Введение 6
1. 1 ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ: ОПРЕДЕЛЕНИЕ, ЗАДАЧИ,
НАЗНАЧЕНИЕ. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
8
1.1 Определение, задачи и назначения одномерного геомеханического
моделирования
8
1.2 Обзор литературы 8
2. ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ 1D
ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
11
2.1 Описание объекта исследования 11
2.2 Краткая литологическая характеристика разреза 11
2.3 Комплекс промыслово – геофизических исследований и исходные данные для
построения 1D геомеханической модели
15
3. МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ПОСТРОЕНИЯ 1D ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЙ
МОДЕЛИ ПО СКВАЖИНЕ 1998
18
3.1 Механическая стратиграфия 18
3.2 Аналитический расчет модели механических свойств и определения
геодинамического режима на территории объекта иследования
24
3.3 Расчет 1D геомеханической модели 26
3.3.1 Проведение корреляционно-регрессионного анализа с целью установления связи
между статистическими и динамическими модулями упругости геологической среды
27
3.3.2 Использование программных средств для расчета 1D геомеханической модели 35
Заключение 41
Список использованных источников
Понятие о геомеханических свойствах горных пород характеризует изменение
формы, размеров и сплошности горных пород под воздействием механических
нагрузок, которые создаются в результате действия естественных или искусственных
факторов.
Механическое нагружение вызывает в горных породах напряжения и
деформации. По виду деформаций и связи с вызвавшими их напряжениями
механические свойства подразделяются на упругие (модуль Юнга, коэффициент
Пуассона и др.), пластические (модуль полной деформации, коэффициент
пластичности и др.), прочностные (пределы прочности горных пород при сжатии и
растяжении и др.) и реологические свойства (период релаксации, предел длительной
прочности и др.).
К показателям геомеханических свойств относят также характеристики
воздействия на горные породы жидкостей и газов (например, коэффициент
размокания), горнотехнологические параметры горной породы (показатели крепости,
твёрдости, буримости, взрываемости, дробимости и др.).
Геомеханические свойства определяют прямыми или косвенными измерениями
напряжений и деформаций в горных породах в процессе их различного нагружения. В
массиве чаще используют косвенные методы оценки механических свойств – по
глубине и усилиям проникновения острого инструмента в горных породах, по
зависимости между скоростью упругих волн и механическими свойствами. При
наличии керна, наиболее достоверными будут является результаты лабораторных
исследований и испытаний на образцах. При этом адаптация результатов к массиву
горных пород требует построения общей корреляции физико-механических и
петрофизических свойств на уровнях керн, ГИС и сейсморазведка.
На величину показателей геомеханических свойств влияют анизотропия горной
породы, силы и характер связей между частицами, ориентация ослабленных зон и слоев
горной породы, размер зёрен, пористость, минеральный состав. Это предопределяет
широкую вариацию показателей механических свойств от точки к точке в массиве.
Более монолитные скальные породы имеют высокие значения модуля Юнга,
прочностных параметров, низкие значения показателей пластичности. Осадочные
горные породы, как правило, обладают более низкой прочностью и упругими
свойствами, повышенными значениями показателей пластичности, хорошо
выраженными реологическими свойствами.7
Любые изменения состояния горной породы и её структурных характеристик
влияют на величину геомеханических свойств. Увеличение влажности снижает упругие
и прочностные, но повышает пластические параметры пород; трещиноватость и
высокая пористость пород снижают прочностные и упругие параметры пород.
Разрушенная горная порода также способна сопротивляться в определённой степени
внешним нагрузкам. Например, несущую способность разрушенных горных пород
оценивают особыми механическими свойствами – параметрами запредельного
деформирования и прочности, определяемыми на специальных жестких испытательных
прессах.
Геомеханические свойства предопределяют результат практически любого
механического воздействия на горные породы, возникающего в процессах
эксплуатации месторождения.
Геомеханическое моделирование представляет собой последовательный процесс
определения механических свойств горной породы и её реакций на воздействия в
процессе разработки месторождения. Первое представление о напряженном состоянии
даёт одномерная геомеханическая модель устойчивости ствола скважины. При ее
построении используются данные геофизических исследований скважин: результаты
плотностного каротажа, скорости продольных и поперечных акустических волн,
которые в свою очередь прошли этап калибровки на сходимость с результатами
исследований на образцах керна. Кроме аналитического подхода к построению модели
устойчивости ствола скважины, численное моделирование околоскважиной зоны
позволяет проанализировать деформации стенок скважины с учетом изменения формы
ствола при создании депрессии в процессе разработки месторождения [1-4].
Геомеханическая модель имеет множество применений, например: оптимизация
процесса бурения, оптимизация ГРП и решение проблемы пескопроявления. Для
построения геомеханической модели необходимо наличие плотностного и
акустического каротажей по всему разрезу скважины, также необходим акустический
каротаж поперечных волн для расчета геомеханических параметров.
В результате выполнения работ для Аканского нефтяного месторождения были
подсчитаны параметры, необходимые для создания одномерной геомеханической
модели: модуль Юнга, коэффициент Пуассона, угол внутренного трения, прочность на
одноосное сжатие, вертикальный стресс.
Используя программное обеспечение «AРМ-Бурение» (ООО
НобосибирскНИПИнефть) расчета геомеханическая модель и проведен расчет
устойчивости ствола скважины 1998 Аканского месторождения. Установлен интервал
осложнений в карбонатных отложениях в виде обрушений стенок скважины. Причина
осложнений заключается в недостаточном ВБР.
Проведен аналитический расчет стресс-режима в интервале карбонатных
отложений башкирского яруса Аканского месторождения. Установлено, что
современное НДС отвечает режиму горизонтального растяжения и горизонтального
сдвига.
Для уточнения результатов расчета устойчивости ствола скважины рекомендуется
привлекать данные сводок бурения, которые отражают осложнения, возникающие при
бурении (поглощение бурового раствора, участки затяжки инструмента, прихваты,
вывалы).
В завершение работы хотелось бы отметить, что в настоящее время геомеханика
активно развивается как прикладная наука, с её помощью решается множество
производственных задач. Результаты, полученные в данной работе, оптимизируют
процесс построения геомеханической модели, делают её более дешевой и доступной
процедурой.
