Внедрение геомеханического моделирования
Поляков Д.А., Павлов В.А.,
Морева В.А., Ельсов П.В.,
Самойлов М.И., Нечаев А.С.
Морева В.А., Ельсов П.В.,
Самойлов М.И., Нечаев А.С.
ООО «Тюменский нефтяной
научный центр»
Рассмотрен успешный опыт внедрения геомеханического моделирования
в производственные процессы блока «Разведка и добыча» на базе головного НИПИ ПАО «НК «Роснефть». Внедрение подразумевает использование геомеханического моделирования для задач оптимизации бурения разведочных и эксплуатационных скважин, проведение мероприятий
по интенсификации притока и корректировки системы разработки.
в производственные процессы блока «Разведка и добыча» на базе головного НИПИ ПАО «НК «Роснефть». Внедрение подразумевает использование геомеханического моделирования для задач оптимизации бурения разведочных и эксплуатационных скважин, проведение мероприятий
по интенсификации притока и корректировки системы разработки.
Введение
Развитие геомеханического моделирования в России позволило расширить применение данного типа моделирования для решения конкретных проблем недропользователей [1, 2]. Однако зачастую инженеры по геомеханике сталкиваются с проблемами, основной из которых является отсутствие необходимых и достаточных данных для моделирования и низкое качество их интерпретации.
В результате геомеханическая модель, построенная со значительными допущениями, имеет низкую достоверность и не решает поставленные задачи. Процесс геомеханического моделирования является малой частью всего спектра задач, обеспечивающих качественное внедрение модели.
Определение минимального набора необходимых комплексов геофизических исследований скважин (ГИС), исследований кернового материала, числа опорных скважин и объема необходимых дополнительных исследований для каждого типа скважин является базовым для начала формирования качественной геомеханической модели.
Вопрос изученности объекта или месторождения всеми необходимыми видами исследований поднимается уже на этапе разработки, что неизбежно приведет к увеличению затрат на эксплуатационное бурение. На проектах, сопровождаемых ООО «ТННЦ», происходит вовлечение специалистов-геомехаников на этапе разведочных работ для обсуждения необходимых комплексов ГИС, интервалов отбора керна с учетом имеющихся проблем и последующих планов по разработке тех или иных целевых горизонтов (рис. 1).
В результате геомеханическая модель, построенная со значительными допущениями, имеет низкую достоверность и не решает поставленные задачи. Процесс геомеханического моделирования является малой частью всего спектра задач, обеспечивающих качественное внедрение модели.
Определение минимального набора необходимых комплексов геофизических исследований скважин (ГИС), исследований кернового материала, числа опорных скважин и объема необходимых дополнительных исследований для каждого типа скважин является базовым для начала формирования качественной геомеханической модели.
Вопрос изученности объекта или месторождения всеми необходимыми видами исследований поднимается уже на этапе разработки, что неизбежно приведет к увеличению затрат на эксплуатационное бурение. На проектах, сопровождаемых ООО «ТННЦ», происходит вовлечение специалистов-геомехаников на этапе разведочных работ для обсуждения необходимых комплексов ГИС, интервалов отбора керна с учетом имеющихся проблем и последующих планов по разработке тех или иных целевых горизонтов (рис. 1).
Рис. 1. Комплексы ГИС в зависимости от решаемых задач
После сбора всей необходимой информации начинается подготовка к построению геомеханической модели. В [3] представлены типы керновых исследований упруго-прочностных свойств горных пород в зависимости от решаемых задач.
На этапе поисково-разведочных работ основная задача — безаварийное бурение вертикальных
и наклоннонаправленных (ННС) поисково-разведочных скважин. Эту задачу возможно решить инструментами 1D геомеханического моделирования. Используя результаты 1D геомеханической модели, можно оценить плотность бурового раствора для минимизации обрушений и поглощений, выбрать оптимальные углы вскрытия осложненных интервалов, оптимизировать конструкцию обсадной колонны, определить упругие свойства и напряжения для проектирования гидроразрыва пласта, определить максимально допустимую депрессию для снижения выноса твердой фазы при освоении и эксплуатации скважин [4–6].
