Магистерская диссертация на тему "ТЮМГУ | Влияние смены насыщения горной породы на процесс бурения и эксплуатации скважин слабоконсолидированных коллекторов "

Работа на тему: Влияние смены насыщения горной породы на процесс бурения и эксплуатации скважин слабоконсолидированных коллекторов
Оценка: хорошо.
Оригинальность работы на момент публикации 50+% на антиплагиат.ру.
Ниже прилагаю все данные для покупки.
https://studentu24.ru/list/suppliers/Anastasiya1---1326

Описание работы

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Кафедра прикладной и технической физики

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
магистерская диссертация
ВЛИЯНИЕ СМЕНЫ НАСЫЩЕНИЯ ГОРНОЙ ПОРОДЫ НА ПРОЦЕСС БУРЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН СЛАБОКОНСОЛИДИРОВАННЫХ
КОЛЛЕКТОРОВ

16.04.0l Техническая физика Магистерская программа «Физика недр»

Тюмень 2023

Оглавление
1. ВВЕДЕНИЕ 3
1.1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 7
1.2 АКУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ 16
1.3 РАСЧЕТ ПЕСКОПРОЯВЛЕНИЯ 20
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 22
2.1 КРАТКАЯ ЛИТОЛОГО-ФИЗИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА 27
2.2. РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 27
2.2.1 ОДНООСНОЕ СЖАТИЕ 27
2.2.2 ОДНООСНОЕ РАСТЯЖЕНИЕ 28
2.2.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕФОРМАЦИОННО-ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ ПОРОД ПРИ ОБЪЕМНОМ СЖАТИИ МЕТОДОМ ТОЛСТОСТЕННОГО ЦИЛИНДРА В УСЛОВИЯХ МОДЕЛИРУЮЩИХ ПЛАСТОВЫЕ 29
2.2.4 СТРЕСС-ТЕСТЫ 33
3. 1-D ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ 35
3.1 ГРАФ ПОСТРОЕНИЯ 1-D ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ 35
3.2 РАСЧЕТ БЕЗОПАСНОЙ ДЕПРЕССИИ 46
4. ВЫВОДЫ 49
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 50
6. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 51

