Геологический вестник

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 модернизироватьметодику 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.

проницаемость, эффективное давление, фильтрационные эксперименты, напряженно-деформированное состояние, математическое моделирование

• Жуков В.С. Оценка изменений физических свойств коллекторов, вызванных разработкой месторождений нефти и газа // Семинар № 2 ООО «ВНИИГАЗ». – 2010. – С. 341–349.
• Карев В.И., Коваленко Ю.Ф., Химуля В.В. Влияние деформационных процессов на проницаемость горных пород и устойчивость нефтяной скважины //Ученые записки физического факультета Московского университета. – 2017. – № 4. – С. 1740501-1–1740501-7.
• Карманский А.Т. Коллекторские свойства горных пород при изменении вида напряженного состояния // Записки Горного института.–2009.–Т. 183.–С. 289–292.
• Кашников О.Ю., Кузнецова О.Ю., Мордвинов В.А. Влияние деформаций терригенного коллектора на фильтрационно-емкостные свойства пласта и продуктивность скважин // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. – 2008. – № 8. – С. 70–72.
• Кашников Ю.А., Ашихмин С.Г., Обшаров П.А. Экспериментальные исследования влияния длительного действия высоких эффективных напряжений на фильтрационноемкостные характеристики монолитных образцов и образцов с трещинами // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. –2008. – № 8. – С. 51–54.
• Крауч C.Л, Старфилд А.М. Методы граничных элементов в механике твердого тела.–М.: Мир, 1987.–328 с.
• Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Теория упругости. 4-е изд., испр. – М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. – 248 с.
• Попов В.В. О влиянии эффективного давления на фильтрационно-емкостные свойства карбонатных пород // Геология и минерально-сырьевые ресурсы Севера-Востока России: Сб. матер. 4-й науч.-практ. конф. – Якутск, 2014. – С. 290–292.
• Родионов С.П., Боталов А.Ю., Легостаев Д.Ю. Моделирование процесса двухфазной фильтрации с учетом воздействия периодической нагрузки // Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. – 2016. – Т. 2, № 2. – С. 73–83.
• Jones F.O., OwensW.W. A Laboratory Study of Low Permeability Gas Sands // Journal of Petroleum Technology. Society of Petroleum Engineers. – 1980. – V. 32, Is. 09. – P. 31–40.