Analysis of the stress state of rocks transformation near a horizontal well during acid treatment based on numerical simulation
Abstract
The article presents an overview of the assessment and modelling of the stress state of rocks in the near-wellbore zone of horizontal wells during acid stimulation of the formation for improving the efficiency of oil and gas field development. A numerical finite element model of near-wellbore zone of the reservoir drilled by a horizontal section was compiled using one of oil fields in the Perm Territory as an example. The distribution of physical and mechanical properties of the terrigenous reservoir near the well was determined considering transformation under the action of mud acid for different time periods of its injection. Multivariate numerical simulation was performed and the distribution of horizontal and vertical stresses in near-wellbore zone was determined with regard for different values of pressure drawdown and changes in stress-strain properties depending on the area of mud acid infiltration. It was found that a change in elastic modulus and Poisson's ratio under the influence of acid led to a decrease in stresses in near-wellbore zone. Analysis of the stress distribution field based on the Coulomb – Mohr criterion showed that the minimum safety factor of rock even after the effect of mud acid was 1.5; thus, under the considered conditions of horizontal well modelling, the reservoir rock remained stable, and no zones of rock destruction appeared.
References
- Peifeng Jia, Chuanzhi Cui, Yingfei Sui et al. Uniform Acid Cleaning Technology and Its Application in Horizontal Wells with Open Hole Screen Tube // Journal of Physics: Conference Series. 2023. Vol. 2594. № 012052. DOI: 10.1088/1742-6596/2594/1/012052
- Ганиев Ш.Р., Лысенков А.В., Гафаров Ш.А. Разработка алгоритма выбора скважин и технологий солянокислотного воздействия на карбонатные пласты Республики Башкортостан // Нефтяное хозяйство. 2021. № 2. С. 77-81. DOI: 10.24887/0028-2448-2021-2-77-81
- Кривощеков С.Н., Кочнев А.А., Равелев К.А. Разработка алгоритма определения технологических параметров нагнетания кислотного состава при обработке призабойной зоны пласта с учетом экономической эффективности // Записки Горного института. 2021. Т. 250. С. 587-595. DOI: 10.31897/PMI.2021.4.12
- Al-Arji H., Al-Azman A., Le-Hussain F., Regenauer-Lieb K. Acid stimulation in carbonates: A laboratory test of a wormhole model based on Damköhler and Péclet numbers // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2021. Vol. 203. № 108593. DOI: 10.1016/j.petrol.2021.108593
- Yifan Dong, Yu Lei, Ting Jin et al. Optimized Acidizing Stimulation Technology Achieves Production Increase in Ultra-High Temperature Carbonate Reservoirs // SPE International Hydraulic Fracturing Technology Conference and Exhibition, 12-14 September 2023, Muscat, Sultanate of Oman. OnePetro, 2023. № SPE-215682-MS. DOI: 10.2118/215682-MS
- Alameedy U., Fatah A., Abbas A.K., Al-Yaseri A. Matrix acidizing in carbonate rocks and the impact on geomechanical properties: A review // Fuel. 2023. Vol. 349. № 128586. DOI: 10.1016/j.fuel.2023.128586
- Попов С.Н., Сметанников О.Ю. Численное моделирование изменения проницаемости и напряженно-деформированного состояния прискважинной зоны продуктивного пласта при совместном воздействии кислотного состава и изменяющихся эффективных напряжений // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. 2017. № 12. С. 45-53.
- Plotnikov V.V., Rehachev P.N., Barkovsky N.N. et al. The Effect of Acid Treatments on the Bottom Zone of Clastic Reservoir Rocks of Perm Region // SPE Russian Petroleum Technology Conference and Exhibition, 24-26 October 2016, Moscow, Russia. OnePetro, 2016. № SPE-182063-MS. DOI: 10.2118/182063-MS
- Mustafa A., Alzaki T., Aljawad M.S. et al. Impact of acid wormhole on the mechanical properties of chalk, limestone, and dolomite: Experimental and modeling studies // Energy Reports. 2022. Vol. 8. P. 605-616. DOI: 10.1016/j.egyr.2021.11.249
- Alameedy U., Alhaleem A.A., Isah A. et al. Effect of acid treatment on the geomechanical properties of rocks: an experimental investigation in Ahdeb oil field // Journal of Petroleum Exploration and Production Technology. 2022. Vol. 12. Iss. 12. P. 3425-3441. DOI: 10.1007/s13202-022-01533-x
- Jahani N., Berge G., Haugen B. Prediction of Rock Strength with Matrix Acidizing Stimulation and Induced Wormhole by Computational Simulation Methods // ISRM Regional Symposium – EUROCK 2014, 27-29 May 2014, Vigo, Spain. OnePetro, 2014. № ISRM-EUROCK-2014-213.
