Влияние анизотропии упругих и прочностных свойств пород на устойчивость ствола наклонно направленной скважины

UDK: 622.24.026.3
DOI: 10.24887/0028-2448-2018-2-54-57
Ключевые слова: горный массив, напряженно-деформированное состояние (НДС), анизотропия упругих и прочностных свойств, наклонно направленная скважина
Авторы: С.Г. Ашихмин (Пермский национальный исследовательский политехнический университет), Ю.А. Кашников (Пермский национальный исследовательский политехнический университет), Д.В. Шустов (Пермский национальный исследовательский политехнический университет), А.Э. Кухтинский (Пермский национальный исследовательский политехнический университет)

Представлен метод расчета напряженно-деформированного состояния наклонной скважины в слоистом трансверсально-изотропном массиве с произвольной пространственной ориентацией плоскостей напластования. На основе данного метода разработано программное обеспечение для расчета градиента начала обрушения ствола скважины в анизотропных породах. Программное обеспечение протестировано путем сравнения результатов с численными расчетами методом конечных элементов.

Приведены примеры расчета устойчивости наклонно направленных и горизонтальных скважин. Показано, что анизотропия упругих и прочностных свойств существенно влияет на напряженное состояние и устойчивость скважин. Исследовано влияние зенитного угла и азимута скважины на ее устойчивость. Установлено, что при зенитных углах до 20-30° градиент обрушения определяется прочностью матрицы. При увеличении зенитного угла прочность породы определяется сдвигом по слоистости, и для обеспечения стабильности ствола требуется более высокая плотность бурового раствора. Показано также, что в отличие от изотропных пород, в анизотропном массиве оптимальной траекторией бурения может являться азимут максимального горизонтального напряжения.

Приведен пример расчета градиента обрушения в интервале глинистых пород на одном из месторождений Западной Сибири. Полученные результаты подтверждают, что неучет анизотропии упругих и прочностных свойств слоистых пород ведет к недооценке необходимой плотности бурового раствора и проблемам со стабильностью ствола. Для обоснованного прогнозирования устойчивости скважин в слоистых анизотропных породах необходимо надежное параметрическое обеспечение, т.е. лабораторные исследования физико-механических свойств пород.

Список литературы

1. Zhang Jianguo The impact of shale properties on wellbore stability. – Austin: The University of Texas, 2005. – 260 р.

2. Seehong Ong, J.C. Roegiers Influence of Anisotropies in Borehole Stability // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. – 1993. – V. 30. – № 7. – Р. 1069–1075.

3. Shale Stability: Drilling Fluid/Shale Interaction Study and Shale Strength Correlations / M. Lal, T. Kristiansen, C. Deem [at al.] // Amoco Report. – 1999. – № F96-Р-99. – P. 96–99.

4. Коваленко Ю.Ф., Харламов К.Н., Усачев Е.А. Устойчивость стволов скважин, пробуренных на месторождениях Среднего Приобья. – Тюмень. – Шадринск: Изд-во О ГУЛ «Шадринский Дом Печати», 2011. – 175 с.

5. Карев В.И., Коваленко Ю.Ф., Устинов К.Б. Моделирование деформирования и разрушения анизотропных пород вблизи горизонтальной скважины // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. – 2017. – № 3. – С. 12–21.

6. Wellbore Failure Mechanisms in Shales: Prediction and Prevention / D. Gazaniol, T. Forsans, M.J.F. Boisson, J-M. Piau // SPE 28851. – 1994.

7. Лехницкий С.Г. Теория упругости анизотропного тела. – М.: Наука, 1977. – 416 c.

8. Amadei B. Rock Anisotropy and the Theory of Stress Measurements. – Berlin: Springer–Verlag, 1983. – 497 p.

9. Wittke W. Rock Mechanics, Theory and Applications with case histories. – Berlin: Springer–Verlag, 1990. – 1093 p.

10. Petroleum related rock mechanics, 2nd edition / E. Fjaer [et al.]. – Elseveir, 2008. – 515 с.

11. Zoback M. Reservoir Geomechanics. – Cambridge: Cambridge University Press, 2007. – 464 p.

12. Sone Hiroki. Mechanical properties of shale gas reservoir rocks and its relation to the in-situ stress variation observed in shale gas reservoirs: dissertation of PhD. – Stanford University. – 2012.

13. Horsrud Р. Estimating Mechanical Properties of Shale from Empirical Correlations // SPE 56017. – 2001.



Внимание!
Купить полный текст статьи (формат - PDF) или читать материал, находящийся в открытом доступе, могут только авторизованные посетители сайта.

Библиометрия за 2016 год

SCOPUS
SNIP: 0,573
SJR: 0,205
РИНЦ
Двухлетний импакт-фактор: 0,629
Пятилетний импакт-фактор: 0,471
Показатель в рейтинге SCIENCE INDEX: 0,431
Место в рейтинге SCIENCE INDEX: 1178

ИТ-форум нефтегазовой отрасли
Конкурс на лучший IT-проект