Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В соответствии с заявленным в проекте планом работы на 2022 год были выполнены следующие исследования: - разработан способ геомеханического моделирования процессов деформирования, разрушения и фильтрации в пластах-коллекторах подземных хранилищ газа с целью обоснования рациональных и безопасных режимов работы эксплуатационных скважин. Способ основан на анализе изменений напряженного состояния в пласте-коллекторе, происходящих при эксплуатации подземного хранилища газа, и испытаниях образцов пород на установке истинно трехосного независимого нагружения ИСТНН, созданной в ИПМех РАН. В опытах в образцах создаются реальные напряженные состояния, возникающие в пласте при закачке и отборе газа; - при испытаниях на установке ИСТНН образцов слабосцементированных песчаников обнаружена прочностная анизотропия нетипичного вида, проявляющаяся в монотонном уменьшении прочности с уменьшением угла между максимальными сжимающими напряжениями и плоскостью залегания породы. Анизотропия данного вида способна вызывать вывалы в скважинах под действием равнокомпонентного поля напряжений в массиве. Наличие прочностной анизотропии, особенно данного типа, необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации скважин ПХГ с целью снижения риска разрушения и предотвращения или минимизации пескопроявлений, вызванных разрушением породы; - важным результатом, полученным на основании развитого геомеханического подхода, стало понимание механизма изменения действующих в пластах-объектах хранения газа напряжений от горного давления по мере отбора или закачки газа, а также зависимости их величины от уровня пластового давления. Показано, что на вид и уровень природного напряженного состояния, действующего в пласте в целом, основное влияние оказывает изменение пластового давления в процессе закачки/отбора газа; - показано, что на возникающие в окрестности скважин ПХГ напряжения основное влияние также оказывает изменение пластового давления в залежи в целом, особенно на стадии максимального отбора; - выполнены расчеты изменения действующих в пластах-объектах хранения газа напряжений от горного давления по мере отбора и закачки газа как для равнокомпонентного природного напряженного состояния в пласте, так и для неравнокомпонентного; - показано, что наличие в пласте неравнокомпонентного исходного поля напряжений приводит к существенной зависимости напряжений, действующих в окрестности горизонтальных скважин от их направления относительно главных горизонтальных напряжений; - разработаны программы физического моделирования на установке истинно трехосного независимого нагружения ИСТНН деформационных процессов, возникающих в окрестности вертикальных и горизонтальных скважин ПХГ как вследствие создания на их забое депрессий и репрессий, так и вследствие изменения природного напряженного состояния в глубине массива при закачке/отборе газа. Программы составлены как для равнокомпонентного природного напряженного состояния в пласте, так и для неравнокомпонентного; - составлены программы нагружения образцов для условий Кущевского, Касимовского, Увязовского, Карашурского и Арбузовского ПХГ. При испытании образцов по разработанным программам моделируются деформационные процессы и процессы разрушения, протекающие в пластах при закачках и отборах газа, что позволяет минимизировать риски возникновения пескопроявлений при эксплуатации скважин ПХГ;

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В соответствии с заявленным в проекте планом работы на 2023 год были выполнены следующие исследования: Разработана методика проведения на уникальной научной установке Института проблем механики РАН Испытательной системе трехосного независимого нагружения (ИСТНН) экспериментальных исследований по физическому моделированию процессов деформирования, разрушения и фильтрации, возникающих в окрестности скважин ПХГ, с учетом циклического изменения пластового давления при закачках и отборе газа. Методика используется для экспериментального определения на установке ИСТНН параметров геомеханической модели, необходимой для оптимизации эксплуатационных режимов скважин ПХГ, минимизации рисков разрушения породы в ПЗП и пескопроявлений. Методика включает определение путем трехосных испытаний на ИСТНН констант, характеризующих упругопластическое деформирование и фильтрационные свойства пород-коллекторов пластов-объектов хранения газа. Также в методику входит физическое моделирование на ИСТНН процессов деформирования разрушения и фильтрации в исследуемых породах при проведении различных