Ученые Пермского Политеха (ПНИПУ) разработали модель околоскважинной зоны, включающей эксплуатационную колонну, цементный камень и участок породы-коллектора с перфорационными отверстиями. Это позволило определить наиболее оптимальные параметры работы скважины для высокой эффективности добычи углеводородных ресурсов.

Об этом сообщила пресс-служба ПНИПУ.

Статья опубликована в журнале «Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений» № 11 за 2024 г. Исследование проведено в рамках реализации программы «Приоритет 2030».

Один из наиболее распространенных методов создания гидродинамической связи между пластом и скважиной - это кумулятивная перфорация, прострел отверстия в колонне и цементном кольце путем сфокусированного взрыва.

Перфоратор в скважину спускают на электрическом (каротажном) кабеле.

Взрыв от его зарядов образует направленную струю, которая и создает каналы.

Разница давлений столба жидкости в скважине и пластового называется депрессией.

Недостаток кумулятивной перфорации в том, что из-за нее вблизи проделанных каналов меняется напряженно-деформированное состояние бурильной колонны, цементного камня и породы-коллектора.

Это приводит к снижению проницаемости горных пород и продуктивности скважины в целом.

Пермские ученые провели численное моделирование околоскважинной зоны.

Особенность модели:

• включение контактных элементов на контактах колонны с цементом и цемента с породой для более достоверного расчета напряжений при задании вертикальной нагрузки;
• одновременное использование конечных элементов для имитации упругой среды (колонна и цементная крепь) и пороупругой среды (порода-коллектор).

Цель - изучение:

• влияния таких изменений на проницаемость породы;
• вероятности появления ослабленных или разрушаемых областей.

 Практические результаты:

• получено распределение напряжений вблизи каналов кумулятивной перфорации;
• с помощью зависимости проницаемости от эффективных напряжений определено изменение данной характеристики породы в зависимости от депрессии на пласт;
• определено изменение нормированного коэффициента продуктивности скважины при увеличении депрессии и показано, что при ее максимальном значении продуктивность скважины может снизиться до 15 %;
• завлаб. института проблем нефти и газа РАН, д.т.н. С. Попов: полученные результаты позволили убедиться в необходимости выбора оптимального режима работы добывающих скважин для предотвращения интенсивного уплотнения коллектора при увеличении эффективных напряжений из-за снижения забойного и пластового давлений;
• завкафедрой «Нефтегазовые технологии» ПНИПУ, д.т.н. С. Чернышов:
• в процессе увеличения разницы пластового и забойного давлений на пласт разрушение от растягивающих напряжений уменьшается;
• при значении депрессии 9 МПа такие зоны полностью исчезают и остаются только области разрушения от сжатия, которые, напротив, увеличиваются;
• ассистента кафедры «Нефтегазовые технологии» ПНИПУ В. Дерендяева: выявлено, что при повышении депрессии на пласт до 12 МПа предельное снижение коэффициента продуктивности скважины может достигнуть 15 %, что говорит о необходимости поиска оптимального режима работы добывающей скважины.

Кроме ПНИПУ и Института проблем нефти и газа РАН в исследовании участвовали Китайский нефтяной университет (г. Циндао) и ЛУКОЙЛ-Инжиниринг (г. Пермь).

Исследование позволило определить влияние депрессии на коэффициент продуктивности, что можно будет учесть в будущем при подборе эффективного режима добычи.

Пермяки активно сотрудничают с Китайским университетом.

Ранее было проведено совместное исследование устойчивости крепи для 2 эксплуатационных скважин при вторичном вскрытии продуктивных пластов методом кумулятивной перфорации.

Тогда были использованы:

• данные прямых замеров величин давлений в скважине на разном удалении от кабельного наконечника перфорационного устройства в момент детонации, которые превышали 50 МПа. Значения давлений аппроксимировались вдоль ствола скважины с помощью степенной зависимости;
• программный комплекс конечно-элементного моделирования ANSYS - для достоверного прогноза напряженно-деформированного состояния околоскважинной зоны интервала перфорации;
• осесимметричная конечно-элементная расчетная схема, высота модели вдоль ствола скважины составила 39 м - для определения поля напряжений.
• лабораторные эксперименты для различных рецептур тампонажных растворов - для определения упругопрочностных свойств формируемого тампонажного камня.

В итоге удалось определить:

• области разрушения и запас прочности тампонажного камня;
• величины радиальных перемещений эксплуатационной колонны в интервале перфорации.

Вероятно, разработанная тогда модель околоскважинной зоны позволила провести и нынешние исследования.

Напомним, что ранее в Пермском Политехе предложили метод термообработки, улучшающий свойства стали для бурильных труб.

Ученые нашли способ повысить конструкционную прочность металла.

Авторы: А. Игнатьева