CC BY
12БУРЕНИЕ
УДК 622.143.1+622.279.5.001.42:622.245.723
М.В. Пятахин1, e-mail: M_Pyatakhin@vniigaz.gazprom.ru; С.А. Шулепин1, e-mail: S_Shulepin@vniigaz.gazprom.ru; Ю.М. Гайдаш2, e-mail: julia.gaydash@nielsen.com
1 ООО «Газпром ВНИИГАЗ» (Москва, Россия).
2 ООО «Нильсен Дейта Фэктори» (Москва, Россия).
Экспериментальные исследования разрушения породы пласта-коллектора в призабойной зоне скважин
В статье представлены результаты исследования, в рамках которого было проведено физическое моделирование напряженно-деформированного состояния породы в призабойной зоне пласта. Для проведения экспериментов был использован керновый материал сеноманского пласта-коллектора со средней пористостью около 29 % и проницаемостью порядка 1 Д из интервала 1065-1083 м скважины № 3 Северо-Каменномысского газоконден-сатного месторождения. Эксперименты проводились как трехосные испытания образцов керна по схеме Кармана как при атмосферном давлении в поровом пространстве образцов, так и при избыточном давлении азота до 5 МПа. Моделировалось разрушение без фильтрации газа, а также при отборе и закачке азота.
В целях оценки эффективности технологии увеличения проницаемости породы путем управления напряженно-деформированным состоянием были проведены эксперименты по определению фильтрационно-емкостных свойств до и после пластической деформации.
В ходе исследования проверялись и подтверждались закономерности разрушения породы в соответствии с критерием Кулона - Мора и принципом эффективных напряжений. Основное внимание уделялось условиям и процессу разрушения породы на стенке скважины или на некотором удалении от нее. Было установлено, что разрушение образцов соответствует теории Кулона - Мора с учетом эффективных главных напряжений, что служит экспериментальным подтверждением надежности и работоспособности геомеханических моделей, базирующихся в том числе на принципе эффективных напряжений и критерии Кулона - Мора.
На основе моделирования разрушения разработан метод определения сцепления слабосцементированных песчаников.
Ключевые слова: скважина, месторождение, призабойная зона пласта, разрушение породы, моделирование, эффективное напряжение, трещина, критерий Кулона - Мора, сцепление, угол внутреннего трения.
M.V. Pyatakhin1, e-mail: M_Pyatakhin@vniigaz.gazprom.ru; S.A. Shulepin1, e-mail: S_Shulepin@vniigaz.gazprom.ru; Yu.M. Gaydash2, e-mail: julia.gaydash@nielsen.com
1 Gazprom VNIIGAZ LLC (Moscow, Russia).
2 Nielsen Data Factory LLC (Moscow, Russia).
Experimental Studies of Reservoir Rock Destruction in the Bottom-Hole Zone of Wells
The article presents the results of the study, within the framework of which the physical modeling of the stress-strain state of the rock in the bottomhole formation zone was carried out. For the experiments, the core material of the Cenomanian reservoir was used with an average porosity of about 29 % and a permeability of about 1 D from the interval 1065-1083 m of well No. 3 of the Severo-Kamennomysskoye gas condensate field. The experiments were carried out as triaxial tests of core samples according to the Karman scheme both at atmospheric pressure in the pore space of the samples, and at an excess nitrogen pressure of up to 5 MPa. The destruction was simulated without gas filtration, as well as during the extraction and injection of nitrogen.
In order to assess the effectiveness of the technology for increasing the permeability of the rock by controlling the stress-strain state, experiments were carried out to determine the filtration-capacitive properties before and after plastic deformation.
In the course of the study, the laws of rock destruction were checked and confirmed in accordance with the Coulomb -Mohr criterion and the principle of effective stresses. The main attention was paid to the conditions and process of rock
30
№ 9-10 октябрь 2020 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ
DRILLING
destruction on the borehole wall or at some distance from it. It was found that the fracture of the samples corresponds to the Coulomb - Mohr theory, taking into account the effective principal stresses, which serves as an experimental confirmation of the reliability and operability of geomechanical models based, among other things, on the principle of effective stresses and the Coulomb - Mohr criterion.
