделирование выполнялось с целью оценки возможности бурения многоствольных скважин по технологии fishbone («рыбья кость»). Для пилотного проекта проведен расчет устойчивости стенок опорных скважин, разработана методика определения напряжений в прискважинной зоне с учетом геометрической неоднородности, даны рекомендации по выбору участков зарезки бокового ствола (ЗБС). На рис. 2 представлены результаты оценки устойчивости и степени разрушения стенок ствола скважины в зависимости от депрессии. Показано, что присутствуют устойчивые интервалы, в которых возможна ЗБС. Проведена оценка депрессии до выноса песка.
Рис. 2. Результаты расчетов различной степени обрушения стенок ствола скважины (5, 10, 20 % радиуса) для горизонтальных скважин, ориентированных вдоль максимального стресса (150°)
Восточно-Мессояхское месторождение. Группа Мессояхских месторождений (Восточно-Мессояхское и Западно-Мессояхское) открыта в годах ХХ века и является самой северной из нефтяных месторождений России, находящихся на суше. На начало 2016 г. извлекаемые запасы категорий С1+С2 составляли более 470 млн т нефти и конденсата и 188 млрд м 3 газа.
С одной стороны, высокая структурная неоднородность гидродинамически не связанных линзовидных прослоев ПК1-3, с другой — сложности при проведении ГРП из-за отсутствия естественных барьеров для трещины стали основными предпосылками для бурения скважин по технологии fishbone на Восточно-Мессояхском месторождении.
Опробованная ранее методика оценки устойчивости стенок скважины с ЗБС для Новопортовского месторождения показала наличие концентраторов напряжений в области ЗБС, что значительно увеличивало риски обрушения. Выявление и исключение опасных интервалов обеспечило безопасное проведение ЗБС. В результате скважины типа fishbone были успешно пробурены и введены в эксплуатацию.
Царичанское месторождение расположено в Оренбургской области в 80 км к западу от областного центра, открыто в 2005 г. По мере его разбуривания были выполнены оперативные подсчеты запасов. На 2015 г. начальные геологические запасы нефти категорий С1 и С2 составляли 85,3 млн т, начальные геологические запасы растворенного газа — 10,1 млрд т. Бурение на Царичанском месторождении сопровождается множественными осложнениями в интервалах фаменской свиты: затяжки и посадки, связанные с обрушениями стенок ствола скважины и разбуханием глин. Однако первоочередной проблемой, существенно увеличивающей сроки строительства скважины (до 125 сут), являются катастрофические поглощения в «активные» разломы и трещины. Построение геомеханической модели 3D франских и фаменских отложений позволило снизить риски при строительстве новых скважин на основе комплексной оценки данных бурения, сейсмических исследований, карты региональных напряжений и выявленных неактивных областей разломов и трещин (рис. 3). Комплексный подход к выявлению зон катастрофических поглощений позволил уменьшить время бурения скважин до 70 сут. Применение методов геомеханического моделирования на основе анализа разломов дало возможность в 7 раз снизить непроизводительное время бурения (НПВ), связанное с осложнениями (поглощения, прихваты, посадки), по скважинам в западной части месторождения. Среднее НПВ сократилось в 3,5 раза.
Рис. 3. Зоны критических напряжений на поверхностях разломов и траектории скважин (стрелками указана ориентация максимальных горизонтальных напряжений)
Восточный участок Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения. Оренбургское нефтегазоконденсатное месторождение является одним из уникальных по размерам, запасам и компонентному составу газа. Восточная часть отделяется от месторождения тектоническим нарушением, которое является изолирующим для залежей с существенно различными уровнями межфлюидных контактов. Бурение скважин на Восточном участке и спускоподъемные работы сопровождались значительными осложнениями, связанными с устойчивостью стенок ствола скважины. Наличие соляных диапиров обусловливает значительную анизотропию напряжений и изменение их направлений как в соленосных толщах, так и во вмещающих породах. Контроль геологической ситуации при бурении в таких разрезах возможен только при дифференциации механизмов поглощений и обрушений, что в условиях соляной тектоники требует построения геолого-геомеханической модели 3D. Построенная модель позволила внести корректировки в проекты на строительство скважин, связанные с подбором оптимальных промывочных жидкостей, корректировки профилей и конструкций скважин.