технологических операций по строительству, эксплуатации и ремонту скважин ПХГ. На модельных образцах горных пород на установке ИСТНН проведена отладка разработанных программ нагружения и методики проведения экспериментов, учитывающих наличие в пласте неравномерного исходного поля напряжений, а также направление проводки скважины относительно главных природных напряжений. Опыты были проведены по следующим программам нагружения образцов: - программа нагружения для вертикальной скважины; - программа нагружения для горизонтальной скважины, пробуренной вдоль максимального горизонтального напряжения; - программа нагружения для горизонтальной скважины, пробуренной вдоль минимального горизонтального напряжения; С использованием разработанных программ нагружения и методики проведения экспериментов на установке ИСТНН на образцах породы из коллекторов Арбузовского и Увязовского ПХГ были смоделированы процессы деформирования и фильтрации при закачке и отборе газа в окрестности горизонтальных скважин. Основное внимание при этом уделено физическому моделированию напряженно-деформированных состояний, возникающих в окрестности горизонтальных скважин ПХГ с учетом их направленности относительно начальных главных напряжений от горного давления. Во всех опытах, кроме одного, моделировалась боковая точка на контуре горизонтальной скважины, как наиболее опасная с точки зрения разрушения. При этом направление проводки горизонтальной скважины выбиралось, как совпадающее с максимальным горизонтальным напряжением, так и с минимальным. На основе геомеханического моделирования и результатов экспериментальных исследований развит геомеханический подход к разработке рекомендаций по обеспечению оптимальной работы ПХГ, устойчивости породы в ПЗП на протяжении эксплуатации ПХГ, максимальным допустимым депрессиям и дебитам скважин и предотвращению выноса песка на исследуемом объекте ПХГ. Важной отличительной особенностью развитого геомеханического подхода является учет зависимости фильтрационных характеристик пород-коллекторов от возникающих в них напряжений. Данные зависимости определяются экспериментально при физическом моделировании на установке ИСТНН реальных деформационных процессов в окрестности скважин ПХГ при закачке/отборе газа. На основе геомеханического подхода и выполненного моделирования на установке ИСТНН процессов деформирования и фильтрации при закачке и отборе газа выявлены основные деформационные и прочностные параметры, экспериментальное определение которых необходимо для последующего математического моделирования исследуемых процессов. К требованиям к составу исходной геомеханической и фильтрационной информации для наполнения моделей следует отнести следующие. - На основе экспериментальных исследований должны быть установлены тип и степень анизотропии механических и фильтрационных свойств исследуемых пород. При наличии деформационной анизотропии трансверсального типа – определение пяти постоянных из достаточного числа независимых опытов. При наличии фильтрационной анизотропии - экспериментальное определение зависимости проницаемости от интенсивности напряжений для двух взаимно перпендикулярных направлений (в плоскости напластования и по нормали к ней). - Поскольку любая модель является лишь приближением к реальности, параметры модели, определяемые в различных типах экспериментов, могут отличаться. Поэтому предпочтительно использовать значения параметров, полученных в условиях, наиболее близких к реальным, т.е. тех, для которых будет проводиться математическое моделирование. В большинстве случаев данные условия соответствуют трехосному неравнокомпонентному напряженному состоянию. В созданной геомеханической модели учтена анизотропия природных напряжений и направление проводки горизонтальных скважин относительно главных осей исходного поля природных напряжений. С этой целью проведены испытания образцов пород-коллекторов исследуемых ПХГ по программам нагружения, моделирующим деформационные процессы в окрестности скважин ПХГ при циклическом изменении пластового давления, учитывающие направление проводки горизонтальных скважин относительно главных природных напряжений. В развитой геомеханической модели учтена зависимость фильтрационных характеристик пород-коллекторов от возникающих в них напряжений. Данные зависимости были определены экспериментально при физическом моделировании на установке ИСТНН реальных деформационных процессов в окрестности скважин ПХГ при закачке/отборе газа с использованием изложенной выше методики изучения влияния возникающих в породах-коллекторах напряжений на их проницаемость.