A method for determining the cohesion of weakly cemented sandstones has been developed on the basis of fracture modeling.
Keywords: well, field, bottom-hole formation zone, rock destruction, modeling, effective stress, crack, Coulomb - Mohr criterion, cohesion, internal friction angle.
При бурении, заканчивании и эксплуатации скважин необходимы исследования напряженно-деформированного состояния породы в призабойной зоне пласта [1]. Результаты исследований применяются для установления оптимальных дебитов, предотвращения разрушения породы и выноса песка, используются в технологиях увеличения проницаемости породы [2] и для других практических целей. Существуют два основных направления исследований -разработка математических моделей напряженно-деформированного состояния породы и экспериментальные исследования закономерностей деформации и разрушения.Эксперименты позволяют напрямую исследовать процессы и не зависят от надежности исходных данных в отличие от математических моделей.
В рамках исследования, результаты которого представлены в данной статье, для проведения экспериментов по физическому моделированию напряженно-деформированного состояния (НДС) и разрушения породы был использован керновый материал сеноманского пласта-коллектора со средней пористостью около 29 % и проницаемостью порядка 1 Д из интервала 1065-1083 м скважины № 3 Северо-Каменномысского газо-конденсатного месторождения (ГКМ). Испытание образцов проводилось на экспериментальном стенде для моделирования пласта ВУМП-01 «Пласт» [3]. Принципиальная схема установки приведена на рис. 1. В ходе работы использовалась размещенная на установке ВУМП-01 «Пласт»
Рис. 1. Принципиальная схема установки ВУМП-01 «Пласт»:
К1 или К2 - исследовательские камеры; НР1, НР2 - ручные насосы; Н1 - дозировочный насос; P1, P2 - датчики давления; F - расходомер; М1, М2 - манометры; СМ - смеситель; ПУ -пескоуловитель; КЗ-1, ..., КЗ-7 - вентили; Е1, Е2, Е3 - емкости; N2 - баллон с азотом; подводящие линии; компьютер управления Fig. 1. Schematic diagram of the unit VUMP-01 "Plast":
К1 or К2 - research chambers; НР1, НР2 - hand pumps; Н1 - dosing pump; P1, P2 - pressure sensors; F - flow meter; М1, М2 - pressure gauges; СМ - mixer; ПУ - sand trap; КЗ-1, ..., КЗ-7 - valves; E1, E2, E3 - containers; N2 - nitrogen cylinder; supply lines; computer control
Ссылка для цитирования (for citation):
Пятахин М.В., Шулепин С.А., Гайдаш Ю.М. Экспериментальные исследования разрушения породы пласта-коллектора в призабойной зоне скважин // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2020. № 9-10. С. 30-37.
Pyatakhin M.V., Shulepin S.A., Gaydash Yu.M. Experimental Studies of Reservoir Rock Destruction in the Bottom-Hole Zone of Wells. Territorija "NEFTEGAS" [Oil and Gas Territory]. 2020;(9-10):30-37. (In Russ.)