Проведение ГРП
Развитие трещины ГРП по вертикали контролируется зонами высоких горизонтальных напряжений (стресс-барьерами), препятствующими росту трещины в высоту [2]. Поэтому построение геомеханической модели 3D месторождения является необходимым для определения точек, оптимальных для инициации трещин ГРП, а также для учета взаимного влияния трещин при многостадийном ГРП.
Результат проведения ГРП в баженовских отложениях Пальяновского месторождения показал необходимость учета механических свойств пород с вертикальной осью анизотропии (TIV-анизотропии) при выборе оптимальных зон инициации трещин на основе наличия стрессбарьеров. Этот опыт был успешно применен для построения геомеханической модели Вынгаяхинского месторождения. Выделение малоамплитудных нарушений, учет TIV-анизотропии, а также аномально высокого пластового давления в баженовской свите позволили точнее оценить геометрию трещин ГРП (рис. 4).
Рис. 4. Оценка высоты трещин ГРП в зависимости от точек инициации с учетом распределения напряжений в пространстве
Западно-Салымское месторождение. На этом месторождении по данным микросейсмических исследований установлена переориентация напряжений вблизи тектонических нарушений. Эти данные расходятся с результатами скважинных исследований (кросс-дипольной акустикой и имиджами сопротивления). Неучет изменений поля напряжений при проектировании системы заводнения мог привести к преждевременному прорыву воды из нагнетательных скважин. Применение комплексного геомеханического моделирования дало возможность оценить напряжения с учетом влияния тектонических нарушений (рис. 5). Расчеты позволили минимизировать неопределенность, связанную с направлением развития трещины ГРП. Были спрогнозированы геометрия и направление роста трещины, что позволило обеспечить максимальный охват продуктивного интервала трещиной и целостность барьеров залежи [4].
Рис. 5. Ожидаемая ориентация трещин на основе данных FMI при направлении максимального напряжения 160° (зеленые линии) и расчетная ориентация трещин на основе поля напряжений с учетом тектонических нарушений (красные линии)
Проектирование и разработка
Применение геомеханики для решения вопросов проектирования и мониторинга разработки месторождений позволяет выполнить анализ геологических особенностей и трещиноватости структур. Выявление продуктивных зон проводится исходя из оценки проводимости трещин и разломов, их возможной активации, а также проседания структурных поверхностей и уменьшения (увеличения) проницаемости в процессе разработки.
Куюмбинское месторождение. Накопленный опыт выявления зон проводящих трещин применим для трещиноватых карбонатных коллекторов, примером которых могут служить рифейские отложения Куюмбинского месторождения. Продуктивность скважин в коллекторах трещинного типа со сложной тектоникой определяется во многом успешностью вскрытия зон разуплотнения (открытой трещиноватости), прогноз развития которой возможен на основе геолого-геомеханической модели. Схематично физическая модель коллектора представлена на рис. 6 [5]. Часть трещин находится в неактивном состоянии: при определенном соотношении нормальных и тангенциальных напряжений фильтрация флюида по ним затруднена.
Рис. 6. Схематическое представление фильтрационно-емкостных свойств коллектора: n, τ — соответственно нормальные и тангенциальные напряжения, действующие на каждую трещину; Sh, Sv — cоответственно горизонтальное и вертикальное напряжение
Месторождение Саркала, расположенное в Курдском регионе Республики Ирак, также сложено карбонатными коллекторами, добыча из которых возможна благодаря наличию трещиноватых зон различных неоднородности и активности. Анализ напряженного состояния на поверхности разлома (трещины) позволит классифицировать трещины в дискретной сети на потенциально проводящие и непроводящие с перспективой их активации при изменении порового давления и выявить новые зоны для бурения скважин.
Геомеханическое моделирование — необходимый инструмент, позволяющий оптимизировать затраты компании на всех этапах разработки месторождения, усилить компетенции проектных команд, значительно расширить информационную базу знаний о пласте. Накопленный опыт и выполненные проекты ПАО «Газпром нефть» показывают, что построенная для решения конкретной задачи геомеханическая модель дает возможность снизить риски при строительстве скважин, оценить потенциально перспективные зоны для бурения и стимуляции, обеспечить устойчивость стенок ствола скважины и др. Таким образом, динамичное развитие направления геомеханического моделирования для компании ПАО «Газпром нефть» является одной из приоритетных технологических задач.