На этапе поисково-разведочных работ основная задача — безаварийное бурение вертикальных
и наклоннонаправленных (ННС) поисково-разведочных скважин. Эту задачу возможно решить инструментами 1D геомеханического моделирования. Используя результаты 1D геомеханической модели, можно оценить плотность бурового раствора для минимизации обрушений и поглощений, выбрать оптимальные углы вскрытия осложненных интервалов, оптимизировать конструкцию обсадной колонны, определить упругие свойства и напряжения для проектирования гидроразрыва пласта, определить максимально допустимую депрессию для снижения выноса твердой фазы при освоении и эксплуатации скважин [4–6].
При бурении первых горизонтальных скважин (ГС) на лицензионном участке (ЛУ) для уточнения геомеханической модели в компоновку низа буровой колонны (КНБК) рекомендуется включать специальные комплексы: запись плотностного каротажа, акустической кавернометрии и эквивалентно циркуляционной плотности (ЭЦП) на забое.
Перечень исследований, необходимых для повышения точности геомеханической модели, в общем в виде представляется так:
Перечень исследований, необходимых для повышения точности геомеханической модели, в общем в виде представляется так:
- запись ЭЦП в процессе строительства скважин (2–3 скважины на каждом кусте);
- многорычажная кавернометрия в ННС, акустическая кавернометрия в ГС (2–3 скважины на каждом кусте);
- замер высоты роста трещины в ННС (1 скважина в год);
- микросейсмика при выполнении многостадийного гидроразрыва пласта (МГРП) в ГС (1 скважина в год);
- запись акустического широкополосного каротажа (АКШ) и гамма-гамма плотностного каротажа (ГГКп) как минимум на 1 скважине каждого нового куста;
- вынос твердой фазы в процессе эксплуатации скважин (постоянно);
- анализ результатов бурения (постоянно);
- анализ графиков закачки в нагнетательных скважинах (постоянно).
При моделировании газового коллектора ПК1 Харампурского месторождения [7] выполнены анализ рисков проводки горизонтального ствола с точки зрения бурения и оценка предельных депрессий эксплуатации скважин для минимизации риска пескопроявления. Основными результатами работы являются: учет буровых рисков при проектировании новых скважин (рис. 2а) и определение допустимых депрессий при эксплуатации скважин в зависимости от прочности пород, в которых проложен горизонтальный ствол (рис. 2b).
Рис. 2. Безопасное окно бурения по площади одной из кустовых
площадок — а
и зависимость безопасной депрессии от прочности при эксплуатации скважины — b
площадок — а
и зависимость безопасной депрессии от прочности при эксплуатации скважины — b
Геомеханическое моделирование Северо-Хохряковского месторождения [8] выполнено для снижения рисков при бурении скважин в нестабильных глинисто-аргиллитистых пластах, оптимизации дизайна гидроразрыва пласта (ГРП) и определения давления авто-ГРП при закачке флюида в пласт в целях поддержания пластового давления.
Для слабосцементированного коллектора с целью добычи высоковязкой нефти на основе геомеханической модели разработаны палетки определения допустимого забойного давления добывающей скважины в зависимости от проницаемости и неоднородности продуктивного пласта в призабойной зоне скважины. Данная работа выполнялась посредством 4D геомеханического моделирования с учетом изменения фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) пласта под влиянием разработки [9].
Для слабосцементированного коллектора с целью добычи высоковязкой нефти на основе геомеханической модели разработаны палетки определения допустимого забойного давления добывающей скважины в зависимости от проницаемости и неоднородности продуктивного пласта в призабойной зоне скважины. Данная работа выполнялась посредством 4D геомеханического моделирования с учетом изменения фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) пласта под влиянием разработки [9].
