Геомеханика Реферат 25.11.22. Реферат По дисциплине Геомеханика нефтяных пластов и газовых залежей Геодинамические процессы, сопровождающие разработку месторождений углеводородов
 Скачать 210.29 Kb.
|
|
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ» (РУДН) Инженерная академия Департамент недропользования и нефтегазового дела Реферат По дисциплине: «Геомеханика нефтяных пластов и газовых залежей» «Геодинамические процессы, сопровождающие разработку месторождений углеводородов» Выполнил: Васильев Дмитрий Сергеевич ИНГбд-02-20 Принял: Есина Е.Н. Москва, 2022 ОглавлениеВведение…………………………………………………………………………3 Геодинамические процессы, сопровождающие разработку месторождений углеводородов………………………………………………………………..….4 Пример геодинамических процессов при разработке нефтегазовых месторождений в республике Татарстан……………………………………..10 Заключение……………………………………………………………………..12 Список использованных источников…………………………………………13 Введение Облик нашей планеты не является чем-то застывшим, раз и навсегда сформировавшимся. Благодаря разнообразным геодинамическим процессам происходит постоянное видоизменение земной коры и ее поверхности, создаются условия для возникновения новых горных пород и разрушения уже существующих. Эти процессы делят на две большие группы — эндогенные (внутренние) и экзогенные (внешние). Геодинамические процессы тесно связаны в пространстве и во времени, а само их взаимодействие имеет сложный и во многом противоречивый характер. Разработка нефтяных и газовых месторождений и связанные с ними изменения пластового давления, различные виды воздействия на залежь нарушают природное напряженно-деформированное состояние недр, создавая предпосылки для возникновения сильных и порой катастрофических природно-техногенных явлений. Прогнозирование этих событий и снижение масштабов их последствий является весьма актуальной проблемой. В этой связи в последнее время значительное развитие получили исследования в области механики горных пород при разведке и добыче углеводородов. При этом основное внимание уделяется таким проблемам, как прогноз и мониторинг деформаций земной поверхности, техногенных сейсмических явлений, снижение фильтрационно-емкостных свойств при уплотнении коллекторов и падение продуктивности скважин, устойчивость и разрушение поверхностных нефтепромысловых систем и скважин, гидроразрыв пласта, разрушение призабойной зоны пласта. Геодинамические процессы, сопровождающие разработку месторождений углеводородов Механика горных пород на протяжении двух прошедших десятилетий являлась весьма важной темой исследований в нефтяной зарубежной промышленности. На это указывают серьезные исследования в данном направлении специалистов фирмы «Шлюмберже», проведение нескольких европейских и мировых конгрессов по проблемам механики горных пород при нефте- и газодобыче. Тематика исследований чрезвычайно широка, так как практически все аспекты разведки и добычи углеводородного сырья касаются данной области знаний. Вместе с тем основное внимание уделяется таким проблемам, как прогноз и мониторинг деформаций земной поверхности и техногенных сейсмических явлений, снижение фильтрационно-емкостных свойств при уплотнении коллекторов и падение продуктивности скважин, устойчивость и разрушение поверхностных нефтепромысловых систем и скважин, гидроразрыв пласта, разрушение призабойной зоны пласта. Разработка нефтяных и газовых месторождений и связанные с ними изменения пластового давления, различные виды воздействия на залежь для поддержания пластового давления и повышения нефтеотдачи нарушают природное напряженно-деформированное состояние недр, создавая предпосылки для возникновения сильных и даже катастрофических природно-техногенных явлений, которые приводят к деформациям горного массива и земной поверхности, повреждениям и авариям систем и объектов обустройства, а также скважин и коммуникаций. При изучении геомеханических параметров продуктивных объектов на образцах керна, добываемых из скважин на глубинах 4 км и более, необходимо учитывать многочисленные эффекты, связанные с разгрузкой образца от действующих высоких анизотропных напряжений, влияние высоких температур, насыщенность пористой среды и ряд других проблем. Дополнительные трудности вносят эффекты