Список литературы
1. Расчет устойчивости ствола скважины для предотвращения осложнений при бурении/С.В. Лукин, С.В. Есипов, В.В. Жуков [и др.]//Нефтяное хозяйство. — 2016. — № 6. — С.
2. Комплексный подход к проведению ГРП ачимовских пластов на месторождениях Западной Сибири/С. Марино, Я. Волокитин, А. Хабаров [и др.]// SPE 136072. — 2010.
3. Petroleum Related Rock Mechanics/E. Fjaer, R.M. Holt, P. Horsrud [et al.]. — Amsterdam: Elsevier Publications, 2008. — 515 p.
4. Опыт построения 3D геомеханических моделей (на примере одного из месторождений Западной Сибири)/Ю.В. Овчаренко, С.В. Лукин, О.А. Татур [и др.]// SPE 182031. — 2016.
Обоснование применения геомеханических моделей при разработке нефтяных месторождений
Рубрика: Технические науки
Дата публикации: 15.12.2017 2017-12-15
Статья просмотрена: 905 раз
Библиографическое описание:
Улыбин, А. В. Обоснование применения геомеханических моделей при разработке нефтяных месторождений / А. В. Улыбин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2017. — № 50 (184). — С. 85-87. — URL: https://moluch.ru/archive/184/47211/ (дата обращения: 20.12.2021).
В данной статье приведено понятие геомеханического моделирования. Приведён результат использования геомеханической модели на Приобском месторождении. Указаны основные проблемы разработки месторождений, решаемые геомеханическим моделированием. Обозначены направления решения данных проблем.
Ключевые слова: геомеханическое моделирование, геомеханика, напряжения, устойчивость ствола скважины, прочность породы, пескопроявление, деформации, фильтрационно-емкостные свойства, просадки, сейсмические явления.
Разработка месторождений связана с вторжением в недра как на этапе разбуривания, так и на этапах последующей откачки углеводородов (УВ) из системы скважин и применения таких технологий, как поддержание пластового давления (ППД) и гидроразрыв пласта (ГРП).
Все эти вторжения вносят в недра нарушение естественных напряжений пород: при разбуривании — перераспределение полей напряжений локально в области скважины; при работе скважины — образование так называемой воронки депрессии, расширяющейся по мере «выработки» обрабатываемого ею коллектора; работа системы скважин перераспределяет внутренние напряжения продуктивных, а затем и непродуктивных пластов.
Геомеханическое моделирование представляет собой последовательный процесс определения механических свойств горной породы иеё реакций на воздействия впроцессе разработки месторождения [1]. Геомеханические модели используются при проектировании бурения, строительства и эксплуатации скважин, а также при разведке ресурсов УВ.
Применение геомеханических моделей при проектировании разработки месторождений позволяет в последующем продолжительнее удерживать систему на режиме «Максимального дебита» и наиболее полно забрать УВ из недр. При проведении ГРП знание механических свойств участка недр помогает предсказать направление образования искусственных трещин. Повышается эффективность разработки месторождений.
Например, в 2003–2004гг. на Приобском месторождении «Юганскнефтегаз» совместно с Schlumberger с помощью пластового электромикросканера провели семь специальных исследований процесса гидроразрыва. Определили преимущественное направление максимального стресса, которое составило 340–350º. Позднее этот тренд был подтвержден закачкой индикаторных жидкостей. Целью исследования являлось определение направления техногенной трещиноватости. Приборами являлись микроимиджеры и акустический каротаж широкополосный (АКШ). Установлено, что 87 % азимутов трещин лежит в диапазоне 310–350º.
ООО «РН-Юганскнефтегаз» в 2010г. приняло решение о выделении опытного участка для испытания технологии горизонтальных скважин с многозонным ГРП
(ГС +МзГРП) с бурением этих скважин в 2011–2012гг.
Согласно моделированию для Приобского месторождения оптимальным по пусковому дебиту является бурение ГС с продольными трещинами ГРП и переводом под закачку наклонно-направленных скважин (ННС). Расположение трещины — по всей длине ствола. Расчетный дебит ННС с ГРП — 227 м 3 /сут, а ГС с МсГРП — 355 м 3 /сут.