Процесс геомеханического сопровождения разработки залежей углеводородов заключается в совмещенном геолого-геомеханическом и гидродинамическом моделировании.
3D геомеханическая модель применяется в основном при моделировании «новых месторождений», где изменения пластового давления носят локальный характер в окрестности разведочных скважин. Основные цели, которые решает модель: оптимизация эксплуатационного бурения на этапе бурения первых эксплуатационных скважин, оптимизация заканчивания, минимизация выноса твердой фазы. В случае геомеханического моделирования более зрелых месторождений спектр задач, решаемых 3D-моделью, сужается — необходимо переходить к полноценному 4D
геомеханическому моделированию.
Ключевая особенность геомеханического моделирования в случае 4D — учет перераспределения напряжений в моделируемом объеме горных пород с каждым временным шагом. Этот метод воспроизводит процесс деформации целевых интервалов в процессе разработки, что позволит учесть эффекты, имеющие характер накапливания (разворот горизонтальных напряжений, увеличение контраста напряжений между коллектором и глинистыми перемычками) [10].
Принципиальный подход к организации рабочего процесса учитывает как особенности работы отдела разработки проектов геомеханики, так и взаимодействие со смежными структурами и конечным потребителем результатов.
Использование геомеханического моделирования предполагает взаимодействие с различными службами добывающих обществ (ДО) и проектных институтов (рис. 3).
3D геомеханическая модель применяется в основном при моделировании «новых месторождений», где изменения пластового давления носят локальный характер в окрестности разведочных скважин. Основные цели, которые решает модель: оптимизация эксплуатационного бурения на этапе бурения первых эксплуатационных скважин, оптимизация заканчивания, минимизация выноса твердой фазы. В случае геомеханического моделирования более зрелых месторождений спектр задач, решаемых 3D-моделью, сужается — необходимо переходить к полноценному 4D
геомеханическому моделированию.
Ключевая особенность геомеханического моделирования в случае 4D — учет перераспределения напряжений в моделируемом объеме горных пород с каждым временным шагом. Этот метод воспроизводит процесс деформации целевых интервалов в процессе разработки, что позволит учесть эффекты, имеющие характер накапливания (разворот горизонтальных напряжений, увеличение контраста напряжений между коллектором и глинистыми перемычками) [10].
Принципиальный подход к организации рабочего процесса учитывает как особенности работы отдела разработки проектов геомеханики, так и взаимодействие со смежными структурами и конечным потребителем результатов.
Использование геомеханического моделирования предполагает взаимодействие с различными службами добывающих обществ (ДО) и проектных институтов (рис. 3).
Рис. 3. Концептуальная схема взаимодействия отдела разработки проектов геомеханики со структурными подразделениями Компании
Предложенный подход описывает процесс внедрения геомеханического моделирования в полный цикл освоения месторождения углеводородов. Представлены ключевые этапы внедрения результатов:
- планирование разведочного бурения — составление программы исследований в стволе скважины, выбор интервалов отбора керна, сопровождение строительства первых разведочных скважин;
- оптимизация программы бурения вертикальных и наклоннонаправленных скважин, подготовка данных для моделирования ГРП;
- оптимизация схемы пробной разработки месторождения. Расчет устойчивости ствола при бурении ГС, выбор оптимального интервала проводки горизонтального ствола. Подготовка данных для моделирования МГРП;
- оценка рисков при эксплуатационном и уплотняющем бурении. Определение перераспределения напряженно-деформированного состояния в зоне, затронутой разработкой.
Перед реализацией каждого последующего этапа геомеханического моделирования производится оценка рисков и экономической эффективности внедрения результатов. Принятие инвестиционного решения на каждом последующем шаге должно быть обусловлено не только подсчетом прямых затрат, но и прогнозированием долгосрочного положительного эффекта за счет повышения эффективности как разработки месторождения в части экономии на капитальных затратах, так и добычи полезных ископаемых.
