Представлен геомеханический подход к решению проблем устойчивости стволов горизонтальных скважин и увеличения продуктивности скважин, основанный на физическом моделировании деформационных и фильтрационных процессов в окрестности скважины. Моделирование проводилось на уникальной экспериментальной установке Испытательной системе трехосного независимого нагружения (ИСТНН), созданной в Институте проблем механики РАН. На примере изучения пород-коллекторов месторождения им. В. Филановского показана важность учета анизотропии прочностных и фильтрационных свойств горных пород. Испытания образцов пород показали, что изотропные по упругим свойствам и внешнему виду породы могут обладать значительной анизотропией прочностных и фильтрационных свойств. В связи с этим условия разрушения на контуре горизонтальной скважины не одинаковы для различных точек, разрушение ствола начинается с областей пересечения контура скважины и вертикальной плоскости. Проницаемость пород в горизонтальной плоскости оказалась значительно выше, чем в вертикальном направлении. Моделирование на установке ИСТНН процесса понижения давления на забое горизонтальной скважины показало, что возникновение в окрестности скважины неравномерного напряженного состояния при создании депрессии на ее забое может приводить к существенному изменению, как уменьшению, так и увеличению, проницаемости пласта в этой зоне. Причем увеличение проницаемости, и весьма существенное, главным образом наблюдалось при испытании образцов, расположенных в точках пересечения контура горизонтальной скважины с вертикальной плоскостью.
Выполненные исследования позволяют сделать важный вывод относительно выбора приоритетных деформационно-прочностных и фильтрационных характеристик горных пород продуктивного разреза, подлежащих экспериментальному определению для создания и наполнения геомеханической модели месторождения. Используемый в настоящее время традиционный набор таких данных базируется на предположении об изотропности упругих и прочностных свойств пород (модуль Юнга, коэффициент Пуассона, прочностные константы Кулона – Мора или Друкера – Прагера и др.). Свойства в основном определяют на установках, основанных на принципе Кармана, которые не позволяют создавать в цилиндрических образцах пород истинные напряженные состояния, возникающие в пластах в окрестности скважин. В то же время деформационные, прочностные и фильтрационные свойства горных пород существенно зависят от уровня и вида создаваемых в них напряжений. Без учета анизотропии деформационно-прочностных свойств горных пород, а также зависимости их фильтрационных свойств от действующих напряжений выводы и прогнозные рекомендации по обеспечению устойчивости пород в призабойной зоне пласта, максимальным допустимым депрессиям и дебитам скважин могут существенно отличаться от фактических и не обеспечат снижения рисков и повышения эффективности при эксплуатации скважин.