TERRITORIJA NEFTEGAS - OIL AND GAS TERRITORY No. 9-10 October 2020
31
БУРЕНИЕ
Рис. 2. Исследовательская камера К2: 1 - корпус; 2 - резиновая манжета, размещенная внутри корпуса; 3,4 - поршни;
5 - гидроцилиндр; 6 - образец породы Fig. 2. Research chamber K2:
1 - case; 2 - rubber cuff located inside the body; 3, 4 - pistons; 5 - hydraulic cylinder;
6 - core boring
в вертикальном положении камера К2 (рис. 2), представляющая собой керно-держатель специальной конструкции, предназначенный для работы с монолитными цилиндрическими образцами горных пород длиной 50 мм и диаметром 30 мм. Для фильтрации газа через образец или поддержания давления в испытательной камере использовался баллон со сжатым азотом. Опыты проводились по схеме нагруже-ния Кармана и ее аналогу с торцевым обжимом и боковым нагружением. Обжим образца породы неравномерным всесторонним сжатием моделирует на-гружение элемента призабойной зоны пласта (ПЗП) вертикальной и боковой составляющих горного давления. Поскольку величина эффективного напряжения равна разности между полным напряжением и поровым давлением, величины осевой и радиальной нагру-
а) a)
¡1
Проверка герметичности системы Checking the tightness of the system
17,7 МПа (MPa) - разрушение (destruction)
Радиальная составляющая нагрузки ar Radial component of Load ar Осевая составляющая нагрузки аг Axial component of the load oz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Время, мин Time, minutes
б) b)
26 24 22
£,£20 * = 18 ¡1 16 14 12 10 8 6 4
ai
is q
25 МПа (MPa) - нет разрушения (no destruction)
Давление азота в образце Sample nitrogen pressure Радиальная составляющая нагрузки ar Radial component of load or Осевая составляющая нагрузки oz Axial component of the load a
Время, мин Time, minutes
в) с)
г) d)
Время, мин Time, minutes
8 МПа (MPa) - разрушение (destruction)
Давление азота в образце Sample nitrogen pressure Радиальная составляющая нагрузки ог Radial component of load о. Осевая составляющая нагрузки сг Axial component of the load сг Медленное стравливание азота Slow nitrogen bleeding
12
15 МПа (MPa) - разрушение (destruction)
Давление азота в образце Sample nitrogen pressure Радиальная составляющая нагрузки о. Radial component of load ar Осевая составляющая нагрузки az Axial component of the load az Давление азота от 0 до 1 МПа Nitrogen pressure from 0 to 1 MPa
Время, мин Time, minutes
Рис. 3. Схема нагружения образца породы в опытах: а) № 2 - моделирование деформации и разрушения сдвигом (без азота); б) № 5 - моделирование деформации и разрушения растяжением по радиусу (с азотом); в) № 19 - моделирование деформации и разрушения сдвигом при закачке азота; г) № 20 - моделирование деформации и разрушения сдвигом при отборе азота Fig. 3. Scheme of loading a rock sample in experiments: a) No. 2 - modeling of deformation and shear failure (without nitrogen); b) No. 5 - modeling of deformation and fracture by stretching along the radius (with nitrogen); c) No. 19 - modeling of deformation and shear fracture during nitrogen injection; d) No. 20 - modeling of deformation and shear failure during nitrogen withdrawal
32
№ 9-10 октябрь 2020 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ
DRILLING
Рис. 4. Разлом образца породы из призабойной зоны пласта в результате опыта № 2
Fig. 4. Fracture of the rock sample from the bottomhole formation zone as a result of experiment No. 2
зок образца соответствуют разности между составляющими горного давления и давлением на забое скважины.
РЕЗУЛЬТАТЫ ОПЫТОВ
ПРИ АТМОСФЕРНОМ ДАВЛЕНИИ
Сначала рассмотрим результаты опытов, проведенных при атмосферном давлении в поровом пространстве образцов. Концепция эффективных напряжений позволяет пересчитать результаты для произвольного давления на забое скважины.
В опытах № 2-4, 7, 8 моделируются деформационные процессы и разрушение породы в ПЗП сдвигом на некотором удалении от стенки скважины, где НДС породы пласта-коллектора характеризуется минимальным главным напряжением, заметно большим нуля [1]. В соответствии с результатами математического моделирования [1] пространственная область применимости полученных результатов составляет несколько десятков сантиметров от стенки для скважин с перфорацией и несколько метров для скважин с открытым забоем.