1. Павлов В.А., Лушев М.А., Корельский Е.П., Ласкин П.Г. Развитие геомеханического моделирования в России // Технологии нефти и газа. 2017. № 6. С. 3–9.
2. Вашкевич А.А., Жуков В.В., Овчаренко Ю.В., Бочков А.С., Лукин С.В. Развитие комплексного геомеханического моделирования в ПАО «Газпром нефть» //
Нефтяное хозяйство. 2016. № 12. С. 16–19.
3. Фадеева В.А., Самойлов М.И., Павлов В.А., Субботин М.Д., Поляков Д.А.,
Павлюков Н.А., Кудымов А.Ю. Использование предварительной 1D геомеханической модели для планирования исследований керна // Геология, геофизика и разработка нефтяных месторождений. 2020. № 7. С. 29–35.
4. Павлов В.А., Поляков Д.А., Субботин М.Д., Меликов Р.Ф., Павлюков Н.А., Поспелова Т.А. К вопросу импортозамещения в геомеханическом моделировании // Технологии нефти и газа. 2019. № 2. С. 3–9.
5. Ляпин И.Н., Королев Д.О., Коровин И.Ю., Корнев А.Ю., Коваль М.Е., Попов А.А. Опыт применения геомеханического моделирования на этапе проектирования скважин // Нефть. Газ. Новации. 2019. № 10. С. 17–20.
6. Кондратьев С.А., Шарафеев Р.Р., Новокрещенных Д.В., Ракитин Е.Л.,
Головнин А.В. Использование результатов промыслово-геофизических исследований скважин для расчета напряжений при моделировании гидроразрыва пласта // Нефтепромысловое дело. 2021. № 7. С. 26–34.
7. Меликов Р.Ф., Павлов В.А., Павлюков Н.А., Пташный А.В., Красников А.А., Субботин М.Д., Королёв А.Ю., Лознюк О.А. Оптимизация проводки и параметров эксплуатации горизонтальных скважин при разработке пласта ПК1 Харампурского НГКМ // Российская нефтегазовая техническая конференция SPE. Москва. 2018. 15–17 октября. SPE-191635.
8. Поляков Д.А., Павлов В.А., Павлюков Н.А., Поленов С.В., Донцов Э.Н., Черных Д.Г., Голубков Д.Е., Самойлов М.И. Интегрированный подход к планированию бурения, многостадийного гидроразрыва пласта и эксплуатации скважин на основе цифровой геомеханической модели залежи с учетом влияния разработки // Нефтепромысловое дело. 2019. № 11. С. 44–50.
9. Иванцов Н.Н., Павлов В.А. Обоснование оптимальных режимов эксплуатации горизонтальных скважин в слабосцементированных коллекторах // Нефтепромысловое дело. 2019. № 11. С. 92–95.
10. Павлов В.А., Павлюков Н.А., Субботин М.Д., Коваленко А.П., Янтудин А.Н., Абдуллин В.С., Шехонин Р.С., Головизнин А.Ю. Обоснование режимов эксплуатации скважин сеноманской газовой залежи Харампурского месторождения по результатам геомеханического моделирования // Экспозиция Нефть Газ. 2021. № 2. С. 31–33.
2. Вашкевич А.А., Жуков В.В., Овчаренко Ю.В., Бочков А.С., Лукин С.В. Развитие комплексного геомеханического моделирования в ПАО «Газпром нефть» //
Нефтяное хозяйство. 2016. № 12. С. 16–19.
3. Фадеева В.А., Самойлов М.И., Павлов В.А., Субботин М.Д., Поляков Д.А.,
Павлюков Н.А., Кудымов А.Ю. Использование предварительной 1D геомеханической модели для планирования исследований керна // Геология, геофизика и разработка нефтяных месторождений. 2020. № 7. С. 29–35.
