ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ СТВОЛА СКВАЖИНЫ В АНИЗОТРОПНОЙ СРЕДЕ

GEOMECHANICAL MODELING OF BOREHOLE STABILITY IN ANISOTROPIC

Iskandar Ibragimov

Student, Ufa State Petroleum Technical University, Russia, Ufa

Marsel Gaysin

Student, Ufa State Petroleum Technical University, Russia, Ufa

Alfiya Iskhakova

Student, Ufa State Petroleum Technical University, Russia, Ufa

Anton Minyasharov

Student, Ufa State Petroleum Technical University, Russia, Ufa

Аннотация. Данная статья посвящена исследованию устойчивости ствола скважины на нефтяном месторождении Западной Сибири в среде Баженовской свиты, обладающей анизотропией упругих свойств. Авторы использовали методы геомеханического моделирования для определения факторов, влияющих на устойчивость скважин в данной среде, и представили свои результаты. В статье описан процесс моделирования, представлены полученные результаты и разработаны стратегии для повышения устойчивости стволов скважин в данной среде.

Abstract. This article is devoted to the study of the stability of a borehole at an oil field in Western Siberia in the anisotropic environment of the Bazhenov formation. The authors used geomechanical modeling methods to determine the factors affecting the stability of wells in this environment, and presented their results. The article describes the modeling process, presents the results obtained and develops strategies to increase the stability of boreholes in this environment.

Ключевые слова: Баженосвкая свита, осложнения при бурении, геомеханическая модель, гидроразрыв пласта, анизотропия упругости.

Keywords: Bazhenov formation, drilling complications, geomechanical model, hydraulic fracturing, anisotropy.

В настоящее время наблюдается снижение добычи нефти на месторождениях, где в основном были разработаны запасы углеводородов. Именно поэтому становится все более актуальным изучение и добыча нефти из трудноизвлекаемых запасов, таких как Баженовская свита, которая характеризуется сложным неоднородным геологическим строением, высокой расчлененностью и низкой фильтрационной способностью пласта. В случае Баженовской свиты, оптимальным методом добычи является бурение горизонтальных скважин, с последующим многостадийным гидроразрывом пласта (МГРП) при помощи применения новейших технологий.

Основным объектом исследования данной работы является баженовская свита западной Сибири, которая характеризуется анизотропией упругих свойств и неоднородным геологическим строением. Эти факторы оказывают влияние на качество добычи углеводородов из этого пласта, поэтому изучение анизотропии свойств при исследовании баженовской свиты является важным для оптимизации методов добычи.

Методы оптимизации разработки баженовской свиты включают использование геологических и гидродинамических моделей, однако сложности, связанные с анизотропией и неоднородностью геологической структуры, могут привести к нежелательным осложнениям на этапе бурения скважин. Из-за высокой анизотропии могут возникнуть проблемы с прихватом бурильной колонны, падением скважины или неожиданным развитием трещин и плоскостей разлома, которые могут препятствовать добыче углеводородов. Кроме того, наличие глинистых слоев может вызвать сложности с поглощением бурового раствора и возможностью обрушения. В связи с этим необходимо проводить тщательное геологическое исследование перед началом бурения, а также использовать специальные технологии, которые позволяют эффективно решать возможные проблемы при бурении баженовской свиты.

Поглощения бурового раствора, обрушения ствола скважины и прихваты бурильной колонны могут повлиять на качество добычи углеводородов из баженовской свиты, а также требуют значительных материальных и временных затрат на ликвидацию осложнений и перебуривание ствола скважины. Поэтому изучение анизотропных свойств баженовской свиты и разработка специализированных программ для прогнозирования осложнений могут существенно улучшить эффективность ее добычи.

Таким образом, создание геомеханической модели позволяет более точно оценить риски возникновения обрушений, поглощений и других возможных проблем при бурении баженовской свиты. Оптимальный дизайн ГРП также может быть разработан с использованием полученных данных геомеханической модели.

ПО "РН-СИГМА" предоставляет возможность построения 1D геомеханических моделей, что позволяет учитывать особенности геологических структур на глубине и оценивать влияние различных факторов на стабильность скважин. Это может существенно повысить качество бурения и добычи углеводородов из баженовской свиты западной Сибири.

Построение геомеханической модели

Процесс построения 1D геомеханических моделей заключается в следующем:

• расчет горного и пластового давления;
• расчет динамических упругих свойств;
• расчет статических упругих свойств;
• расчет горизонтальных напряжений;
• расчет устойчивости ствола скважины (УСС).

