ПЕТРОФИЗИЧЕСКОЕ И ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КЕРНА ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ 1D ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СКВАЖИНЫ 2403 АКАНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
|
Аннотация 2
Содержание 3
Список иллюстраций и таблиц 6
Введение 8
ГЛАВА 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 11
1.1. Физико-географический очерк территории Аканского месторождения 11
1.2. Геолого-стратиграфическое строение объекта исследования 11
1.2.1. Тектоническое строение 13
1.3. Нефтегазоносность 16
1.4. Задачи исследования 16
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ МОДЕЛИ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ 17
2.1. Исходные данные для построения одномерной модели механических свойств 17
2.2. Характеристика интервалов отбора керна 17
2.3. Описание петрофизических и геомеханических исследований 22
2.3.1. Исследование динамических свойств 22
2.3.2. Исследование статических свойств 25
ГЛАВА 3. ХАРАКТЕРИСТИКА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОМАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ НА АКАНСКОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ 28
3.1. Ориентация напряжений 29
ГЛАВА 4. ПОСТРОЕНИЕ ОДНОМЕРНОЙ ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ 30
4.1. Определение механических свойств пород 30
4.1.1. Исследование природы акустической и упругой анизотропии, и расчет
динамических модулей Юнга и коэффициента Пуассона 31
4.1.2. Определение статических модулей Юнга и коэффициента Пуассона 36
4.1.3. Корреляционно-регрессионный анализ для восстановления механических
свойств 36
4.2. Расчет напряженно-деформационного состояния интервала исследования 42
4.2.1. Определение вертикального напряжения и пластового (порового) давления 43
4.2.2. Расчет минимального и максимального горизонтальных напряжений 45
4.3. Расчет устойчивости ствола скважины 46
Заключение
Список использованной литературы
Содержание 3
Список иллюстраций и таблиц 6
Введение 8
ГЛАВА 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 11
1.1. Физико-географический очерк территории Аканского месторождения 11
1.2. Геолого-стратиграфическое строение объекта исследования 11
1.2.1. Тектоническое строение 13
1.3. Нефтегазоносность 16
1.4. Задачи исследования 16
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ МОДЕЛИ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ 17
2.1. Исходные данные для построения одномерной модели механических свойств 17
2.2. Характеристика интервалов отбора керна 17
2.3. Описание петрофизических и геомеханических исследований 22
2.3.1. Исследование динамических свойств 22
2.3.2. Исследование статических свойств 25
ГЛАВА 3. ХАРАКТЕРИСТИКА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОМАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ НА АКАНСКОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ 28
3.1. Ориентация напряжений 29
ГЛАВА 4. ПОСТРОЕНИЕ ОДНОМЕРНОЙ ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ 30
4.1. Определение механических свойств пород 30
4.1.1. Исследование природы акустической и упругой анизотропии, и расчет
динамических модулей Юнга и коэффициента Пуассона 31
4.1.2. Определение статических модулей Юнга и коэффициента Пуассона 36
4.1.3. Корреляционно-регрессионный анализ для восстановления механических
свойств 36
4.2. Расчет напряженно-деформационного состояния интервала исследования 42
4.2.1. Определение вертикального напряжения и пластового (порового) давления 43
4.2.2. Расчет минимального и максимального горизонтальных напряжений 45
4.3. Расчет устойчивости ствола скважины 46
Заключение
Список использованной литературы
Настоящая работа написана по геолого-геофизическим материалам собранным автором в период прохождения производственной практики в лаборатории "Петрофизических методов исследования геоматериалов", КФУ. Цель научно-исследовательской работы является исследование петрофизических и геомеханических свойств образцов керна верейского и башкирского карбонатного комплекса; получение корреляционно-регрессионных уравнений вида «керн-ГИС» для восстановление геомеханических свойств и расчет напряженного состояния. Практическая значимость исследований заключается в использовании ММС для решения задачи устойчивости ствола скважины и получении профиля градиента давления ГРП.
