Приведен обзор оценки и моделирования напряженного состояния горных пород в околоствольной зоне горизонтальных скважин при проведении кислотного воздействия на пласт с целью повышения эффективности разработки месторождений нефти и газа. Разработана численная конечно-элементная модель околоскважинной зоны продуктивного пласта вскрытого горизонтальным участком ствола скважины на примере одного из нефтяных месторождений Пермского края. Определено распределение физико-механических свойств терригенного коллектора вблизи скважины с учетом трансформации под воздействием глинокислотного реагента для различного периода времени его закачки. Выполнено многовариантное численное моделирование и определено распределение горизонтальных и вертикальных напряжений в околоскважинной зоне с учетом различной величины депрессии на пласт и изменения упруго-прочностных свойств в зависимости от области проникновения глинокислоты. Установлено, что изменение модуля упругости и коэффициента Пуассона под воздействием кислоты приводит к уменьшению напряжений в околоскважинной зоне. Анализ поля распределения напряжений на основе критерия Кулона – Мора показал, что минимальный коэффициент запаса прочности породы даже после воздействия глинокислоты составляет 1,5, таким образом, в рассматриваемых условиях моделирования горизонтальной скважины порода-коллектор остается устойчивой и зон разрушения породы не возникает.
В статье описана методика лабораторных исследований воздействия водорода на породу-коллектор. Рассмотрены этапы исследований образцов и приборы, использованные в экспериментах. Выполнен сопоставительный анализ результатов исследований фильтрационно-емкостных свойств образцов керна. Показано, что после воздействия водородом величина пористости уменьшается на 4,6 %, проницаемости – на 7,9 %. Анализ корреляционных зависимостей показал характерное изменение взаимосвязи данных характеристик: после воздействия на образцы водородом увеличился разброс значений и уменьшился коэффициент корреляции, что говорит об изменении структуры пустотного пространства. На основе результатов исследований сделан вывод о том, что снижение пористости и проницаемости образцов керна происходит из-за их небольшого уплотнения под воздействием эффективных напряжений. Химический анализ породы не показал существенного отличия в составе основных оксидов до и после воздействия водородом, что свидетельствует о химической устойчивости исследуемого пласта к водороду. Результаты экспериментов показали, что рассматриваемый горизонт может являться объектом хранения водород-метановой смеси.
В статье представлены результаты анализа геологического строения отложений фаменского яруса девонской системы на территории Пермского края. Выполнено численное моделирование распределения неоднородного поля напряжений вблизи скважины для двух рассматриваемых типов перфорации. С учетом геометрии формируемых перфорационных каналов созданы численные конечно-элементные модели околоскважинных зон с учетом щелевой и кумулятивной перфорации. Определено, что при проведении щелевой перфорации создаются условия для существенного восстановления эффективных напряжений и, как следствие, восстановления проницаемости породы-коллектора. Область восстановления напряжений находится вблизи скважины в пределах радиуса, равного длине щелей, и зависит от величины депрессии на пласт, с ее увеличением области уменьшаются. По результатам оценки областей разрушения установлено, что при создании щелевой перфорации коллектор в околоскважинной зоне остается достаточно устойчивым и зоны разрушения могут возникнуть только при депрессиях от 10 МПа и выше. Противоположная ситуация была получена для кумулятивной перфорации, зоны разрушения вблизи отверстий возникают уже при депрессии 2 МПа. В целом анализ результатов численного моделирования напряженного состояния для двух моделируемых типов перфорации говорит о том, что щелевая перфорация обладает большей эффективностью по сравнению с кумулятивной. В то же время окончательный вывод можно будет сделать по результатам определения закономерностей изменения проницаемости рассматриваемых горных пород под воздействием изменяющихся эффективных напряжений и выполнения расчетов величины дебитов скважин после создания рассмотренных типов перфорационных каналов.
Механика горных пород имеет важное значение для нефтяной промышленности, так как она обеспечивает разработку механических моделей горных массивов, расчет параметров процесса сдвижения горных пород, устойчивости нефтяных и газовых скважин, изучение проблем геодинамики недр. В статье представлены аналитические и численные решения задач уплотнения коллекторов соответствующего снижения фильтрационно-емкостных свойств и продуктивности скважин.
