Применение профильного скретчирования полноразмерного керна для оценки трещиностойкости пород при моделировании трещины гидроразрыва пласта на месторождения АО «Газпром добыча Томск»

UDK: 622.276.6.001.57

DOI: 10.24887/0028-2448-2022-8-86-89

Ключевые слова: гидроразрыв пласта (ГРП), трещиностойкость, керн, профильное скретчирование, удельная внутренняя энергия резания, прочность горных пород

Авт.: К.Л. Тарасенко (АО «Геологика»), Д.К. Жарасбаева (АО «Геологика»), С.В. Парначев (АО «Геологика»), к.г.-м.н., А.В. Михин (АО «Газпром добыча Томск»), Е.С. Пархутова (АО «Геологика»), А.Ю. Кушней (АО «Геологика»), С.С. Цветков (АО «Геологика»), В.Н. Карась (АО «Геологика»)

Коэффициент критической интенсивности напряжения (трещиностойкость) характеризует способность материала сопротивляться развитию в нем трещин при наличии исходного дефекта. В ряде случаев при выполнении гидроразрыва пласта (ГРП) (низких скоростях закачки и низкой вязкости жидкости, однородности механических свойств горных пород разреза) данный коэффициент определяет величину чистого давления жидкости ГРП, закономерности развития и геометрию возникающей трещины. В лабораторных условиях трещиностойкость горных пород обычно оценивается с использованием цилиндрических образцов керна с предварительно сделанным сквозным шевронным пропилом (Cracked Chevron Notched Brazilian Disc – CCNBD). Относительно высокие затраты труда и времени на подготовку и исследование образцов, недоступность или нехватка керна целевых объектов часто обусловливают применение при моделировании трещин ГРП «типового» значения трещиностойкости (обычно около 1000 кПа·м1/2) или использование различных корреляций между трещиностойкостью и результатами интерпретации геофизических исследований скважин.
В статье рассмотрен способ профильной оценки трещиностойкости горных пород, восстановленной по результатам скретчирования полноразмерного керна, при проектировании дизайна ГРП для терригенных объектов АО «Газпром добыча Томск» на территории Томской области (Западная Сибирь). Результаты профильного скретчирования 49 м полноразмерного керна терригенного горизонта Ю1 Мыльджинского и Рыбального месторождений сопоставлялись с определениями упруго-прочностных свойств стандартных цилиндрических образцов керна. Являясь оперативным и условно неразрушающим видом исследований, профильное скретчирование демонстрирует удовлетворительный уровень корреляции с полученными значениями трещиностойкости на цилиндрических образцах (CCNBD). Коэффициент детерминации составляет 0,83 и значительно превышает коэффициенты детеримнации лабораторных значений трещиностойкости с плотностью (0,67) и акустическими свойствами (0,58) горных пород. Дано описание методик подготовки кернового материала, выполнения лабораторных исследований и использованного оборудования.

Список литературы
1. Христианович С.А. Механика сплошной среды. – М.: Наука, 1981. – 483 с.
2. Smith M.B., Shlyapobersky J.W. Basics of Hydraulic Fracturing. In: Reservoir stimulation/ edited by Economides M.J., Nolte K.G. – Wiley, 2000. – P. 154–155.
3. Fowell R.J. Suggested method for determining mode I fracture toughness using cracked chevron notched Brazilian disc(CCNBD) specimens // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts. – 1995. – V. 32. – Iss. 1. – P. 57-64. – DOI: 10.1016/0148-9062(94)00015-U.
4. ISRM-Suggested Method for Determining the Mode I Static Fracture Toughness Using Semi-Circular Bend Specimen / M.D. Kuruppu, Y. Obara, M.R. Ayatollahi [et al.] // Rock Mechanics and Rock Engineering. – 2014. – V. 47. – Iss. 1. – P. 267–274. – DOI: 10.1007/s00603-013-0422-7.
5. Suggested methods for determining the fracture toughness of rock / J.A. Franklin, S. Zongqi, Atkinson B.K. [et al.] // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts. – 1988. – V. 25. – Iss. 2. – P. 71–96. - DOI: 10.1016/0148-9062(88)91871-2
6. Suggested methods for determining the dynamic strength parameters and mode-I fracture toughness of rock materials / Y.X. Zhou, K. XIa, X.B. Li [et al.] // International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. – 2012. – V. 49. – P. 105–112. – DOI: 10.1016/j.ijrmms.2011.10.004.
8. Detournay E., Defourny P. A phenomenological model for the drilling action of drag bits // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts. – 1992. – V. 29. – Iss. 1. – P. 13–23. – DOI: 10.1016/0148-9062(92)91041-3.
9. Rock strength determination from scratch tests / T. Richard, F. Dagrain, E. Poyol, E. Detournay // Engineering Geology. – 2012. – V. 147–148. – P. 91–100. – DOI: 10.1016/j.enggeo.2012.07.011.
7. Опыт экспертно-технического сопровождения работ по гидравлическому разрыву пласта на объектах АО «Газпром добыча Томск» / С.В. Парначев, К.Л. Тарасенко, А.А. Воронков [и др.] // Газовая промышленность. – 2021. – № 11. – С. 20–27.
10. Применение метода контролируемого царапания для исследования механических свойств горных пород / А.В. Носиков, К.В. Торопецкий, Б.О. Михайлов [и др.] // Экспозиция Нефть Газ. – 2018. – № 6 (66). – С. 30–35.