УДК 004.9

Опыт построения 3D геомеханической модели доманиковых отложений с учетом особенностей месторождений Республики Башкортостан

Атласов Айвар Марселевич – студент магистратуры Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Исхакова Альфия Альбертовна – студент магистратуры Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Аннотация: Процесс бурения в нетрадиционных переслаивающихся отложениях сопровождается большим количеством осложнений. С целью их предотвращения выполняется построение геомеханических моделей. В данной работе представлены результаты трехмерного геомеханического моделирования доманиковых отложений с учетом особенностей месторождений Республики Башкортостан.

Ключевые слова: нефтегазоматеринская порода, доманиковые отложения, осложнения при бурении, геомеханическая модель, гидроразрыв пласта.

1. Геологическая часть

 «Доманиковая толща» это высокоуглеродистая тонкослоистая карбонатно-кремнистая формация последовательного непрерывного осадконакопления в условиях относительного прогибания бассейна осадконакопления с повышенным содержанием органического вещества [1]. Доманиковые отложения относятся к нефтегазоматеринским породам.

Под «доманиковыми отложениями» мы понимаем не только отложения семилукского (доманикового) горизонта, но также отложения определенной формации, включающей стратиграфический диапазон от подошвы саргаевского горизонта до кровли турнейского яруса. В литологическом плане доманиковая толща представлена кремнисто-карбонатными породами, с содержанием глинистых минералов не более (1 – 2)%.

В доманиковых отложениях основным оптимальным типом заканчивания является бурение скважин с горизонтальным окончанием с проведением многостадийного гидроразрыва пласта. В связи со сложным строением и низкими значениями ФЕС данных толщ возникают риски проведения неуспешных операций ГРП, обусловленные неоптимально спроектированным дизайном трещины. Продуктивность скважин в нетрадиционных коллекторах коррелирует с качеством дизайна ГРП, определяемым значениями геомеханических упруго-прочностных свойств пород, вложенными в модель.

Процесс бурения скважин и проведения ГРП подразумевает активное разрушение горных пород, обладающих своими геомеханическими свойствами [2]. Следовательно, предотвращение возможных осложнений предполагает недостаточность знаний только о геологическом строении пластов. Таким образом, для минимизации рисков обрушений и поглощений и для построения оптимального дизайна ГРП необходимо проектировать данные процессы принимая во внимание геомеханические свойства.

2. Методика и результаты трехмерного геомеханического моделирования

2.1. Создание вмещающей среды

Процедура построения структурной модели практически полностью идентична построению аналогичной модели для подсчета запасов или гидродинамического моделирования.

С целью построения сетки для геомеханического моделирования использовался ячеистый каркас существующей геологической модели. Однако переданная модель включает в себя только Саргайский горизонт. Для того чтобы построить обобщенные для всего разреза кубы механических свойств в переданный структурный каркас добавлены дополнительные структурные зоны: доманиковый горизонт – турнейского ярус, а также нижележащий кыновский горизонт.

Финальный структурный каркас 3D геомеханической модели включает в себя 8 горизонтов от кровли турнейского яруса нижнего карбона (горизонт C1t) до кровли кыновского горизонта верхнего девона (горизонт D3_kn). При построении соответствующих структурных поверхностей учтены все имеющиеся данные – маркера пластов и структурные карты по данным 3D сейсморазведки.

В структурный каркас включены 10 скважин (97, 811, 130, 630, 101, 190, 45, 5053, 910, 49). На основе построенного структурного каркаса рассчитан куб зон 3D геомеханической модели, который используется в дальнейшем для расчета геомеханических параметров для различных групп пластов (рисунки 1-3).

 

Рисунок 1. Разрез 3D геомеханической модели с обозначением включенных в структурный каркас групп пластов.

Рисунок 2. Куб зон 3D геомеханической модели доманиковых отложений в республике Башкортостан.

Рисунок 3. Карта расположения опорных скважин 3D геомеханической модели.

Размерность сетки по латерали составляет 250х250 м (1190 ячеек по I и 1183 ячеек по J).

В пределах стратиграфических зон, полученных на этапе построения структурного каркаса, проведена разбивка 3D сетки на слои по вертикали с параметрами, представленными в таблице 1. Вследствие конформного залегания пластов выбран пропорциональный тип разбивки.

Таблица 1. Параметры разбиения 3D сетки по вертикали.

Зона	Тип нарезки	Число слоев
C1t	Пропорциональная	264
D3_fm3	Пропорциональная	112
D3_fm2	Пропорциональная	134
D3_fm1	Пропорциональная	203
D3_fr3	Пропорциональная	182
D3md	Пропорциональная	36
D3dm	Пропорциональная	48
D3_sr	Пропорциональная	8

Итоговая размерность сетки составляет 1190х1183х987 ячеек (всего 1389468990 ячеек).

В качестве рекомендации для последующих работ можно предложить уменьшить число слоев в турнейском ярусе, что может значительно уменьшить размер 3D геомеханической модели с сохранением удовлетворительного качества перенесения кривых геомеханических свойств на 3D сетку.

2.2. Результаты трехмерного геомеханического моделирования

По итогу были построены кубы плотностей бурового раствора, прогнозирующие осложнения при бурении и по которым можно оптимизировать дизайны ГРП (рисунки 4-7). Kick density представляет из себя плотность бурового раствора, при котором возможен ГНВП. Loss density – это плотность бурового раствора, превышение которого провоцирует образование техногенных трещин по стволу скважины, с последующим поглощением технических жидкостей.

Рисунки 4. Разрез параметра плотности бурового раствора Kick density.

Рисунки 5. Куб плотности бурового раствора Kick density.

Рисунки 6. Разрез параметра плотности бурового раствора Loss density.

Рисунки 7. Куб плотности бурового раствора Loss density.

Заключение

В доманиковых отложениях в отличие от традиционных объектов, где выделяются нефтенасыщенные проницаемые интервалы, объектами подсчета запасов являются нефтенасыщенные породы, в которых нефть находится в рассеянном состоянии и петрофизические свойства которых позволяют получать промышленные притоки нефти, в основном, после проведения гидроразрыва и других методов стимуляции притоков. Этот факт требует формирования рекомендаций для минимизации осложнений при бурении скважины, а также оптимального расчёта дизайна ГРП на основе 1D и 3D геомеханического моделирования.

Построенная 3D геомеханическая модель в последующем позволит выбрать оптимальный сценарий бурения и позволяет сократить существенные расходы на ликвидацию последствий осложнений и аварий при бурении. Также полноценная трехмерная геомеханическая модель позволит оптимизировать дизайны ГРП за счет понимания ориентации и контраста напряжений в пласте.

Для повышения достоверности геомеханического моделирования и моделей ГРП требуется дальнейшее их насыщение полными и корректными данными.

Список литературы

1. Доманиковые отложения Волго-Уральского бассейна – типы разреза, условия формирования и перспективы нефтегазоносности/ А. В. Ступакова, Калмыков Г.А. [и др.] // Георесурсы. – 2017. – спецвыпуск. ч. 1. – С. 112-124.
2. Economides, M. J. Reservoir Stimulation / M. J. Economides. – 3 edition. –John Wiley & Sons, 2000.
3. Zoback M. Reservoir Geomechanics. – Cambridge: Cambridge University Press, 2007.