МЕХАНИКА В РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Автор: Сергей Александрович Калинин

Организация: ООО «Газпромнефть НТЦ», Санкт-Петербург

В настоящее время наблюдается снижение коэффициента извлечения нефти на месторождениях по всему миру, поэтому перед научным и инженерным сообществом встает вопрос разработки новых технологий повышения нефтеотдачи. Если раньше, например, исследователи и инженеры ограничивались только изучением фильтрационно-емкостных свойств месторождений, а также свойств пластовых флюидов, то рост числа нетрадиционных и трудноизвлекаемых запасов вынуждает исследовать механические и прочностные свойства пород. В частности, для извлечения нефти сейчас необходимо использовать технологии, сопряженные с риском неконтролируемого разрушения пород, что является предметом геомеханики. 

При геомеханическом моделировании бурения скважин основным вызовом является корректный подбор плотности бурового раствора, применяемого при бурении. Если плотность бурового раствора будет выбрана некорректно, то появляются значительные риски обрушения, либо разрыва стенок ствола скважины, сопровождаемые опасными газонефтеводопроявлениями.

Классическим способом интенсификации добычи стал гидроразрыв пласта (ГРП), позволяющий создавать в продуктивном пласте трещину, увеличивающую площадь притока нефти, а значит и дебит добывающих скважин. Управление процессом ГРП является довольно сложной инженерной задачей, которую невозможно решить без хорошего понимания геомеханики.

Геомеханика находит применеине и при управлении процессами поддержки пластового давления, когда для поддержания темпов добычи в пласт закачиваются различные агенты (вода, либо ПАВ-Полимерное заводнение), вытесняющие нефть по направлению к добывающим скважинам. В процессе закачки воды в нагнетательную скважину часто появляется риск разрыва горных пород с образованием т.н. «трещины автоГРП». Процесс автоГРП является плохо контролируемым и сопряжен с рядом проблем (непроизводительная закачка, изменение коэффициента вытеснения, преждевременное обводнение пластов и т.п.).

Приведенные примеры показывают, что изучение механизмов разрушения горных пород требует не только проведения массы лабораторных экспериментов, но и подробного физико-математического моделирования этих процессов. Особенную сложность представляет тот факт, что требуется решать т.н. связанные задачи, когда для адекватного математического описания процесса требуется не просто отдельно решать задачи фильтрации и упругости, а, например, пороупругости. Кроме того, необходимо привлекать модели появления и развития трещин, механику разрушения горных пород. Большим вызовом становится выбор адекватных численных методов решения таких задач, поскольку требуется совместно решать различные типы уравнений. Из-за большой размерности задачи требуются методы ускорения решений, которые можно достичь как за счет распараллеливания процессов, так и за счет выбора оптимальных сеток.

Sergey Kalinin, Dmitry Karavaev, Anna Sapetina. The Parallel Implementation of the Adaptive Mesh Technology in Poroelastivity Problems, 2019, DOI: 10.1007/978-3-030-36592-9_36