Применение геомеханического моделирования для расчета устойчивости ствола скважины
Пишу с телефона, поэтому извиняюсь за возможные ошибки в тексте.
Наиболее распространенным применением геомеханического моделирования является построение модели устойчивости ствола скважины (УСС). Давайте посмотрим что это такое, как это рассчитывается, какой софт используется и зачем это нужно.
1Д геомеханическое моделирование и модель УСС
УСС позволяет подобрать оптимальные веса бурового раствора (БР). Следствием этого являтся рекомендации по конструкции скважины, глубины посадки БК, оптимального интервала зарезки (в случае БГС). Согласно модели УСС подбирается растворная программа, что влияет на итоговую стоимость скважины.
Модель УСС позволяет выделить интервалы несовместимого бурения и разделить их различными секциями колонны. Расчеты также показывает интервалы, где следует ожидать потенциального обрушения стенок скважины (при текущей плотности БР), следствием которого являются затяжки, посадки и прихваты при бурении, а также интервалы вероятных поглощений при бурении. Для минимизации вышеуказанных рисков согласно модели УСС инженером выдаются рекоммендации, где указывается, в каком интервале и какую плотность необходимо держать.
Результаты 1Д геомеханического моделирования довольно успешно используются при уточнении дизайна ГРП (ведь у нас есть непрерывный профиль упруго-прочностных свойств!).
Ниже пример модели устойчивости ствола скважины (взято из интернета):
УСС (взято с http://ntc.gazprom-neft.ru/research-and-development/papers/9474/)
Модель УСС это крайний правый трек. Темно-синяя ломаная линия - рекомендованная плотность БР. Красная кривая с желтой заливкой - градиент обрушений. В случае, если плотность БР будет ниже этого значения, произойдет обрушение ствола скважины. Светло-синий цвет - градиет начала поглощений. Темно-синий - градиент разрыва породы.
Программное обеспечение для 1Д геомеханического моделирования
В данный момент зачастую используется Techlog 2016-2017. Надо понимать, что расчет можно сделать и в Excel, но работа в техлоге достаточно удобна и позволяет сократить время на рутинные операции.
В России ведется разработка "нашего" ПО различными компаниями, однако пока что функционал программ ограничен, а его использование, скажем так, не удобно (ИМХО). Крупные компании всеми руками радуют за разработку отечественного ПО, просто потому что текущая стоимость лицензий очень высока. Пара компаний (не буду указывать название) достаточно далеко продвинулась в разработке ПО для 1Д моделирования (расчета УСС), 3Д моделирование пока отстает.
Какие данные необходимы для 1Д геомеханического моделирования
Каротажи. Конкретно необходимы плотностной каротаж, акустический каротаж ( продольная волна и обязательно! поперечная), ГК (для привязки), каверномер(нужен для калибровки,но не обязателен).
Вот это минимальный набор данных. Конечно, поперечную волну можно восстановить по зависимостям с других каротажей (продольная волна, плотность ), нейронным сетям, картам таро, и тп, однако это вносит существенные погрешности.
Далее. Для калибровки модели необходимы данные по минимальному горизонтальному напряжению. На практике этими данными являются давление закрытия трещины мини-ГРП ( на забое), LOT (leak-off test).
Поровое давление берется из данных с ГДМ, однако она далеко не всегда есть, и, зачастую есть необходимость в MDT тесте, где мы можем получить значение давления в виде точек по стволу скважины, на которые мы калибруем
Также необходима информация по направлению главных напряжений. Её можно получить из кросс-дипольной акустики, имеджеров (при условии невысокого зенитного угла).
Направление главных напряжений очень важно, так как устойчивость ствола скважины зависит от азимута бурения (его взаимного отношения к осям главных напряжений). Направление главных напряжений также можно взять из данных микросейсмических исследований, если таковые есть. Но здесь необходимо внимательно их проинспектировать. Далее кратко порядок расчета:
Используя плотностной и акустический каротажи производится расчет упруго-прочностных параметров, таких как модуль Юнга(динамический), коэффициент Пуассона (динамический), далее проводится расчет кривой прочности на одноосное сжатие (UCS) и растяжение(TSTR) , угола внутреннего трения(FANG). Затем считаем поровое давление, вертикальное напряжение, минимальное горизонтальное напряжение, максимальное горизонтальное напряжение. И в конце делаем расчет УСС. Это вкратце.
Для расчета УСС необходимы статические модули Юнга и Пуассона, которые определяются по керну. Сопостовляя динамические свойства со статическими, делается зависимость, зачастую линейная. Зависимость коэффициента пуассона статического от динамического зачастую имеет плохой коэффициент корреляции, поэтому зачастую коэффициенты приравнивают,однако это не всегда корректно. По керну также определяются UCS и TSTR. Замеры в виде точек. Рассчитанную кривую калибруем на эти точки. В идеале нужен скретчер, который дает непрерывный профиль UCS.
Рассчитанную кривую минимального горизонтального стресса калибруем на замеры давления закрытия МИНИ-ГРП или LOT.
Ниже пример 1Д геомеханической модели:
1Д геомеханическая модель (взято с http://ntc.gazprom-neft.ru/research-and-development/papers/9474/)
Отдельным вопросом идет определение режима напряжений: сброс, сдвиг или взброс, постараюсь освятить этот вопрос позже и в отдельном посте.
В общем, вуаля, и у вас есть 1Д геомеханическая модель и также модель устойчивости ствола скважины.