Современные проекты строительства скважин технически сложны и проблемы нестабильности ствола скважины значительно увеличивают стоимость бурения и операций в нефтегазовой отрасли. Чтобы, в рамках бюджета, завершить скважину вовремя, непродуктивное время, которое связано с потерей циркуляции, скачками, нестабильностью ствола скважины и аномальным режимом порового давления, должно быть минимизировано. Эти вопросы тесно связаны со стрессовым режимом в этом районе. Следовательно, хорошее знание режима стресса в интересующей области помогает уменьшить задержку, вызванную упомянутыми проблемами, следовательно, затраты и риски снижаются. Используя лабораторные исследования керна и каротажные измерения, можно построить механическую модель скважины, чтобы прогнозировать зоны нестабильности и избегать проблем. Чтобы сузить возможные причины нестабильности ствола скважины, строится одномерная геомеханическая модель скважины [1][3].
1D геомеханическое моделирование представляет собой решение целого класса задач в одномерном пространстве (скважине), и является численно-аналитическим представлением напряженного состояния и механических свойств породы для конкретного разреза.
Этапы построения одномерной геомеханической модели представлены в виде графа обработки (Рис. 1) для достижения определенных результатов, будь то технологические расчеты, моделирование ГРП или создания механической стратиграфии.
Первым шагом при построении геомеханической модели является сбор и аудит данных. Данные, требуемые для построения одномерной геомеханической модели содержат в себе информацию о скважине, данные по геологическому строению, геологогеофизическим свойствам, промыслово-геофизическим исследованиям скважин, а также данные по испытанию пластов (ИП) и исследованию керна.
При аудите данных происходит обработка и анализ собранных данных, различающихся своим масштабом и происхождением. Необходимо проводить тщательную проверку на достоверность (точность измерения), адекватность и достаточность данных. Особое внимание следует уделять согласованности данных на масштабах шлифов, керна, скважины и резервуара. Данные должны удовлетворять стандартным требованиям апскейлинга: быть более однородными на меньшем масштабе и неоднородными на большем; и мелкомасштабные степени свободы должны быть малы по сравнению со степенями свободы большего масштаба.
Чем больше данных мы получаем, тем точнее может быть построена геомеханическая модель. Однако в действительности не все необходимые данные могут быть получены, в связи с этим, путем выявления зависимостей между исходными данными минимизируется количество предположений и неопределенностей.
Второй этап заключается в проведении корелляционно-регрессионного анализа каротажных и керновых данных, для восстановления механических (упругих и прочностных) свойств пород слагающих стенки скважин вдоль ствола, то есть создание геомеханической модели (ГММ);
На третьем этапе интерпретируются результаты проведения испытаний на пласты, имиджеров и АКШ для получения информации об ориентации главных напряжений, преобладающем режиме современного напряженного состоянии (вертикальное и главные горизонтальные напряжения, поровое давление). В конце, как результат, рассчитывается устойчивость ствола скважины.
В данной работе будут представлены методы лабораторных исследований керна и интерпретация полученных результатов. Вывод зависимостей керновых и каротажных данных, и использование полученных результатов при построении одномерной модели механических свойств.
Современные проекты строительства скважин технически сложны и проблемы нестабильности ствола скважины значительно увеличивают стоимость бурения и операций в нефтегазовой отрасли. Чтобы, в рамках бюджета, завершить скважину вовремя, непродуктивное время, которое связано с потерей циркуляции, скачками, нестабильностью ствола скважины и аномальным режимом порового давления, должно быть минимизировано. Эти вопросы тесно связаны со стрессовым режимом в этом районе. Следовательно, хорошее знание режима стресса в интересующей области помогает уменьшить задержку, вызванную упомянутыми проблемами, следовательно, затраты и риски снижаются. Используя лабораторные исследования керна и каротажные измерения, можно построить механическую модель скважины, чтобы прогнозировать зоны нестабильности и избегать проблем. Чтобы сузить возможные причины нестабильности ствола скважины, строится одномерная геомеханическая модель скважины [1][3].