4. Павлов В.А., Поляков Д.А., Субботин М.Д., Меликов Р.Ф., Павлюков Н.А., Поспелова Т.А. К вопросу импортозамещения в геомеханическом моделировании // Технологии нефти и газа. 2019. № 2. С. 3–9.
5. Ляпин И.Н., Королев Д.О., Коровин И.Ю., Корнев А.Ю., Коваль М.Е., Попов А.А. Опыт применения геомеханического моделирования на этапе проектирования скважин // Нефть. Газ. Новации. 2019. № 10. С. 17–20.
6. Кондратьев С.А., Шарафеев Р.Р., Новокрещенных Д.В., Ракитин Е.Л.,
Головнин А.В. Использование результатов промыслово-геофизических исследований скважин для расчета напряжений при моделировании гидроразрыва пласта // Нефтепромысловое дело. 2021. № 7. С. 26–34.
7. Меликов Р.Ф., Павлов В.А., Павлюков Н.А., Пташный А.В., Красников А.А., Субботин М.Д., Королёв А.Ю., Лознюк О.А. Оптимизация проводки и параметров эксплуатации горизонтальных скважин при разработке пласта ПК1 Харампурского НГКМ // Российская нефтегазовая техническая конференция SPE. Москва. 2018. 15–17 октября. SPE-191635.
8. Поляков Д.А., Павлов В.А., Павлюков Н.А., Поленов С.В., Донцов Э.Н., Черных Д.Г., Голубков Д.Е., Самойлов М.И. Интегрированный подход к планированию бурения, многостадийного гидроразрыва пласта и эксплуатации скважин на основе цифровой геомеханической модели залежи с учетом влияния разработки // Нефтепромысловое дело. 2019. № 11. С. 44–50.
9. Иванцов Н.Н., Павлов В.А. Обоснование оптимальных режимов эксплуатации горизонтальных скважин в слабосцементированных коллекторах // Нефтепромысловое дело. 2019. № 11. С. 92–95.
10. Павлов В.А., Павлюков Н.А., Субботин М.Д., Коваленко А.П., Янтудин А.Н., Абдуллин В.С., Шехонин Р.С., Головизнин А.Ю. Обоснование режимов эксплуатации скважин сеноманской газовой залежи Харампурского месторождения по результатам геомеханического моделирования // Экспозиция Нефть Газ. 2021. № 2. С. 31–33.
Поляков Д.А., Павлов В.А., Морева В.А., Ельсов П.В., Самойлов М.И., Нечаев А.С.
ООО «Тюменский нефтяной научный центр»,
ООО «РН-ЦЭПиТР», 3ПАО «НК «Роснефть»
dapolyakov4@tnnc.rosneft.ru
ООО «Тюменский нефтяной научный центр»,
ООО «РН-ЦЭПиТР», 3ПАО «НК «Роснефть»
dapolyakov4@tnnc.rosneft.ru
Для построения геомеханических моделей использован метод конечных элементов. Для внедрения полученных результатов использован проектный подход и работа в мультидисциплинарной команде.
геомеханическое моделирование, гидроразрыв пласта, устойчивость ствола, безопасная депрессия
Поляков Д.А., Павлов В.А., Морева В.А., Ельсов П.В., Самойлов М.И., Нечаев А.С. Новый подход к внедрению результатов геомеханического моделирования в производственные процессы добывающих обществ ПАО «НК «Роснефть» // Экспозиция Нефть Газ. 2021. № 6. С. 47–50.
DOI: 10.24412/2076-6785-2021-6-47-50
DOI: 10.24412/2076-6785-2021-6-47-50
05.07.2021
УДК 550.82
DOI: 10.24412/2076-6785-2021-6-47-50
DOI: 10.24412/2076-6785-2021-6-47-50
Рекомендуемые статьи
© Экспозиция Нефть Газ. Научно-технический журнал. Входит в перечень ВАК
+7 (495) 414-34-88