Пермский Политех разработал инновационную модель для точного геомеханического моделирования скважин

Пермь, 15 мар - ИА Neftegaz.RU. Ученые Пермского Политехнического университета (ПНИПУ) разработали новую математическую модель, которая призвана улучшить точность геомеханического моделирования, активно применяемого при строительстве и разработке нефтяных месторождений.
Об этом сообщила пресс-служба вуза.

Этот инструмент позволяет более точно подбирать оборудование для вскрытия пласта, определять оптимальную траекторию ствола скважины, а также оценивать устойчивость горных пород в ходе бурения и добычи.
Данные аспекты имеют ключевое значение для достижения максимальной эффективности разработки месторождений.
Однако существующие аналитические методы зачастую приводят к неточным результатам, поскольку не учитывают всех факторов. Новая модель помогает анализировать напряженное состояние обсадной колонны, цементного камня и участка породы вблизи скважины, позволяя оценить, как условия вскрытия и используемые для цементирования материалы могут влиять на устойчивость и продуктивность скважин.

Исследование опубликовано в журнале Applied Sciences, том 14, 21 за 2024 г., и выполнено в рамках государственного задания, направленного на изучение межфазных явлений, термодинамических, физико-химических и геомеханических свойств нефтегазовых систем с целью повышения эффективности разработки трудноизвлекаемых углеводородных запасов.

Геомеханическое моделирование применяется для оценки эффективности технологий вторичного вскрытия продуктивных пластов, что включает создание перфорационных отверстий в обсадных трубах, цементе и горной породе.
Кумулятивная перфорация является одним из наиболее распространенных методов, позволяющим обеспечить гидродинамическую связь между пластом и скважиной, тем самым увеличивая приток флюидов.
Тем не менее, этот процесс трансформирует напряженное состояние пород, что делает предварительное моделирование перфорации необходимым для выбора наиболее эффективных способов вторичного вскрытия и подходящих материалов для цементирования обсадных колонн.

Существующие модели оценки состояния околоскважинных зон являются упрощенными и не учитывают геометрию перфорационных каналов, что приводит к неточности моделирования и, как следствие, к возможным ошибкам в проектировании и эксплуатации скважин.

Для решения проблемы ученые Пермского Политеха разработали численную конечно-элементную модель, в которую входят обсадная колонна, цементный камень и нефтенасыщенные породы с учетом геометрии перфорационных каналов.
Применяя контактные элементы для оценки взаимодействия между обсадной колонной, цементным камнем и породой, исследователи добились большей реалистичности модели.
Эта модель, не имеющая аналогов, представляет собой набор уравнений, в которые можно подставить необходимые данные, чтобы рассчитать распределение напряжений и оценить запас прочности и устойчивость конструкции скважины.

Для проверки работоспособности модели ученые использовали программу ANSYS 19 на примере простой вертикальной скважины.
Сравнив полученные данные с расчетами по классическим формулам, ученые выяснили, что результаты показали незначительное расхождение всего в 3,8%, что свидетельствует о высокой надежности новой модели.
Также в дальнейшем планируется провести сравнение с реальными данными, полученными на действующих скважинах.

Новая модель позволяет оценить, насколько элементы крепи и околоскважинная зона могут выдерживать нагрузки, что показывает высокий запас прочности как цементного камня (2-3 единицы), так и обсадной колонны (3-4 единицы).
При этом наиболее уязвимым местом остаются области около перфорационных каналов, где образуются зоны разрушения под воздействием как растягивающих, так и сжимающих сил.

Таким образом, разработанная модель значительно повышает точность вычислений напряженно-деформированного состояния околоскважинной зоны с учетом элементов крепи, что может предотвратить снижение продуктивности и обеспечить эффективную работу скважин.