- Жуков В.С., Кузьмин Ю.О. Сопоставление подходов к оценке сжимаемости порового пространства // Записки Горного института. 2022. Т. 258. С.1008-1017. DOI: 10.31897/PMI.2022.97
- Петраков Д.Г., Пеньков Г.М., Золотухин А.Б. Экспериментальное исследование горного давления на проницаемость песчаника // Записки Горного института. 2022. Т. 254. С. 244-251. DOI: 10.31897/PMI.2022.24
- Карев В.И., Коваленко Ю.Ф., Химуля В.В., Шевцов Н.И. Определение параметров направленной разгрузки пласта на основе физического моделирования на установке истинно трехосного нагружения // Записки Горного института. 2022. Т. 258. С. 906-914. DOI: 10.31897/PMI.2022.95
- Турегелдиева К.А., Жапбасбаев У.К., Асилбеков Б.К., Золотухин А.Б. Моделирование кислотной обработки призабойной зоны скважины с учетом ее ухудшенных фильтрационно-емкостных характеристик (часть 2) // Нефтяное хозяйство. 2016. № 4. С. 108-110.
- Deng J., Mou J., Hill A.D., Zhu D. A New Correlation of Acid-Fracture Conductivity Subject to Closure Stress // SPE Production & Operation. 2012. Vol. 27. Iss. 2. P. 158-169. DOI: 10.2118/140402-PA
- Mingwei Wang, Wen Zhou, Song Li, Wen Wu. Simulated Investigation in Wormhole Expansion Law of Gelling Acid Etching and Its Influencing Factors in Deep Carbonate Reservoirs // Gels. 2022. Vol. 8. Iss. 8. № 470. DOI: 10.3390/gels8080470
- Хасанов М.М., Мальцев А.А. Моделирование кислотной обработки полимиктового коллектора // Записки Горного института. 2021. Т. 251. С. 678-687. DOI: 10.31897/PMI.2021.5.7
- Сулейманова М.В., Трофимчук А.С., Хабибуллин Г.И. Опыт применения нагнетательных горизонтальных скважин при разработке терригенных коллекторов на месторождениях ООО «РН-Юганскнефтегаз» // Нефтяное хозяйство. 2023. № 1. C. 23-27. DOI: 10.24887/0028-2448-2023-1-23-27
- Деряев А.Р. Управление траекторией скважины и контроль за пространственным положением ствола // SOCAR Proceedings. 2023. Спец. вып. № 2. С. 1-6. DOI: 10.5510/OGP2023SI200870
- Муртазин Р.Р., Аксаков А.В., Ямилев И.М. и др. Исследование развития продольных трещин при проведении гидроразрыва пласта в горизонтальных скважинах // Нефтяное хозяйство. 2023. № 2. C. 90-94. DOI: 10.24887/0028-2448-2023-2-90-94
- Осоргин П.А., Кашапов А.А., Егоров Е.Л. и др. Опыт реализации систем разработки на основе горизонтальных скважин с множественными гидроразрывами пласта на Приобском лицензионном участке ООО «РН-Юганскнефтегаз» // Нефтяное хозяйство. 2023. № 6. C. 38-43. DOI: 10.24887/0028-2448-2023-6-38-43
- Li W., Chen L., Wang X. et al. Acid Fracturing Technology and Effect Evaluation of Carbonate Horizontal Well in Fuman Oilfield // Journal of Physics: Conference Series. 2024. Vol. 2679. № 012010. DOI: 10.1088/1742-6596/2679/1/012010
- Fei Liu, Yu Fan, Li Li et al. Case Study of Successfully Staged Acid Fracturing on the Ultra-Deep Horizontal Well for the Qixia Fm HTHP Tight Carbonate Gas Reservoir in China // Frontiers in Energy Research. 2022. Vol. 10. № 917740. DOI: 10.3389/fenrg.2022.917740