изменения свойств массива при его вскрытии под буровым раствором и извлечении флюида. Безусловно, сильные (в ряде случаев катастрофические) геодинамические и геомеханические события природно-техногенного происхождения на разрабатываемых месторождениях углеводородов и других природно-технических системах и объектах нефтегазового комплекса представляют сравнительно редкое явление, опасность которого не стоит преувеличивать, однако не стоит и недооценивать. Прогнозирование этих событий и снижение масштабов их последствий является актуальной проблемой, поскольку их возникновение может иметь катастрофические для предприятия и природной среды последствия. Деформации и оседания земной поверхности обнаруживаются чаще всего по достижении ими определенных опасных значений, а также по нарушениям подземных и поверхностных инженерных объектов, когда уже необходимо затратить значительные средства на восстановление поврежденных объектов. Начальные стадии этих процессов можно обнаружить только на основе специального маркшейдерско-геодезического мониторинга. Существующий опыт исследования и прогнозирования просадок земной поверхности свидетельствует о том, что сильные их проявления возможны в случае: • наличия АВПД и разработки продуктивных объектов без поддержания пластового давления; • низких прочностных и деформационных характеристик резервуара; • высокой пористости пород – коллекторов (до 30-40 %); • относительно небольшой глубины разрабатываемых залежей (до 2000 м); • значительной суммарной мощности продуктивных отложений. Для большинства месторождений скорости просадок составляют умеренные величины – 1-2 см/год, а суммарные (накопленные) величины просадок земной поверхности не превышают десятков сантиметров. Однако зафиксированный диапазон оседаний поверхности при разработке углеводородов весьма велик – наблюдаются оседания от нескольких миллиметров до нескольких метров. В связи с этим обстоятельством маркшейдерско-геодезический мониторинг и прогноз деформационных процессов при разработке месторождений углеводородов является обязательной нормой цивилизованной эксплуатации природных ресурсов. При извлечении флюида (воды, нефти или газа) известны многочисленные случаи сейсмических явлений. Механизмов данных явлений может быть несколько: выделение техногенной сейсмической энергии связано с высвобождением основной сейсмической энергии находящегося поблизости сейсмически активного региона (очага); диффузия напряжений, возбуждающих сейсмические события; локальная реакция типа гидроразрыва на закачивание жидкости; восстановление равновесия регионального масштаба, связанное с перемещением жидкости, активизация тектонически активных зон и нарушений. Среди специалистов существуют разные мнения о возможности прогноза природных землетрясений, которые меняются со временем. Однако совершенно определенно можно сказать, что к началу XXI в. ученые не решили эту фундаментальную для человечества проблему. Сложнее с прогнозом техногенных землетрясений, которые пока еще представляют единичные явления, появившиеся в последние три десятилетия. Еще не выяснен механизм этих явлений, условия их возникновения, зависимость от природных и технологических факторов. Вполне ясно, что на современном уровне знаний о техногенной геодинамике недр невозможно разработать какой-то метод, позволяющий прогнозировать место и время очередного техногенного землетрясения. По всей вероятности, в обозримом будущем можно будет лишь ответить на вопросы: возможны ли техногенные сейсмические явления при разработке конкретного месторождения и если да, то какой силы, и какой из механизмов присутствует при наведении техногенной сейсмоактивности. Однако, познав механизм данных явлений, можно проектировать превентивные меры, снижающие негативность их проявлений. Безусловно, что это одна из самых важных геодинамических проблем, стоящих перед специалистами нефтегазовой отрасли. Другой чрезвычайно важный аспект геомеханического поведения горных пород при освоении недр связан с их использованием для повышения эффективности добычи нефти и газа. В процессе эксплуатации добывающих скважин в результате образования воронки депрессии в прискважинной зоне пласта наблюдается значительное снижение пластового давления. По мере