На рис. 3a приведена схема нагружения в рамках опыта № 2. Здесь и далее схемы имеют вид временных зависимостей радиальной ст. и осевой стг составляю-
щих нагрузки. В левой части рисунка показана стадия проверки герметичности системы. Она присутствовала во всех проведенных опытах и далее приводиться не будет. При пересчете к практическим условиям при пластовом давлении, например, 10 МПа полные моделируемые напряжения будут равны 11 МПа в начале опыта с ростом радиальной составляющей до 27,7 МПа. На рис. 4 показан диагональный разлом образца, возникающий в ходе опыта № 2 на стадии неупругой деформации породы.
В опыте № 3 в отличие от опыта № 2 фиксировалась радиальная и увеличивалась осевая нагрузка. При этом разрушение образца породы из призабойной зоны пласта-коллектора произошло при близких опыту № 2 значениях максимальной составляющей напряжения 15,4 МПа, что указывает на близость прочностных свойств образцов. По схеме разгрузки после предварительного всестороннего нагружения проводился опыт № 4. После достижения всесторонним обжимом 20 МПа осевая нагрузка уменьшается в 10 раз при сохранении радиальной, при этом опыт показал, что предельное состояние не достигается, разрушения нет. Этот факт указывает, во-первых, на сравнительно высокие прочностные свойства породы образца и, во-вторых, на значительный разброс механических свойств породы даже в пределах узкого интервала глубин.
При проведении опыта № 7 осевая нагрузка поддерживалась на уровне 1 МПа, а радиальная равномерно возрастала. Разрушение образца породы из призабойной зоны пласта-коллектора фиксировалось при достижении радиальной нагрузкой значения 24,3 МПа. При этом образовалась трещина по диагонали образца, показанная на рис. 5. Две части образца породы после разлома тесно прилегают друг к другу.
Полностью аналогичная опыту № 7 схема нагружения образца породы из призабойной зоны пласта-коллектора применялась в опыте № 8. Однако при большей радиальной нагрузке, достигшей значения 25,3 МПа, разрушения образца не наблюдалось. Результаты
опыта № 8 подтверждают значительную изменчивость механических свойств породы из призабойной зоны пласта-коллектора даже в пределах узкого интервала отбора керна.
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ СЦЕПЛЕНИЯ
СЛАБОСЦЕМЕНТИРОВАННЫХ
ПЕСЧАНИКОВ
На основе моделирования разрушения образцов авторами статьи разработан метод определения сцепления слабо-сцементированных песчаников. Из критерия разрушения Кулона - Мора:
0m=x-P = 2Ctffa+(omin-p)(fffa)!, (1)
где ст и ст . - максимальное и ми-
m max min
нимальное главные напряжения, действующие на образец породы, МПа; p -давление флюида, МПа; C - сцепление; а - угол разрушения, рассчитываемый по формуле:
где ср - угол внутреннего трения породы, для расчета сцепления породы получаем выражение:
Ща ' '
В предлагаемом методе в формуле (3) угол разрушения принимается а = 62,5 поскольку в экспериментах
Рис. 5. Трещина в образце породы, образовавшаяся в результате опыта № 7 Fig. 5. Crack in a rock sample formed as a result of experiment No. 7
TERRITORIJA NEFTEGAS - OIL AND GAS TERRITORY No. 9-10 October 2020
33
БУРЕНИЕ
Таблица 1. Результаты экспериментов по разрушению образцов керна Table 1. Results of experiments on the destruction of core samples
№ образца Минимальное напряжение, МПа Максимальное напряжение, МПа
Sample No. Minimal load, MPa Maximal load, MPa
2 1 17,7
3 1 15,4
7 1 24,3
[4] показано, что значения угла внутреннего трения слабосцементиро-ванных песчаников близки к <р = 35 Подставив в (3) значения минимального и максимального напряжений из опытов по разрушению образцов, получаем сцепление. Для примера используем результаты описанных ранее опытов по разрушению песчаника из интервала 1071-1072м сеноманского горизонта скважины № 3 Северо-Каменномысского ГКМ, подытоженные в табл. 1. Подставляя в формулу (3) значения напряжений из таблицы 1, получаем:
• С = 3,7 МПа для образца № 2;
• С = 3,1 МПа для образца № 3;
• С = 5,4 МПа для образца № 7. Измерение сцепления для этих образцов методом [4] дает близкие результаты.
