Булат А.Ф., Слащев И.Н., Слащева Е.А., Макеев С.Ю., Рыжов Г.А. Повышение продуктивности газовых месторождений через управление напряженно-деформированным состоянием пород призабойной зоны скважин
- Деталі
- Батьківська категорія: Геотехнічна механіка, 2019
- Категорія: Геотехнічна механіка, 2019, № 144
Geoteh. meh. 2019, 144, 4-19
https://doi.org/10.15407/geotm2019.144.004
Повышение продуктивности газовых месторождений через управление напряженно-деформированным состоянием пород призабойной зоны скважин
1Булат А.Ф., 1Слащев И.Н., 1Слащева Е.А., 1Макеев С.Ю., 1Рыжов Г.А.
1Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины
УДК 622.831.31
Язык: Украинский
Аннотация.
Фильтрация газа в породном массиве определяется наличием в них связанных пор, микротрещин и трещин, поэтому решающую роль играют действующие в породе напряжения, изменения которых могут приводить как к увеличению проницаемости, так и к её уменьшению. Кроме того, может происходить явление компакции - механического проседания пласта в результате уменьшения пластового давления, которое перекрывает дебиты скважин и требует неотложных мер по повышению проницаемости породного массива. Снижение дебитов скважин сопровождается большими затратами средств. Поэтому управление напряженно-деформированным состоянием породного массива и процессом трещинообразования вокруг рабочей части скважин путём обоснования формы поверхности скважины является актуальной научной задачей. Цель работы: повышение эффективности месторождений газа за счёт обоснования конструктивных параметров рабочей зоны эксплуатационных скважин. Методы исследований: систематизация научных публикаций и экспериментальных данных, математическое моделирование методом конечных элементов и начальных напряжений, методы инженерного конструирования трёхмерных объектов.
Дальнейшее развитие получила геофильтрационная модель транзита свободных газов в эксплуатационные скважины, которая отличается учётом закономерностей изменения напряженно-деформированного состояния и объёмов порово-трещинного пространства вокруг рабочей зоны скважин произвольной конфигурации. Впервые предложено соотношение для оценки предполагаемых объёмных расходов поступающего в скважину газа на базе оценки методом конечных элементов прироста шаровой части тензора деформаций и объёмов разрушенных элементов геомеханической модели. Определены взаимосвязи между установленными геомеханическими параметрами разрушения горных пород (градиентами давлений, распространённостью зон неупругих деформаций, трещинной пористостью и раскрытостью систем трещин) вокруг рабочей зоны скважин произвольной конфигурации и производительностью газовой скважины.
Проведено математическое моделирование рабочей зоны скважины без профилирования её поверхности и при разных способах профилирования. Установлено, что выбор рациональной конфигурации рабочей зоны скважин позволяет, во-первых, интенсифицировать процесс растрескивания пород, что существенно повышает их проницаемость и дебит, во-вторых, сместить зону повышенных напряжений от стенок скважины вглубь породного массива, что повышает их устойчивость. Сопоставление распределений напряжений позволило выявить преимущества и недостатки этих технологий, поскольку повышенные концентрации напряжений при нарезке цилиндров и более равномерное поле напряжений в случае винтовой резьбы дают возможности различного воздействия на породу и соответственно влияют на процессы её разрушения. Показано, что изменением формы рабочей части газовой скважины можно управлять напряженно-деформированным состоянием окружающих пород, повышать трещиноватость пород и активизировать дебит газа. Разработаны новые устройства для профилирования и создания поверхности рабочей части скважин произвольной конфигурации.
Ключевые слова:
газовое месторождение, призабойная зона скважин, моделирование напряженно-деформированного состояния пород, геофильтрационные методы, способы активизации дебита скважин
Список литературы:
1. Энергетика: история, настоящее и будущее. От огня и воды к электричеству: в 5 т. / науч. ред. И.Н. Карп [и др.]. К., 2005. Том 1. 304 c.
2. Коваленко Ю.Ф., Карев В.И. Метод георыхления - новый подход к проблеме повышения продуктивности скважин / Технологии ТЭК. 2003. № 1. С. 31-35.
3. Христианович С.А., Карев В.И. К расчету установившегося течения в скважине при наличии выделения газа из нефти (газлифта). В кн. Христианович С.А. Избранные работы. М.: Изд-во Наука – Изд-во МФТИ, 1998. С. 207-216.
4. Увеличение продуктивности нефтяных скважин с помощью метода георыхления / Христианович С.А. и др. Нефть и газ Евразия. 2000. № 2. С. 90-94.
