Арктические месторождения газа часто сложены слабыми песчаниками, которые легко разрушаются при добыче, добавили в РНФ. Когда из скважины отбирают газ, давление в продуктивном пласте месторождения оказывается выше, чем внутри скважины. За счет этой разницы газ поступает в скважину, но одновременно возрастают напряжения, действующие на ее стенках. В результате происходит разрушение породы и вынос образовавшегося песка и обломков в скважину. Это приводит к авариям, износу оборудования и к необходимости очистки газа от примесей.
До сих пор точно предсказать, при каких нагрузках начинается разрушение, было сложно. Чтобы решить эту проблему, сотрудники Института проблем механики имени А.Ю. Ишлинского РАН (ИПМех РАН) воспроизвели в лаборатории точную геометрию напряжений, которые возникают на стенках газовых скважин. Для этого они исследовали образцы пород-песчаников из месторождения в российской Арктике с помощью нескольких методов.
Они установили, что из пласта выносятся не только отдельные зерна (около 0,08 миллиметров), но и фрагменты породы размером до 0,35 миллиметров. На основе этих данных ученые подобрали оптимальный размер набивки фильтров, которые устанавливаются внутри скважины, чтобы надежно удерживать как отдельные зерна, так и более крупные обломки породы.
Как создаются цифровые двойники коллектора. Источник: Валерий Химуля
Полученные с помощью высокоразрешающего микротомографа 3D-двойники образцов позволили ученым увидеть внутреннюю структуру породы и узнать, из каких частиц она сложена. Физическое моделирование позволило определить величину безопасного перепада давлений, при котором стенки скважины еще сохраняют устойчивость.
Ученые ИПМех РАН описали, как ведет себя порода вокруг скважин. Разработанный ими подход позволяет на этапе проектирования предсказывать поведение пород в местах добычи газа, выбирать безопасные режимы их разработки и подбирать эффективные средства борьбы с выносом песка в скважины.
Изучение процессов разрушения на микротомографе. Источник: Валерий Химуля
Исследование вносит вклад в одну из ключевых проблем разработки арктических месторождений — обеспечение устойчивости скважин и контроль выноса песка в «слабых» породах, отметил руководитель проекта, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), научный сотрудник лаборатории геомеханики ИПМех РАН Валерий Химуля.
«Полученные результаты помогут снизить риски аварий, связанных с обрушением стенок скважин и выходом из строя оборудования, что особенно важно для удаленных и труднодоступных объектов, где ремонт требует колоссальных затрат и времени. В рамках нового проекта РНФ мы приступили к развитию предложенного подхода, чтобы в дальнейшем обеспечить еще более точные научно обоснованные рекомендации для широкого спектра горно-геологических условий и режимов работы скважин», — заключил он.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering (ред. – Пресс-служба РНФ).
