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.