1D геомеханическое моделирование представляет собой решение целого класса задач в одномерном пространстве (скважине), и является численно-аналитическим представлением напряженного состояния и механических свойств породы для конкретного разреза.
Этапы построения одномерной геомеханической модели представлены в виде графа обработки (Рис. 1) для достижения определенных результатов, будь то технологические расчеты, моделирование ГРП или создания механической стратиграфии.
Первым шагом при построении геомеханической модели является сбор и аудит данных. Данные, требуемые для построения одномерной геомеханической модели содержат в себе информацию о скважине, данные по геологическому строению, геологогеофизическим свойствам, промыслово-геофизическим исследованиям скважин, а также данные по испытанию пластов (ИП) и исследованию керна.
При аудите данных происходит обработка и анализ собранных данных, различающихся своим масштабом и происхождением. Необходимо проводить тщательную проверку на достоверность (точность измерения), адекватность и достаточность данных. Особое внимание следует уделять согласованности данных на масштабах шлифов, керна, скважины и резервуара. Данные должны удовлетворять стандартным требованиям апскейлинга: быть более однородными на меньшем масштабе и неоднородными на большем; и мелкомасштабные степени свободы должны быть малы по сравнению со степенями свободы большего масштаба.
Чем больше данных мы получаем, тем точнее может быть построена геомеханическая модель. Однако в действительности не все необходимые данные могут быть получены, в связи с этим, путем выявления зависимостей между исходными данными минимизируется количество предположений и неопределенностей.
Второй этап заключается в проведении корелляционно-регрессионного анализа каротажных и керновых данных, для восстановления механических (упругих и прочностных) свойств пород слагающих стенки скважин вдоль ствола, то есть создание геомеханической модели (ГММ);
На третьем этапе интерпретируются результаты проведения испытаний на пласты, имиджеров и АКШ для получения информации об ориентации главных напряжений, преобладающем режиме современного напряженного состоянии (вертикальное и главные горизонтальные напряжения, поровое давление). В конце, как результат, рассчитывается устойчивость ствола скважины.
В данной работе будут представлены методы лабораторных исследований керна и интерпретация полученных результатов. Вывод зависимостей керновых и каротажных данных, и использование полученных результатов при построении одномерной модели механических свойств.
Причинами проблем при бурении скважины могут быть аномально низкое или высокое поровое давление или неустойчивость стенок скважины. Геомеханическое моделирование позволяет решать многие проблемы при бурении (решение проблем пескороявления), эксплуатации (оптимизация ГРП) и выборе траектории будущей скважины. Для построения одномерной модели требуется акустический и плотностной каротаж по всему разрезу скважины, а также исследование керна, полученного с продуктивного интервала.
В рамках научно-исследовательская работа, в лаборатории "Петрофизических методов исследования геоматериалов", КФУ проводилось исследование кернового материала вынесенных из башкирского и верейского карбонатного комплекса Аканского нефтяного месторождения, для определения динамических и статических свойств породы слагающий стенки скважины.
В ходе выполнения исследования были расчитаны параметры и построены зависимости, необходимые для восстановления механических свойств интервала исследования. По результатам были определены такие геомехнические параметры, такие как: статические и динамические модули Юнга, коэффициент Пуассона, предел прочности при неограниченном сжатии, предел прочности на разрыв, угол внутреннего трения, когезия (сцепление), коэффициент Био.
По результатам обработки данных волнового акустического каротажа и результаты проведения пластовых испытаний (мини-ГРП), был построен полигон напряжений для определения стресс-режима, ориентации главных горизонтальных напряжений и получены параметры для расчета напряженно-деформационного состояния НДС в интервале карбонатных отложений башкирского яруса Аканского месторождения. Установлено, что современное НДС отвечает режиму горизонтального растяжения.
Анализ расчета устойчивости ствола скважины показывает:
- отсутствие вывалов в интервале исследования, что подтверждается результатами каверномера.