При проведении группы опытов № 9-11 моделировались деформационные процессы и разрушение породы в ПЗП на стенке скважины, где НДС породы характеризуется близким к нулю минимальным главным напряжением [1]. Опыты этой группы проводились при атмосферном давлении в поровом пространстве образца. В опыте № 9 осевая составляющая напряжения поддерживалась на уровне 0,05 МПа, радиальная составляющая равномерно возрастала до разрушения образца, произошедшего при значении радиальной нагрузки 12,7 МПа. Вид разрушения образца породы из призабой-ной зоны пласта-коллектора в опыте № 9 показан на рис. 6. Разрушение происходило ближе к торцу образца. Аналогично опыту № 9 в опытах № 10 и 11 осевая составляющая напряжения поддерживалась на уровне 0,05 МПа, радиальная составляющая возрастала до разрушения образцов, произошедшего при значении радиального напряжения 16 и 16,8 МПа соответственно. Разрушение происходило в районе тор-
цов образцов. Близость значений разрушающей нагрузки на образцы в опытах № 10 и 11 указывает на близость показателей их объемной прочности.
РЕЗУЛЬТАТЫ ОПЫТОВ
ПРИ ИЗБЫТОЧНОМ ДАВЛЕНИИ
АЗОТА
Перейдем к анализу опытов при избыточном давлении азота в поровом пространстве образцов. В опыте № 12 давление азота в образце поддерживалось на уровне 0,6 МПа. Аналогично опытам № 9-11 в опыте № 12 осевая составляющая напряжения поддерживалась на уровне 0,05 МПа, радиальная составляющая нагрузки возрастала до разрушения образца, произошедшего при значении радиального напряжения 16,8 МПа. Фактическое совпадение результатов по значениям главных напряжений в опытах № 11 и 12 показало, что наличие в поровом пространстве газа при сравнительно невысоком давлении не оказывает влияния на процесс разрушения породы.
Рис. 6. Разрушение образца породы в результате опыта № 9
Fig. 6. Destruction of a rock sample as a result of experiment No. 9
Рассмотрим результаты моделирования разрушения породы из ПЗП растягивающими напряжениями. Для моделирования деформации растяжения в опыте № 5 давление азота в поровом пространстве образца поддерживалось на уровне 5 МПа (рис. 3б). Величина минимального главного напряжения -радиального - была фиксированной и составляла 1 МПа. Осевая составляющая напряжения возрастала в процессе опыта от 1 до 25 МПа. Разрушения породы радиальным эффективным растягивающим напряжением 4 МПа не наблюдалось.
В опыте № 6 давление азота в образце поддерживалось на уровне 2 МПа, величина минимального главного (радиального) напряжения составляла 1 МПа. Осевая составляющая возрастала от 1 до 25 МПа. Разрушения породы растягивающим напряжением не происходило. Отметим, что разность давления газа и минимального действующего на образец напряжения превосходит характерные значения предела прочности сеноманского песчаника на растяжение [5] для условий опыта № 6 и тем более для условий опыта № 5. Возможно, отсутствие разрушений связано с ограничением смещений в радиальном направлении.
Моделирование разрушения породы в ПЗП при закачке газа проводилось в опытах № 18 и 19 путем закачки в по-ровое пространство азота. В опыте № 18 минимальная (радиальная) составляющая напряжения на всем протяжении эксперимента равнялась 2 МПа. Осевая составляющая напряжения равномерно возрастала с 2 до 15 МПа, затем это значение фиксировалось до окончания испытания. По достижении осевой составляющей значения 15 МПа в образец начинал закачиваться азот. В конце эксперимента давление азота составляло 0,5 МПа. Разрушения образца не фиксировалось.
