10
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ПРОНИЦАЕМОСТИ ГОРНОЙ ПОРОДЫ ОТ ЕЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ
© 2019 г. А. Л. Хашпер, Т. Р. Аминев, А. И. Федоров, А. В. Жонин
http://doi.org/10.31084/2619-0087/2019-1-10
Реферат.
Авторами проведено комплексное исследование влияния напряженного состояния на проницаемость горной породы продуктивного пласта. Исследование включает как экспериментальную работу на естественных низкопроницаемых образцах керна, так и математическое моделирование сопутствующих эффектов. В рамках подготовки экспериментальной работы была разработана специальная методика проведения фильтрационных экспериментов на образцах керна. Суть методики заключается в применении многократного ступенчатого обжатия образца горной породы с определением ее проницаемости на каждой ступени. Эксперименты проводились как по газу, так и по жидкости в термобарических условиях залегания продуктивного пласта на современном лабораторном оборудовании. Проведенные эксперименты подтвердили наличие эффекта необратимого снижения проницаемости породы при увеличении эффективного давления при первом цикле нагружения, а также присутствие упругих деформаций при последующих циклах нагружения-разгрузки.
В результате обработки экспериментальных данных были получены соответствующие корреляции в форме Джонса-Оуэнса [Jones, Owens, 1980]. Полученные коэффициенты деградации проницаемости в зависимости от нагружения были использованы на этапе математического моделирования при построении гидродинамической модели. Для выполнения этого этапа авторами разработан программный модуль для учета зависимости проницаемости от полного напряженно-деформированного состояния при гидродинамическом моделировании. Для расчета компонентов тензора напряжений используется метод граничных элементов, а учет зависимости проницаемости от напряженного состояния реализован в виде итерационного сопряжения с гидродинамической моделью.
Результаты моделирования показали, что учет влияния напряженно-деформированного состояния при расчете проницаемости позволяет выявить дополнительные зоны ухудшения проницаемости по сравнению с моделями, учитывающими только зависимость от пластового давления. В дальнейшем на основе разработанного модуля планируется создать инструмент, позволяющий исследовать изменение проницаемости породы при изменении ее напряженно-деформированного состояния для различных комбинаций режимов эксплуатации скважин, что позволит модернизировать методику перевода скважин в систему поддержания пластового давления, уточнить технологические запасы низкопроницаемых нефтяных месторождений и оптимизировать стратегию разработки низкопроницаемых коллекторов. В перспективе полученную технологию учета изменения проницаемости при изменении напряженно-деформированного состояния горной породы можно транслировать на другие геологические объекты, в том числе газовые месторождения.
Ключевые слова: проницаемость, эффективное давление, фильтрационные эксперименты, напряженно-деформированное состояние, математическое моделирование
RESEARCH OF DEPENDENCE OF ROCK PERMEABILITY ON ITS STRESS-STRAIN STATE
A. L. Khashper, T. R. Aminev, A. I. Fedorov, A. V. Zhonin
Abstract.
The authors conducted a comprehensive study of the stress effect on the permeability of the rock of the productive formation. The study included both experimental work on natural low-permeable core samples and mathematical modeling of concomitant effects. As part of the preparation of the experimental work, a special technique was developed for conducting filtration experiments on core samples. The essence of the technique is the use of a multiple stepwise compression of a rock sample with the determination of its permeability at each step. The experiments were carried out both in gas and in liquid under thermobaric conditions of reservoir occurrence, on modern laboratory equipment. The experiments results confirmed the effect of an irreversible decrease in the rock permeability with an increase in the effective pressure during the first loading cycle, as well as the presence of elastic deformations in subsequent loading-unloading cycles. As a result of processing the experimental data, the corresponding correlations in the form of Jones-Owens were obtained [Jones, Owens, 1980]. The obtained coefficients of permeability degradation, depending on the loading, were used at the stage of mathematical modeling while building hydrodynamic model. To accomplish this stage, the authors have developed a software module for taking into account the dependence of permeability on the total stress-strain state in hydrodynamic modeling. To calculate the stress tensor components, the boundary element method is used, and the allowance for the dependence of permeability on the stress state is implemented in the form of an iterative conjugation with a hydrodynamic model.
The modeling results revealed that taking into account the influence of the stress-strain state on permeability allows to detect additional zones of permeability deterioration compared with models that take into account only the dependence on reservoir pressure. In the future, on the base of the developed module, it is planned to create a tool for investigating the change in rock permeability with changing its stress-strain state for various combinations of well operation modes, which will allow modernizing the method of transferring wells to the reservoir pressure maintenance system, clarifying technological reserves of low-permeable oil fields and optimizing the strategy of low-permeability reservoirs development. In the future, the obtained technology for recording changes in rock permeability with a change in its stress-strain state can be transmitted to other geological objects, including gas fields.
Keywords: permeability, effective pressure, filtration experiments, stress-strain state, mathematical
modeling