- при повышении бурового раствора от 1.02 до 1.14 г/см (с повышением глубины), по причине поглощения БР, возможны риски потери циркуляции на интервале 1117 - 1118.7 и частичной потери циркуляции с ухудшением промыва скважины на интервале 1126 - 1129.
- окно буримости в среднем от 0.75 до 1.25 г/см , что позволяет подобрать плотность бурового раствора для безопасного бурения на интервале карбонатного комплекса башкирского яруса.
Результат расчета давления инициализации трещины в интервале исследования составил от 12 до 14 МПа. В совокупность с выводами по акустическим измерениям, результаты расчета НДС позволяют получить внутренне устойчивую модель распределения напряжений геологической среды и построить оптимальную геометрию трещины, контролируя ее распространение в пласте.
Замеры пластового давления на месторождении характеризуют истощение, однако временные и пространственно-глубинные измерения не отражают общую линейную тенденцию к равномерному снижению по всей площади Аканского месторождения включить комплексные исследования во время бурения по опробованию пласта (пластоиспытатели), а также проводить гидродинамическое моделирование в трехмерном варианте в связке с геомеханикой.
Для дополнения и уточнения результатов расчета устойчивости ствола скважины рекомендуется проведение каротажных исследований акустики, плотности породы вдоль длины скважины, а также привлекать данные сводок бурения, которые отражают осложнения, возникающие при бурении.
В рамках научно-исследовательская работа, в лаборатории "Петрофизических методов исследования геоматериалов", КФУ проводилось исследование кернового материала вынесенных из башкирского и верейского карбонатного комплекса Аканского нефтяного месторождения, для определения динамических и статических свойств породы слагающий стенки скважины.
В ходе выполнения исследования были расчитаны параметры и построены зависимости, необходимые для восстановления механических свойств интервала исследования. По результатам были определены такие геомехнические параметры, такие как: статические и динамические модули Юнга, коэффициент Пуассона, предел прочности при неограниченном сжатии, предел прочности на разрыв, угол внутреннего трения, когезия (сцепление), коэффициент Био.
По результатам обработки данных волнового акустического каротажа и результаты проведения пластовых испытаний (мини-ГРП), был построен полигон напряжений для определения стресс-режима, ориентации главных горизонтальных напряжений и получены параметры для расчета напряженно-деформационного состояния НДС в интервале карбонатных отложений башкирского яруса Аканского месторождения. Установлено, что современное НДС отвечает режиму горизонтального растяжения.
Анализ расчета устойчивости ствола скважины показывает:
- отсутствие вывалов в интервале исследования, что подтверждается результатами каверномера.
- при повышении бурового раствора от 1.02 до 1.14 г/см (с повышением глубины), по причине поглощения БР, возможны риски потери циркуляции на интервале 1117 - 1118.7 и частичной потери циркуляции с ухудшением промыва скважины на интервале 1126 - 1129.
- окно буримости в среднем от 0.75 до 1.25 г/см , что позволяет подобрать плотность бурового раствора для безопасного бурения на интервале карбонатного комплекса башкирского яруса.
Результат расчета давления инициализации трещины в интервале исследования составил от 12 до 14 МПа. В совокупность с выводами по акустическим измерениям, результаты расчета НДС позволяют получить внутренне устойчивую модель распределения напряжений геологической среды и построить оптимальную геометрию трещины, контролируя ее распространение в пласте.
Замеры пластового давления на месторождении характеризуют истощение, однако временные и пространственно-глубинные измерения не отражают общую линейную тенденцию к равномерному снижению по всей площади Аканского месторождения включить комплексные исследования во время бурения по опробованию пласта (пластоиспытатели), а также проводить гидродинамическое моделирование в трехмерном варианте в связке с геомеханикой.
Для дополнения и уточнения результатов расчета устойчивости ствола скважины рекомендуется проведение каротажных исследований акустики, плотности породы вдоль длины скважины, а также привлекать данные сводок бурения, которые отражают осложнения, возникающие при бурении.