Для проведения опыта № 19 использовался не разрушенный в эксперименте № 18 образец. Условия нагружения были такими же (рис. 3в). В отличие от опыта № 18 к концу эксперимента давление закачанного в образец породы пласта-коллектора азота составило 1 МПа. В итоге образец разрушался, его
34
№ 9-10 октябрь 2020 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ
Рис. 7. Разлом образца в разультате опыта № 19 Fig. 7. Fracture of the sample as a result of experiment No. 19
вид с диагональным разломом показан на рис. 7.
Для анализа результатов моделирования используем график, приведенный на рис. 8а. На нем изображены линии предельного состояния, соответствующие критерию разрушения Кулона -Мора, в координатах минимального и максимального главных напряжений. При построении использовались результаты дополнительных экспериментальных исследований образцов, показавшие, что среднее значение коэффициента сцепления составляет порядка 3,1 МПа, а угла разрушения -60 Линии предельного состояния на графике смещаются вниз с ростом порового давления, обозначенного цифрами рядом с прямыми. Для условий опытов № 18 и 19 смещение показано стрелкой. Максимальное главное напряжение, необходимое для разрушения образца, уменьшается. Из графика видно и подтвердилось в опыте № 18, что разрушение породы не будет происходить при поровом давлении 0,5 МПа. Разрушение в рассматриваемых условиях должно начаться при поровом давлении азота, превышающем значение, несколько меньшее 1 МПа, как и произошло в опыте № 19 при давлении 1МПа. Наблюдаемое поведение образцов под нагрузкой полностью соответствует теории Кулона -Мора с учетом эффективных главных напряжений.
012345678
Минимальное напряжение, МПа Minimal load, МРа
012345678 Минимальное напряжение, МПа Minimal load, МРа
Рис. 8. Линии предельного состояния, соответствующие критерию разрушения Кулона - Мора, для опытов: а) с закачкой азота (№ 18, 19); б) с отбором азота (№ 20-22); p - поровое давление, МПа; область действия растягивающих напряжений заштрихована Fig. 8. Lines of limiting state corresponding to the Coulomb - Mohr fracture criterion for experiments: a) with nitrogen injection (No. 18, 19); b) with nitrogen sampling (No. 20-22); p - pore pressure, MPa; the area of action of tensile stresses is shaded
Моделирование разрушения породы в ПЗП при отборе газа проводилось в опытах № 20-22 путем выпуска из порового пространства образцов предварительно закачанного туда азота. В опыте № 20 минимальная (радиальная) составляющая напряжения на всем протяжении эксперимента равнялась 2 МПа. Осевая составляющая напря-
жения возрастала с 2 до 8 МПа, это значение фиксировалось до окончания испытания. Давление закачанного в образец породы азота составляло 2 МПа. При достижении осевой нагрузкой значения 8 МПа азот стравливался из порового пространства (рис. 3г). В итоге фиксировалось разрушение образца.
TERRITORIJA NEFTEGAS - OIL AND GAS TERRITORY No. 9-10 October 2020
35
БУРЕНИЕ
Таблица 2. Результаты опытов по изменению проницаемости породы Table 2. Results of experiments on changing rock permeability
Месторождение Field № скважины Well No. № образца, тип разрушения Sample No., type of destruction Глубина залегания, м Occurrence depth, m Коэффициент проницаемости до разлома, мД Fracture permeability coefficient, mD Коэффициент проницаемости после разлома, мД/изменение, отн. ед. Permeability coefficient after fracture, mD/change, relative units
Северо- Каменномысское газоконденсатное месторождение, сеноман Severo- Kamennomysskoye gas condensate field, Cenomanian 3 2, разлом при сдвиге 2, shear fault 1071-1072 1165 4650/4
3 7, трещина при сдвиге 7, shear crack 1071-1072 1165 914/0,8
3 22, трещина отрыва 22, tensile crack 1065-1083 651 1449/2,2
3 23, трещина отрыва 23, tensile crack 1065-1083 651 2106/3,2
3 24, трещина отрыва 24, tensile crack 1065-1083 1395 2406/1,7
3 25, трещина отрыва 25, tensile crack 1065-1083 1395 2246/1,6
В опыте № 21 условия нагружения были такие же, как в опыте № 20. Отличалось давление закачанного в образец породы пласта-коллектора азота, составлявшее 1 МПа. В момент достижения осевой нагрузкой значения 8 МПа стравливали азот из порового пространства. Наблюдался интенсивный вынос, фонтан песка. В итоге фиксировалось разрушение образца.