5. Булат А.Ф., Слащев И.Н. Особенности и практика использования методов математического моделирования для оценки геомеханических и газодинамических процессов / Информационные технологии и математическое моделирование (ИТММ-2012): Матер. ХI Всерос. науч.-практ. конф. с международ. участием, Анжеро-Судженск, 23-24 нояб. 2012 г. Кемерово: Практика, 2012. Ч. 1. С. 22-26.
6. Булат А.Ф., Слащев И.Н. Разработка компьютерных систем математического моделирования геомеханических процессов / Геотехническая механика. Днепропетровск : ИГТМ НАНУ, 2012. № 99. С. 16-27.
7. Слащев И.Н. Применение информационных технологий для повышения эффективности и безопасности горных работ / Уголь Украины. 2013. № 2. С. 40-43.
8. Галагер Р. Метод конечных элементов. Основы: пер. с англ. М.: Мир, 1984. 428 с.
9. Zienkiewicz, O.C., Taylor, R. L., Zhu J. Z. (2005). The Finite Element Method: Its Basis and Fundamentals, Butterworth-Heinemann.
10. Слащев И.Н. Разработка математической модели и технологии компьютерного анализа тектонически нарушенного структурно-неоднородного породного массива / Геотехническая механика. Днепр: ИГТМ НАНУ, 2012. № 104. С. 94-109.
11. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механика подземных сооружений и конструкций крепей. М. : Недра, 1984. 415 с.
12. Усаченко, Б.М. Свойства пород и устойчивость горных выработок. Киев : Наук. думка, 1979. 136 с.
13. Усаченко Б.М., Кириченко В.Я., Шмиголь А.В. Охрана подготовительных выработок глубоких горизонтов шахт Западного Донбасса. М. : ЦНИЭИуголь, 1992. 168 с.
14. Турчанинов И.А., Иосиф М.А., Каспарьян Э.В. Основы механики горных пород. Л. : Недра, 1989. 488 с.
15. Справочник по разработке крутых и крутонаклонных угольных пластов Донбасса / под общ. ред. Гребенкина С.С., Иванова И.Ф. Донецк: РВА ДонНТУ, 2003. 320 с.
16. Кирничанский Г.Т. Исследование и разработка методов определения свойств горных пород и математического моделирования как основа прогнозирования устойчивости выработок : дис… канд. техн. наук / Спец. 01.02.07. Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 1979. 204 с.
17. Практический опыт повышения эффективности угледобычи и безопасности труда в сложных горно-геологических условиях / Слащев И.Н. и др. Научный вестник НГУ. Днепропетровск: РИК НГУ, 2009. № 11. С. 20-25.
18. Промышленные испытания новых способов и средств повышения несущей способности анкерных систем в неустойчивых породах / Слащев И.Н. и др. Сб. науч. трудов НГУ. Днепропетровск: РИК НГУ, 2010. № 35. Том 1. С. 111-120.
19. Буровий постав для нарізки шпура: пат. № 49822 UA / О.А. Цікра та ін. № 12377; заявл. 30.09.2009 ; опубл. 11.05.2010, Бюл. № 9.
20. Спосіб закріплення анкера у породах гірничої виробки: пат. № 58761 UA / О.А. Цікра та ін. № 11401; заявл. 24.09.2010; опубл. 26.04.2011, Бюл. № 8.
21. Булат А.Ф., Слащев И.Н., Слащева Е.А. Комплексирование методов оценки геомеханических и газодинамических процессов в породном массиве для систем контроля производственной среды шахт / Геотехническая механика. Днепр: ИГТМ НАНУ, 2017. № 134. С. 3-21.
22. Слащев И.Н. Особенности геомеханического и радиометрического контроля безопасности производственной среды шахт. Sciences of Europe. 2019. 37(1). 47-53.
Об авторах:
Булат Анатолий Федорович, академик Национальной академии наук Украины, доктор технических наук, профессор, директор института, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАНУ), Днепр, Украина, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
Слащев Игорь Николаевич, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, старший научный сотрудник отдела Проблем разработки месторождений на больших глубинах, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАНУ), Днепр, Украина, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
Слащева Елена Анатольевна, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, старший научный сотрудник в отделе Проблем разработки месторождений на больших глубинах, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАН Украины), Днепр, Украина, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
Макеев Сергей Юрьевич, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, старший научный сотрудник в отделе Проблем разработки месторождений на больших глубинах, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАН Украины), Днепр, Украина, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
Рыжов Геннадий Александрович, младший научный сотрудник в отделе Проблем разработки месторождений на больших глубинах, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАН Украины), Днепр, Украина, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.