Расчет величины раскрытия и критически напряженного состояния системы трещин в околоскважинной зоне

UDK: 550.8.072
DOI: 10.24887/0028-2448-2022-7-121-125
Ключевые слова: модель Бартона – Бандиса, критически напряженное состояние, механическое раскрытие, пластовый микросканер, трещиноватый коллектор
Авт.: С.В. Жигульский (Научно-Технический Центр «Газпром нефти» (ООО «Газпромнефть НТЦ»)), А.С. Гунькин (Санкт-Петербургский горный университет)

В статье приведено описание разработанного подхода к оценке критически напряженного состояния и механической раскрытости системы трещин в околоскважинной зоне. Данный подход учитывает направление ствола скважины по отношению к выявленной системе трещин и направлению действия регионального напряжения, вклад давления в скважине в переход трещины в критически напряженное состояние с последующим увеличением раскрытости. Критически напряженное состояние трещины исследуется по двум критериям: критерию сухого трения и нелинейному критерию прочности трещины на сдвиг (Н. Бартона). Основное различие данных критериев заключается в разной интерпретации коэффициента трения. В случае критерия сухого трения основополагающими являются касательное и эффективное нормальное напряжения, действующие на трещину. В случае нелинейного критерия Н. Бартона показано, что важно исследовать шероховатость стенок трещины, из-за чего связь между касательным и эффективным нормальным напряжениями становится нелинейной. Кроме того, для разных горных пород предел прочности меняется, что учитывается через такой параметр, как предел прочности на сжатие материала стенок трещины (JCS), в связи с чем линия по критерию прочности может быть разной для типов пород. В качестве основополагающей модели раскрытия принята модель Бартона – Бандиса, которая позволяет исследовать раскрытие трещины, обусловленное шероховатостью стенок трещины (начальное раскрытие) и дилатансией за счет возникновения сдвигового перемещения вдоль бортов трещины. Результат моделирования представляется в виде некоторой синусоиды (контур трещины по поверхности скважины, полученный по результатам интерпретации данных пластового микросканера). Синусоида имеет два атрибута: раскрытость трещины в миллиметрах и индекс критически напряженного состояния. Это позволяет исследовать, как меняется критически напряженное состояние трещины в околоскважинной зоне, когда изменяется давление внутри скважины. Данный подход может быть применен для выбора оптимальной траектории ствола скважины и уменьшения рисков поглощения бурового раствора в трещинных коллекторах.

Список литературы

1. Прогноз критически-напряженной трещиноватости на основе тектонофизического и геомеханического моделирования на примере рифейского трещиноватого карбонатного резервуара Восточной Сибири / С.В. Жигульский, А.В. Ротару, С.В. Лукин, [и др.] // Нефтяное Хозяйство. – 2017.– №12. – С. 24-27. - https://doi.org/10.24887/0028-2448-2017-12-24-27

2. Жигульский С.В., Лукин С.В. Геомеханическое и микросейсмическое сопровождение гидроразрыва пласта в сланцевой формации // Геофизика. – 2018. – № 4. – С. 40-44.  

3. Barton, C.A., Zoback, M.D., Moos D. Identification of hydraulically conductive fractures from the analysis of localized stress perturbations and thermals anomalies // In proceedings of Symposium on the Application of Geophysics to Engineering an Environmental Problems, 1994. – P. 945–952. - https://doi.org/10.3997/2214-4609-pdb.208.1994_065

4. Багринцева К.И. Трещиноватость осадочных пород. – М.: Недра, 1982. – 256 с.

5. Дубиня Н.В. Реконструкция профилей горизонтальных напряжений на основании скважинных исследований трещиноватости: дисс. … канд. физ.-мат. наук, – Москва, 2018.

6. Jaeger J.C., Cook N.G.W., Zimmerman R.W. Fundamentals of rock mechanics. 4th ed. – London, 2007. – 608 p.

7. Ребецкий Ю.Л., Сим Л.А., Маринин А.В. От зеркал скольжения к тектоническим напряжениям. Методы и алгоритмы. – М.: ГЕОС, 2017. – 234 с.

8. Barton N., Choubey V. The shear strength of rock joints in theory and practice // Rock Mechanics and Rock Engineering. - 1977. - V. 10(1). - P. 1-54. - https://10.1007/BF01261801

9. Barton N. Modelling Rock Joint Behavior from In Situ Block Tests: Implications for Nuclear Waste Repository Design. – ONWI-308, prepared by Terra Tek, Inc. for Office of Nuclear Waste Isolation, – Battelle Memorial Institute, Columbus, OH. 1982. – 118 p.

10. Жигульский С.В. Оценка гидравлической апертуры трещин на основе детальной геомеханической модели: миф или реальность в условиях сложных трещинных коллекторов // SPE-196896-RU – 2019. - https://doi.org/10.2118/196896-MS

11. Barton N, Bandis S., Bakhtar K. Strength, deformation and conductivity coupling of rock joints // Int J Rock Mech Min Sci& Geomech Abstr. – 1985. – V. 22. – № 3. – P. 121–140. – https://doi.org/10.1016/0148-9062(85)93227-9

12. Bandis, S. Experimental studies of scale effects on shear strength, and deformation of rock joints // Ph.D. Thesis, Univ. of Leeds, Dept. of Earth Sciences. 1980.

13. Жигульский С.В., Тихоцкий С.А. Оценка раскрытости системы трещин в условиях изменения коэффициента шероховатости трещины на основе данных о напряженно-деформированном состоянии // Бурение и нефть. – 2020. – № 7-8. – С. 30–38.



Внимание!
Купить полный текст статьи (формат - PDF) могут только авторизованные посетители сайта.