В аналогичном опытам № 20 и 21 эксперименте № 22, когда исходное давление азота составляло 0,3 МПа, разрушения образца не фиксировалось. Анализируя результаты моделирования разрушения породы в ПЗП при отборе газа, воспользуемся графиком, приведенным на рис. 8б. На нем изображены линии предельного состояния, соответствующие критерию разрушения Кулона - Мора, с учетом результатов дополнительных экспериментальных исследований образцов. Они показали, что среднее значение коэффициента сцепления составляет 1 МПа, а угла разрушения - 60 С ростом давления линии предельного состояния смещаются вниз, что показано стрелкой для условий проведенных опытов № 20-22. Линии смещаются в сторону уменьшения максимального главного напряжения, необходимого для разрушения образца. Как видно из графика, в реализованных условиях экспериментов разрушение породы начнется при поровом давлении выше 0,5 МПа, что и наблюдалось
в опытах № 20 и 21. При давлении ниже 0,5 МПа разрушение не должно происходить, что подтвердил опыт № 22. Таким образом, результаты опытов № 20-22 хорошо согласуются с критерием разрушения Кулона - Мора и концепцией эффективных напряжений.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОНИЦАЕМОСТИ ОБРАЗЦОВ ДО И ПОСЛЕ ОБРАЗОВАНИЯ ТРЕЩИН
С практической точки зрения [6, 7] представляет интерес технология увеличения проницаемости породы в ПЗП путем управления напряженно-деформированным состоянием в целях создания системы трещин [2]. Проницаемость является важнейшим параметром породы, определяющим потенциальные продуктивные характеристики эксплуатационных скважин. Для оценки эффективности технологии в работе проводились эксперименты по определению проницаемости образцов до и после образования трещин. Моделировались трещины двух типов - при сдвиговом разрушении породы и при разрушении породы растяжением. В опытах измерялась проницаемость исходных образцов породы, а затем тех же образцов, подвергнутых нагружению. В табл. 2 приведены результаты опытов по изменению проницаемости породы. Как показывает анализ результатов, во всех экспериментах, кроме одного, проницаемость породы существенно
возрастала. Наибольший рост проницаемости (в четыре раза) показал образец породы пласта-коллектора с разломом при сдвиговом разрушении в опыте № 2 (рис. 4). В то же время для образца с плотно сомкнутой трещиной в опыте № 7 (рис. 5) рост проницаемости не зафиксирован, она даже уменьшилась на 20 %. Для всех испытанных образцов породы пласта-коллектора с разрушением растяжением и образованием трещин отрыва наблюдался рост проницаемости. Диапазон увеличения проницаемости -от 1,6 раза для образца № 25 до 3,2 раза для образца № 23. Отметим, что максимальный рост проницаемости при разрушении сдвигом превысил рост проницаемости при разрушении растяжением.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результаты исследования показали, что разрушение образцов соответствует теории Кулона - Мора с учетом эффективных главных напряжений. На основании проведенных исследований предложен метод определения сцепления слабосцементированных песчаников.
Исследована возможность увеличения проницаемости породы путем создания в ПЗП системы трещин. В ходе исследования установлено, в частности, что в большинстве случаев проницаемость образцов с трещинами существенно возрастала.
36
№ 9-10 октябрь 2020 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ
Литература:
1. Пятахин М.В. Геомеханические проблемы при эксплуатации скважин. М.: ООО «Газпром ВНИИГАЗ», 2012. 266 с.
2. Пятахин М.В., Пятахина Ю.М. Управление техногенной трещиноватостью для улучшения фильтрационно-емкостных свойств коллекторов подземных хранилищ газа // Газовая промышленность. 2016. № 4 (736). С. 59-63.
