«Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений»

ПОСТРОЕНИЕ ЧИСЛЕННОЙ 3D ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ НА ПРИМЕРЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПАО "ЛУКОЙЛ"

УДК: 622.24.001.57
DOI: 10.33285/2413-5011-2021-4(352)-43-48

Авторы:

¹ Филиал ООО "ЛУКОЙЛ-Инжиниринг" "ПермНИПИнефть" в г. Перми, г. Пермь, Россия

Ключевые слова: геомеханика; расчет напряженного состояния; метод конечных элементов; устойчивость ствола скважины; поровое давление; давление обрушения пород; давление поглощения; давление гидроразрыва; горизонтальное бурение.

Аннотация:

В статье рассматриваются результаты геомеханического моделирования для решения задач в области обеспечения безаварийной проводки скважин. Построена численная 3D геомеханическая модель для исследуемого месторождения с последующим расчетом устойчивости добывающих скважин. Рассмотрена методика одномерного геомеханического моделирования на опорных скважинах, в том числе определение динамических и статических упругопрочностных характеристик пород, расчет порового давления, вертикального и горизонтального напряжений. Получены и проанализированы расчеты устойчивости скважин по результатам 1D геомеханического моделирования. Проанализированы результаты трехмерного геомеханического моделирования: определение границ и построение структурного каркаса модели, тестирование геометрии, наполнение сетки механическими свойствами, а также расчет полного тензора напряжений методом конечных элементов (МКЭ). Проведено сопоставление результатов 1D и 3D моделирования. Таким образом, построена численная 3D геомеханическая модель для исследуемого месторождения. Следующим этапом работ был расчет устойчивости стволов для планируемых скважин. Дополнительно рассчитаны кубы градиентов давления поглощения бурового раствора, давления обрушения и гидроразрыва пород при различных зенитных углах и азимутах бурения. Разработаны рекомендации для безаварийного строительства скважин на исследуемом месторождении, в том числе по сопровождению и обновлению геомеханической модели в режиме реального времени в процессе бурения скважин. Полученные результаты и методика выполнения работ могут быть использованы при проектировании и строительстве скважин на других месторождениях с учетом региональных особенностей.

Список литературы:

1. Fischer К., Henk A. Generating and Calibrating 3D Geomechanical Reservoir Models // 75th EAGE conference & exhibition incorporating SPE EUROPEC-2013. - 2013. - № 75. - 348 р.
2. Byoung Yoon Park, Sobolik R. Steven, Courtney G. Herrick. Geomechanical Model Calibration Using Field Measurements for a Petroleum Reserve // Rock Mechanics and Rock Engineering. - 2018. - № 3. - Pp. 925-943.
3. Henk A., Fischer K., Winter I. Prediction of tectonic stresses and fracture networks with geomechanical reservoir models // Berichte - Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle. - Forschungsbericht, 2014. - № 725. - 205 р.
4. Предеин А.А., Клыков П.И. Построение геомеханической модели и расчет устойчивости ствола скважины на примере одного из месторождений Пермского края // Бурение и нефть. - 2016. - № 4.
5. Geomechanical wellbore stability analysis for the reservoir section in J-NC186 oil field / T.M. Albukhari, G.K. Beshish, M.M. Abouzbeda, A. Madi // Tunisian Society for Rock Mechanics. - 2018. - Pp. 179-193.
6. Геомеханическое моделирование как неотъемлемая часть комплексного подхода к строительству скважин в сложных горно-геологических условиях / О.В. Гаршина, А.А. Предеин, П.И. Клыков, П.А. Хвощин, И.Л. Некрасова // Нефтепромысловое дело. - М.: ОАО "ВНИИОЭНГ", 2017. - № 5. - С. 28-33.
7. Развитие геомеханического моделирования в России / В.А. Павлов, М.А. Лушев, Е.П. Корельский, П.Г. Ласкин // Технологии нефти и газа. - 2017. - № 6. - С. 3-9.
8. Zoback M. Reservoir geomechanics. - Cambridge University Press, 2007. - 505 p.
9. Petroleum related rock mechanics / E. Fjaer, R.M. Holt, P. Horsrud, A.M. Raaen, R. Risness // Developments in Petroleum Science. - Elsevier Science, 1992. - № 33. - 346 p.
10. Hoek E., Brown E.T. Underground excavations in rock. - London: Institution of Mining and Metallurgy, 1980. - 527 p.
11. Reservoir geomechanics in carbonates / O. Hamid [et al.] // SPE Middle East Oil & Gas Show and Conference. - Manama, 2017. - DOI: 10.2118/183704-MSpdf
12. Mohr-Coulomb yield criterion in rock plastic mechanics / Wang Hongcai, Zhao Weihua, Sun Dongsheng, Guo Binbin // Acta Geophysica Sinica. - 2012. - № 12. - Pp. 4231-4238.
13. Al-Ajml A.M., Zimmerman R.W. Stability Analysis of Vertical Boreholes Using the Mogi-Coulomb Failure Criterion // Int. J. Rock Mechanics & Mining Science. - 2006. - Vol. 43. - Pp. 1200-1211.
14. Ewy R.T. Wellbore stability predictions by use of a modified Lade criterion // SPE 56862-PA. - 1999. - Pp. 85-91.
15. Некрасов С.В., Андрейко С.С. Вычислительная схема оценки напряженно-деформированного состояния кусочнооднородной трехмерной упругой среды на основе непрямого метода граничных элементов // Вестник Пермского нац. исслед. политехнич. ун-та. Геология. Нефтегазовое и горное дело. - 2015. - № 16. - С. 86-97. - DOI: 10.15593/2224-9923/2015.16.10
16. Zhou Bo, Sun Bo, Xue Shifeng. Extended finite element method for fracture mechanics of rock // J. of China University of Petroleum, Edition of Natural Science. - 2016. - № 4. - Рp. 121-126.
17. Discussion on the fracture of layered rock mass based on the finite element method / Xu Ke, Dai Junsheng, Fu Xiaolong, Ren Qiqiang, Liu Congning, Zhao Yun // J. of Geomechanics. - 2015. - № 3. - Рp. 330-340.
18. Pryhorovska T.O., Chaplinskiy S.S., Kudriavtsev I.O. Finite element modeling of rock mass cutting by cutters for PDC drill bits // Petroleum Exploration and Development. - 2015. - № 6. - Рр. 812-816.