- Safari R., Smith C., Fragachan F. Improved Recovery of Carbonate Reservoir by Optimizing Acidizing Strategy; Coupled Wellbore, Reservoir, and Geomechanical Analysis // Abu Dhabi International Petroleum Exhibition & Conference, 13-16 November 2017, Abu Dhabi, United Arab Emirates. OnePetro, 2017. № SPE-188683-MS. DOI: 10.2118/188683-MS
- Козырев А.С., Ермолаев Н.И., Мишин А.В. и др. Технические решения по стабилизации ствола горизонтальных скважин при наличии угольных отложений // Нефтяное хозяйство. 2023. № 4. C. 28-33. DOI: 10.24887/0028-2448-2023-4-28-33
- Двойников М.В., Сидоркин Д.И., Юртаев С.Л. и др. Бурение глубоких и сверхглубоких скважин с целью поиска и разведки новых месторождений полезных ископаемых // Записки Горного института. 2022. Т. 258. С. 945-955. DOI: 10.31897/PMI.2022.55
- Лутфуллин А.А., Гирфанов И.И., Усманов И.Т., Сотников О.С. Cоздание отечественного программного обеспечения для геомеханического моделирования // Нефтяное хозяйство. 2021. № 7. С. 49-52. DOI: 10.24887/0028-2448-2021-7-49-52
- Tappi N., Cherdasa J.R. 1D Geomechanical Model For Wellbore Stability in Z Field, Y Well Sanga Sanga Working Area, Kutai Basin // Journal of Geoscience, Engineering, Environment, and Technology. 2023. Vol. 8. № 02-2. P. 72-84. DOI: 10.25299/jgeet.2023.8.02-2.13871
- Linsheng Wang, Xinpu Shen, Baocheng Wu et al. Integrated Analysis of the 3D Geostress and 1D Geomechanics of an Exploration Well in a New Gas Field // Energies. 2023. Vol. 16. Iss. 2. № 806. DOI: 10.3390/en16020806
- Fallahzadeh S.H., Shadizadeh S.R., Pourafshary P., Zare M.R. Modeling the Perforation Stress Profile for Analyzing Hydraulic Fracture Initiation in a Cased Hole // Nigeria Annual International Conference and Exhibition, 31 July – 7 August, 2010, Tinapa – Calabar, Nigeria. OnePetro, 2010. № SPE-136990-MS. DOI: 10.2118/136990-MS
- Магадова Л.А., Сиротин А.Н, Пахомов М.Д., Давлетов З.Р. Определение растворяющей способности фторсодержащих кислотных систем по отношению к кварцевой составляющей породы терригенного коллектора // Территория «Нефтегаз». 2020. № 7-8. С. 72-80.
- Магадова Л.А., Давлетшина Л.Ф., Пахомов М.Д., Давлетов З.Р. Осадкообразование при взаимодействии кислотных составов с минералами терригенного коллектора // Нефтепромысловое дело. 2015. № 9. С. 31-36.
- Чернышов С.Е., Попов С.Н., Варушкин С.В. и др. Научное обоснование методов вторичного вскрытия фаменских отложений юго-востока Пермского края на основании геомеханического моделирования // Записки Горного института. 2022. Т. 257. С. 732-743. DOI: 10.31897/PMI.2022.51
- Jiecheng Zhang, Moridis G., Blasingame T. Message Passing Interface (MPI) Parallelization of Iteratively Coupled Fluid Flow and Geomechanics Codes for the Simulation of System Behavior in Hydrate-Bearing Geologic Media. Part 1: Methodology and Validation // SPE Reservoir Evaluation & Engineering. 2022. Vol. 25. Iss. 03. P. 600-620. DOI: 10.2118/206161-PA
- Харламов С.Н., Джанхорбани М., Зайковский В.В. Транспорт шлама буровым раствором в горизонтальных скважинах. Часть 1. Моделирование структуры дисперсных частиц // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2023. Т. 334. № 10. С. 34-48. DOI: 10.18799/24131830/2023/10/4433