работы добывающих скважин происходит расширение воронки депрессии, которая может охватывать значительные по площади участки залежи. В результате этого коллекторы пласта, особенно в прискважинной зоне, начинают испытывать дополнительную вертикальную нагрузку, приводящую к деформации порового и трещинного пространства. При этом происходит как упругое, так и необратимое (пластическое) уменьшение емкостных и фильтрационных свойств пород. Наличие необратимой деформации коллекторов обнаружено на многих месторождениях мира, где в процессе их разработки наблюдалось значительное снижение пластового давления. При этом было выявлено, что величина необратимой деформации коллекторов определяется не только падением пластового давления, но также палеоглубиной залегания пласта, литологическим типом пород и длительностью воздействия дополнительных нагрузок на продуктивные отложения. На примере месторождений Западной Сибири установлено, что необратимая деформация коллекторов приводит не только к замедлению темпов отбора нефти, но и к снижению нефтеотдачи пластов. Проявление необратимой деформации коллекторов на месторождениях Западной Сибири, по мнению специалистов, привело к потере десятков миллионов тонн извлекаемых запасов нефти. Особую чувствительность к действующим нагрузкам испытывают коллекторы трещинного и трещинно-порового типов, которыми представлены глубокозалегающие продуктивные объекты. Для них характерно сравнительно быстрое и равномерное снижение пластового давления при использовании редкой сетки разведочных скважин, непредсказуемая динамика обводненности скважин, существенно неравномерная продуктивность скважин. Все эти явления связаны с механическими особенностями поведения под нагрузкой трещиноватых пород – коллекторов. К сожалению, на современном этапе проектирования вскрытия и разработки продуктивных объектов трещинно-поровых и даже чисто поровых коллекторов особенности их поведения под нагрузкой учитываются весьма слабо. Особенности учета деформирования пористых консолидированных и, тем более, деформируемых трещиноватых сред практически не учитываются в гидродинамическом моделировании и создании технологических схем разработки месторождений. Познание механических процессов, происходящих в недрах, может помочь в определении мест заложения новых скважин и плотности сетки скважин. Устойчивость скважин при их строительстве и в процессе последующей эксплуатации – традиционная проблема механики горных пород. Точные аналитические решения механики горных пород не потеряли своей актуальности, но с появлением численных методов стали вытесняться из инженерной практики. При большом разнообразии строения и свойств горных пород, которые пересекает ствол скважины в процессе ее проходки, последующего крепления и работы чрезвычайно трудно разработать модель, которая могла бы описать напряженно-деформированное состояние вскрытых разновидностей горных пород и использовать ее в качестве основы проекта. Такая модель должна быть достаточно простой, чтобы разработанные на ее основе методы исследований устойчивости и разрушения горных пород можно было применять с уверенностью и без чрезмерных затрат труда. В связи с этим одно из центральных мест в механике горных пород при разработке месторождений углеводородов занимает создание модели деформирования горного массива. Создание модели деформирования горного массива применительно к разработке углеводородов является более сложной проблемой, чем решение аналогичной проблемы при разработке твердых полезных ископаемых, строительстве подземных сооружений или возведении высотных плотин. В данном случае исследователь если и проникает в недра Земли, то это проникновение определяется всего лишь диаметром скважины Все остальные возможности познания массива пород (геофизические и др.) несут косвенную, требующую умелой интерпретации, информацию. Дополнительные сложности вносят эффекты консолидации массива при его вскрытии и извлечении флюида, термические напряжения, а также, чаще всего, полная неопределенность с исходным полем напряжений. Знание исходного тензора напряжений, его ориентации и величины, имеет фундаментальное значение в нефтяной промышленности, так как этот параметр влияет на многие аспекты разведки и разработки