При моделировании баженовской свиты учитываются данные керновых исследований и данных ГИС, которые используются для восстановления профилей упруго-прочностных свойств вдоль ствола скважины.

Для оценки устойчивости ствола скважины рассчитываются параметры горного и пластового давления.

Горное давление определяется весом вышележащих пород с изменяющейся плотностью. Для расчета горного давления (вертикального напряжения) используются кривые плотностного каротажа, экстраполированные от начала записи кривой до устья скважины. [2]

Для оценки порового давления в области бурения целевых ГС использованы карты пластового давления. Они строятся на основе данных, полученных из гидродинамических исследований аквиферов (водоносных горизонтов), а также измерений давления в скважинах. На основе собранных данных строятся карты, которые показывают изменение пластового давления по площади. Эти карты могут быть использованы для определения зон высокого или низкого пластового давления, что позволяет спрогнозировать изменения порового давления во время бурения целевых ГС.

Используя оценки давления смыкания по данным мини-ГРП, восстанавливаются тектонические деформации, которые затем используются для расчета горизонтальных напряжений [3].

На следующем шаге выполняется расчет напряженно-деформированного состояния пласта в рамках пороупругой модели. Ниже (рисунок 1) приведены результаты моделирования: минимального и максимального горизонтального напряжения.

Рисунок 1. Результат расчета напряжений

Коэффициент Био может быть определен путем анализа основных породообразующих минералов и оценки их пористости, а также путем использования данных геофизических исследований. Коэффициент Био определяет соотношение между изменением порового давления в пористой среде и соответствующим изменением объема породы (сжимаемости). В более общем смысле он отражает свойства пористых горных пород, определяющие уровень и характер их проницаемости. Значение коэффициента Био зависит от физических свойств породы, таких как пористость, упругость, проницаемость, и может быть как положительным, так и отрицательным в зависимости от типа породы.

Тектонические деформации, как и коэффициент Био, являются адаптационными параметрами [4].

На основе полученных профилей свойств и напряжений, а также принятых значений расчетных параметров, выполняется оценка устойчивости ствола исследуемых скважин.

Анализ устойчивости ствола скважины, проводимый путем расчетов градиента пластового давления, градиентов вывалообразования, поглощения и гидроразрыва, представлен в виде сводного планшета. Критерий Кулона-Мора используется для расчета градиента вывалообразования, а критерий возникновения разрывных нарушений - для расчета градиента гидроразрыва.

В Баженовской свите Западной Сибири также возможно интенсивное поглощение бурового раствора из-за естественной трещиноватости, которая характерна для данных отложений. Это может произойти еще до достижения градиента гидроразрыва из-за раскрытия уже существующих трещин. Для снижения рисков поглощения бурового раствора, принимается во внимание давление начала поглощения в качестве предельного давления гидроразрыва.

Ниже приведены результаты моделирования: градиенты ГНВП, обрушения, поглощения и автоГРП по целевому разрезу, допустимый диапазон плотности бурового раствора при которых не происходит ни поглощений, ни вывалов, ни газонефтеводопроявлений (рисунок 2).

Рисунок 2. Результат моделирования устойчивости ствола скважины

Выводы

Для проектных скважин в Баженовской свите Западной Сибири проведены расчеты устойчивости ствола скважин (УСС), в результате чего выявлены значимые риски.

Обрушение и потеря устойчивости ствола скважины при прохождении пятой пачки Баженовской свиты являются серьезными рисками для безопасности и эффективности бурения. Такие аварии могут привести к потере контроля над скважиной, контаминации пласта, затруднить дальнейшее продвижение ствола скважины, а также дать нежелательные экономические последствия. Поэтому необходимо учитывать эти риски при планировании и реализации проектов по бурению скважин в данной пачке Баженовской свиты, а также принимать соответствующие меры для предотвращения аварий и уменьшения возможного негативного влияния в случае их возникновения.

По результатам геомеханического моделирования на Баженовской свите были разработаны рекомендации к бурению горизонтальных скважин. Были определены допустимые диапазоны веса бурового раствора на принятых плановых траекториях проектных скважин. Также был оценен оптимальный диапазон азимутов для бурения горизонтальных секций.

Эти рекомендации могут повысить эффективность и безопасность процесса бурения скважин в данной формации, а также помочь снизить вероятность нежелательных последствий, таких как потеря контроля над скважиной или другие аварии. Планирование и реализация проектов по бурению скважин в соответствии с этими рекомендациями также может помочь снизить негативное воздействие на окружающую среду.