3. Пятахин М.В., Селиванов Д.В., Бородин С.А., Пятахина Ю.М. Стенд моделирования ВУМП-01 «Пласт»: экспериментальные результаты для обоснования нового способа бесфильтрового заканчивания скважин // Научно-технический сборник «Вести газовой науки». 2012. № 3 (11). С. 226-240.
4. Пятахин М.В., Хан С.А., Оводов С.О. Определение сцепления слабосцементированных песчаников // Газовая промышленность. 2008. № 3. С. 82-84.
5. Протодьяконов М.М., Тедер Р.И., Ильницкая Е.И. и др. Распределение и корреляция показателей физических свойств горных пород: Справочное пособие. М.: Недра, 1981. 192 с.
6. Гарайшин А.С., Григорьев А.В., Исаева Н.А. и др. Технология освоения бобриковского пласта-коллектора Арбузовского ПХГ // Газовая промышленность. 2012. № S (684). С. 64-66.
7. Алиев М.М., Байбурова М.М., Кантюков P.P., Ульшина К.Ф. Устойчивость подземных хранилищ газа, строящихся в слоистых породах // Газовая промышленность. 2015. № 10 (729). С. 40-42.
References:
1. Pyatakhin M.V. Geomechanical Problems in Wells Operation. Moscow: Gazprom VNIIGAZ LLC; 2012. (In Russ.)
2. Pyatakhin M.V., Pyatakhina Yu.M. Technology-Caused Fracturing Management Improves Gas Storage Reservoir Performance. Gazovaya promyshlennost' = Gas Industry. 2016;4(736):59-63. (In Russ.)
3. Pyatakhin M.V., Selivanov D.V., Borodin S.A., Pyatakhina Yu.M. Modeling Stand VUMP-01 "Plast": Experimental Results to Justify a New Method of Filterless Completion of Wells. Scientific-Technical Collection Book "Vesti Gazovoy Nauki". 2012;3(11):226-240. (In Russ.)
4. Pyatakhin M.V., Khan S.A., Ovodov S.O. Determination of Cohesion of Weakly Cemented Sandstones. Gazovaya promyshlennost' = Gas Industry. 2008;(3):82-84. (In Russ.)
5. Protodyakonov M.M., Teder R.I., Ilnitskaya Ye.I. et al. Distribution and Correlation of Rock Physical Properties Indicators: Handbook. Moscow: Nedra; 1981. (In Russ.)
6. Garaishin A.S., Grigoriev A.V., Isaeva N.A. et al. Technology of Development of the Bobrikov Reservoir-Collector of the Arbuzovsky Underground Gas Storage. Gazovaya promyshlennost' = Gas Industry. 2012;S(684):64-66. (In Russ.)
7. Aliyev M.M., Baiburova M.M., Kantyukov R.R., Ulsina K.F. Stability of Underground Gas Storage Facilities Built in Layered Rocks. Gazovaya promyshlennost' = Gas Industry. 2015;10(729):40-42. (In Russ.)
В ВАШУ
ТЕХНИЧЕСКУЮ БИБЛИОТЕКУ
С п е ци ал истами Н ауч н о - п роиз водстве н н ого внедренческого предприятия «Электрохимзащита» и Уфимского государственного нефтяного технического университета, на основе более чем тридцатилетнего научно -практического опыта работы создана и выпущена в свет монография «Диагностика защищенности подземных трубопроводов от электрохимической коррозии».
В книге изложены теоретические основы коррозионного процесса и практические вопросы комплексного обследования коррозионного состояния магистральных трубопроводов и средств электрохимической защиты.
Для специалистов-диагностов в качестве справочного руководства, слушателей курсов дополнительного профессионального образования и студентов, обучающихся в вузах нефтегазового профиля.
По вопросам приобретения обращаться
в ООО НПВП «Электрохимзащита» по телефону (347) 282-59-30 или по электронной почте ehzbyh@mail.ru