углеводородов. Достаточно отметить, что трещина ГРП растет в направлении наибольшего сжатия, следовательно, зная направление максимального главного напряжения и его величину, можно более эффективно проектировать и выполнять ГРП. Овализация ствола скважины, ее разрушение является также следствием действия высоких анизотропных напряжений. Явления разрушения призабойной зоны, или пескопроявления, наносящие большой ущерб оборудованию нефте- и газопромыслов, также являются следствием действия природного поля напряжений, при этом, естественно, накладываются эффекты консолидации коллекторов, слабость их прочностных свойств. Изучение физико-механических и компрессионных свойств продуктивных объектов – чрезвычайно сложный раздел механики горных пород. Как учесть при определении геомеханических параметров продуктивных объектов на образцах керна, добываемого из скважин на глубинах 4 км и более многочисленные эффекты, связанные с разгрузкой образца от действующих высоких, чаще всего анизотропных напряжений, анизотропию свойств самого образца, влияние высоких температур, насыщенность пористой среды и целый ряд еще не менее значимых проблем? В связи с этим параметрическое обеспечение самых оригинальных численных моделей деформирования горного массива чаще всего становится непреодолимой преградой при практической реализации этих моделей. В этих условиях исследователь вынужден использовать иногда наиболее простые модели и подбирать входящие в них коэффициенты на основе эмпирических знаний. Однако использование простых моделей (например, в оценке устойчивости ствола скважины в процессе бурения) не позволяет выявить истинные сложные механизмы деформирования пород. [1] Пример геодинамических процессов при разработке нефтегазовых месторождений в республике Татарстан С конца XX века и по настоящее время наиболее целенаправленно исследованиями вопросов антропогенной тектоники занимаются в Татарстане на Ромашкинском нефтяном месторождении. Причиной проявления геодинамических исследований стали частые разрывы трубопроводов, аварии в местах нефтедобычи и периодические землетрясения. В 1982 г. на территории месторождения были установлены сейсмические станции, которые в период с 1982 по 2000 гг. зарегистрировали 700 землетрясений мощностью 4—6 баллов, а в 1991 г. — 7 баллов (Мирзоев и др., 2001). Землетрясение мощностью 5 баллов произошло в районе г. Альметьевск 29 мая 2008 г. Установлено, что все землетрясения имеют техногенную природу.[2]  Рис. 1 Движения земной поверхности на разрабатываемых месторождениях в Татарстане Кроме геодезических измерений, в пределах Ромашкинского месторождения нефти проводили и гравитационные исследования, которые показали изменение величин силы тяжести на одних и тех же участках в различное время. Выявлено, что первоначальное значение силы тяжести уменьшается, а затем возрастает, или возрастание силы тяжести сменяется резким падением  Рис.2 – Изменение силы тяжести вдоль профиля «Север-Юг» в пределах Ромашкинского месторождения В настоящее время активизируются карстовые процессы, возникают провалы. Крупный провал возник в 2013 г. Диаметр провала более 10 м, глубина превышает 15 м. Кроме этого, на территории Туймазинского нефтяного месторождения в 2011 г. было землетрясение мощностью 4 балла. Следовательно, изучаемая территория является зоной активного воздействия антропогенной тектоники.[2] Заключение Сложность изложенных проблем определяется недостаточной разработкой теоретических и методических основ процессов деформирования горных пород, а также количеством накопленной информации, многовариантностью получаемых решений и сложностью происходящих в недрах процессов. Определенные трудности в реализации задач связаны также с нестабильностью финансирования, в результате чего большой объем исследований остается незавершенным и теряется значительная часть необходимой информации. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ Геомеханические и геодинамические проблемы, сопровождающие разработку месторождений углеводородов: статья /Ю.А.Кашинников, С.Г.Ашихмин, С.В.Гладышев, С.Н.Попов. – Пермь: ПГТУ, 2010. – 153-157 с. Южное Предуралье, география, геология, тектоника, / Монография / Г.Т.-Г.Турикешев, Г.А.Данукалова, Ш.-И.Б.Кутушев. – Москва. 2016. -257с |