Реализация проекта начата бурением скважины 5869Г с длиной горизонтального участка — 800 м и проведением 7ми-стадийного ГРП. Дебит жидкости оказался в 1,5–2 раза выше, чем окружающих ННС с ГРП. [2]
Геомеханическое моделирование помогает разрешить и следующие ситуации:
Обеспечение устойчивости ствола скважины
При бурении происходит замещение выработанной породы на струю бурового раствора. Буровой раствор, в отличие от замещаемой породы, не может противостоять сдвиговым напряжениям. Происходит перераспределение напряжений, пик которых оказывается на стенке скважины. При возрастании напряжений окружающая порода может деформироваться, образуя вывалы и трещины.
Неустойчивость окружающих стенку пород может вызвать такие неблагоприятные ситуации, как прихват бурильного инструмента, уход траектории, обвалы.
Для решения этой проблемы необходимо производить расчёты эффективных напряжений на стенке скважины и безопасное окно бурения (свойств циркулирующего раствора).
Предотвращение разрушения призабойной зоны ипескопроявления
Разрушение призабойной зоны пласта сопровождается выносом в скважину песка c цементом породы. Происходит это по вине большого перепада давления на забое. Сцепление частиц пористой среды ослабевает под действием изменений давления при эксплуатации скважины. Если градиент давления превышает некоторую максимально допустимую величину, разрушается призабойная зона скважины и твердые частицы выносятся на её забой.
Определение допустимой депрессии связано с изучением прочностных характеристик горных пород. В этой связи для оценки устойчивости стенок скважин и разрушения призабойной зоны используются решения трехмерных задач теории упругости и пластичности в сочетании с различными теориями прочности.
Согласно теории нормальных напряжений разрушения начинаются в случае, если максимальное нормальное напряжение достигает временного сопротивления разрыву, при этом оно достигается вследствие положительного удлинения.
Для решения этой проблемы необходимо производить расчёт напряжённо-деформированного состояния (НДС) в упругой пористой среде.
Прогнозирование необратимых деформаций и ухудшение фильтрационно-емкостных свойств коллекторов
При работе добывающей скважины вокруг неё образуется воронка депрессии, которая со временем становится всё больше. Поровое давление уменьшается, повышается влияние вертикальной нагрузки на прискваженные породы, их сжимает в вертикальной плоскости, и они уже в меньшем количестве могут содержать в себе УВ и пропускать их через себя, «дебит к скважине» уменьшается.
Кроме того, в процессе накапливается всё большее количество необратимых деформаций. А неучтённые необратимые деформации — залог высокой вероятности потери извлекаемых запасов, невозможности их извлечения в дальнейшем, потому как «лабиринты извлечения» (трещины, каверны, поры) закроются. Месторождения Западной Сибири страдают этим.
Необходимо использовать ППД с оглядкой на геомеханические свойства для более «безболезненной» компенсации отбора. Корректировать систему расстановки скважин для более полного извлечения УВ месторождения.
Сохранность инженерных сооружений на земной поверхности и предупреждение техногенных сейсмических явлений.
Логическим продолжением деформации коллекторов являются деформации земной поверхности, просадки. Последствия таких деформационных процессов состоят главным образом в смятиях обсадных колонн, в частичном подтоплении поверхности из близлежащих источников воды. Сопутствует порча наземных сооружений, разрыв коммуникаций. Экологические последствия являются, как правило, необратимыми.
Техногенные землетрясения широко сопровождают масштабную добычу подземным способом твердых полезных ископаемых. Сейсмические события на разрабатываемых месторождениях углеводородов возникают как при интенсивном отборе флюида и снижении пластового давления, так и при вторичном воздействии на пласт, при этом отсутствует зависимость между началом разработки месторождений углеводородов, т. е. количеством отобранного флюида, и началом возникновения сейсмической активности. [3]
Для решения данной проблемы следует применять прогноз деформационных процессов, маркшейдерско-геодезический мониторинг и сейсмозондирование. В настоящее время предупреждать техногенные сейсмовызовы затруднительно.
Вывод: геомеханическое моделирование вносит существенно полезную часть в разработку месторождений как с точки зрения дебита, так и с точки зрения безопасности извлечения УВ. Целесообразно геомеханические модели применять совместно с геологическими и гидродинамическими, образуя кросс-модель.