1. ВВЕДЕНИЕ
Известно, что разработка нефтяных и газовых месторождений сопровождается изменением целого ряда природных физических свойств пород- коллекторов. Например, при снижении пластового давления в околоскважинной зоне пласта, так и в продуктивной толще в целом и целом происходят существенные нарушения микроструктуры коллектора - изменение его фильтрационно-емкостных свойств, упругих и прочностных характеристик. При разработке нефтяных месторождений в процессе нагнетания воды возникают разнообразные химические реакции, приводящие к выпадению или растворению солей, выщелачиванию пород-коллекторов, набуханию и диспергированию глинистых минералов в зонах проникновения нагнетаемого флюида. Вода может существенно влиять на механические свойства горных пород, особенно осадочных пород, содержащих глинистые минералы, такие как песчаник и сланец. Снижение прочности и деформируемости горных пород с увеличением содержания воды стало одной из привлекательных проблем для исследователей. Многочисленные экспериментальные исследования показывают, что снижение прочности и модуля упругости горных пород зависит не только от содержания воды, но и от других внутренних и внешних факторов. Внутренние факторы включают в себя пористость, плотность, скорость деформации, поверхностное натяжение и диэлектрическую проницаемость насыщающей жидкости, процент поглощения и давление всасывания, который также играют значительную роль. Ослабляющее воздействие воды на горные породы всегда было главной темой исследований из-за высокой практической ценности. Обзор далее показывает, что содержание воды является наиболее значительным, но не единственным фактором, приводящим к снижению прочности и упругости породы. Влияние содержания воды, как правило, более выражено в осадочных породах, чем в магматических и метаморфических породах.
Одной из главных проблем при этом являются негативные эффекты, проявляющиеся в значительных объемах выноса твердых частиц, снижении
проницаемости с изменением напряженного состояния и образованием кинжальных прорывов. Образование кинжального прорыва в условиях слабосцементированного коллектора, насыщенного высоковязкой нефтью, вероятнее всего, связано с воздействием комплекса факторов, в числе которых изменение упруго-прочностных свойств пород ввиду смены насыщающего флюида и распределение напряжений в межскважинной области.
Одним из продуктивных методов наблюдения за напряженно- деформированным состоянием горных пород является Акустическая эмиссия. Акустическая эмиссия - техническая диагностика, основанная на явлении возникновения и распространения упругих колебаний (акустических волн) в различных процессах, например, при деформации напряжённого материала
Рис. 1. Принцип диагностики трещин с помощью акустической эмиссии
Растущий интерес к разработке нетрадиционных месторождений углеводородов только повышает важность такого рода исследований. Мониторинг акустической эмиссии образцов под нагрузкой позволяет оценить параметры образовавшихся трещин. Проведение физического моделирования разрушения образца под нагрузкой или при гидроразрыве пласта необходимо не только для получения механических параметров породы, но и для понимания процесса образования и распространения трещин в образце.
В разработке месторождений высоковязкой нефти со слабосцементированными коллекторами, геомеханическое моделирование имеет важное значение для оптимизации процесса добычи и минимизации негативных эффектов. Среди этих эффектов могут быть образование кинжальных прорывов, осыпание ствола скважины, изменение фильтрационных свойств и другие. В слабосцементированных коллекторах, которые характеризуются пониженными прочностными свойствами, изучение этих процессов особенно важно.
Геомеханическое моделирование позволяет оценить поведение горной породы в процессе добычи и предсказать возможные негативные последствия. Оно помогает определить оптимальные параметры добычи, учитывая свойства горной породы и условия скважин. Это позволяет уменьшить вероятность образования кинжальных прорывов, предотвратить осыпание ствола скважины и снизить риск изменения фильтрационных свойств. Прогнозирование образования зон разрушения пород вследствие ослабления их свойств позволит значительно расширить область применения геомеханики для проектирования разработки объектов, в первую очередь представленных слабосцементированными породами.
Однако, в настоящее время существующие методики и нормативные документы для изучения свойств горных пород не учитывают влияние механических и химических эффектов на изменение фильтрационно-емкостных и физико-механических свойств пород-коллекторов в достаточной мере. Изучение физико-химического взаимодействия сменяющихся жидкостей с породой производится в условиях, которые не учитывают влияние переменных эффективных напряжений, а также без адекватной привязки к механическим свойствам образцов. Изучение деформационных и прочностных свойств пород производится без учета физико-химического взаимодействия фильтрующихся жидкостей с породами.
Поэтому для оценки влияния механико-химических явлений на фильтрационно-емкостные свойства и физико-механические свойства пород- коллекторов в процессе разработки месторождений нефти и газа необходимо проведение их изучения в лабораторных условиях с последующим переходом на
геомеханическое моделирование. Такой подход позволит получить более точные данные и более точно оценить риски
Основная идея работы заключается в комплексном исследовании лабораторных тестов и геомеханического моделирования.
Цель: Определение оптимальных параметров эксплуатации скважины при изменении типа насыщающего флюида на основе проведения специализированных лабораторных исследований керна и геомеханического моделирования
Задачи:
- изучить влияние типа насыщающего флюида (нефть, модель пластовой воды, полимер-полиакриламид) на упруго-прочностные свойства схожих по литологий и ФЕС горных пород путем проведения лабораторных исследований на керне;
- на основе геомеханического моделирования определить оптимальные режимы эксплуатации скважины при заданных геолого-технических условиях с учетом риска пескопроявления;
- оценить воздействие смены насыщающего флюида на определение предельно допустимой депрессии слабоконсолидированной горной породы.
Описанные задачи по прогнозированию устойчивости ствола скважины и сохранению целостности являются актуальными и важными в настоящее время. Они особенно важны в свете увеличивающегося интереса к добыче углеводородных ресурсов и необходимости обеспечения безопасности при эксплуатации скважин. Кроме того, риск выноса твердой фазы также является актуальной проблемой в процессе эксплуатации скважин, так как это может привести к серьезным последствиям для окружающей среды. Поэтому в настоящее время исследования в области прогнозирования устойчивости ствола скважин, сохранения целостности и управления рисками выноса твердой фазы являются актуальными и получают широкую поддержку научных и технических сообществ.

5. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Brandt Н. A study of the speed of sound in porous granular media // J. Appl. Mech., 1955. V. 22. No. 4. P. 479- 486.
2. Fait J. Compressibility of sandstones at low to moderate pressures // BAAPG, V. 42. No. 8.// Semantic Scholar
3. Wong LNY, Maruvanchery V, Liu G. Water effects on rock strength and stiffness degradation. Acta Geotech 2016; 11:713–37.
4. Iverson RM. Landslide triggering by rain infiltration. Water Resour Res 2000;36:1897
5. Bai H, Ma D, Chen Z. Mechanical behavior of groundwater seepage in karst collapse pillars. Eng Geol 2013;164:101–6.
6. Wu F, Qi S, Lan H. Mechanism of uplift deformation of the dam foundation of Jiangya water power station, Hunan Province, P.R. China. Hydrogeol J 2005. Springer link.
7. Hawkins AB, McConnell BJ. Sensitivity of sandstone strength and deformability to changes in moisture content. Q J Eng Geol Hydrogeol 1992;25:115–
30. sci-hub.
8. Erguler ZA, Ulusay R. Water-induced variations in mechanical properties of clay-bearing rocks. Int J Rock Mech Min Sci 2009;46:355–70. Sciencedirect.
9. Han G. Rock stability under different fluid flow conditions. Doctoral dissertation. University of Waterloo; 2003. Uwspace. =1
10. Bazvant ZP, Prat PC. Effect of temperature and humidity on fracture energy of concrete. ACI Mater J 1988:262–71. [21] Haberfield CM, Johnston IW. Determination of the fracture toughness of a saturated soft rock. Can Geotech J 1990;27:276–84.
11. Zilong Zhoua , Xin Caia , Dan Maa,? , Wenzhuo Caob , Lu Chena,c , Jing Zhou. Effects of water content on fracture and mechanical behavior of sandstone with a low clay mineral content.
12. Hawkins, A.B.; McConnell, B.J. Sensitivity of sandstone strength and deformability to changes in moisture content. Q. J. Eng. Geol. Hydrogeol. 1992, 25, 115–130. [CrossRef].
13. Water-induced variations in mechanical properties of clay-bearing rocks.
Z.A. Erguler a , R. Ulusay b. ScienceDirect.
14. Jiang, Q.; Cui, J.; Feng, X.; Jiang, Y. Application of computerized tomographic scanning to the study of water-induced weakening of mudstone. Bull. Eng. Geol. Environ. 2014, 73, 1293–1301. [CrossRef]. SpringerLink.
15. Dyke, C.G.; Dobereiner, L. Evaluating the strength and deformability of sandstones. Q. J. Eng. Geol. Hydrogeol. 1991, 24, 123–134. [CrossRef]. Sci-hub.
16. Va?n Eeckhout EM. The mechanisms of strength reduction due to moisture in coal mine shales. Int J Rock Mech Min Sci 1976;13:61–7. ScienceDirect.
17. Water-Weakening Effects on the Mechanical Behavior of Different Rock Types: Phenomena and Mechanisms. 2019. Xin Cai 1 , Zilong Zhou 1,2,*, Kewei Liu 1,*, Xueming Du 1,3,* and Haizhi Zang 4.
18. Dube AK, Singh B (1972) Effect of humidity on tensile strength of sandstone. J Mines Metals Fuels 20(1):8–10.
19. Lin ML, Jeng FS, Tsai LS, Huang TH (2005) Wetting weakening of tertiary sandstones—microscopic mechanism. Environ Geol 48(2):265–275. Link.springer.
20. Kessler D, Insley H, Sligh W (1940) Physical, mineralogical and durability studies on the building and monumental granites of theUnited States. J Res Natl Bur Stand 24:161–206.
21. Ruiz MD (1966) Some technological of twenty-six characteristics Brazilian rock types. In: Proceedings of the 1st congress of the International Society of Rock Mechanics. Lisbon. Onepetro.
22. Hadizadeh J, Law RD (1991) Water-weakening of sandstone and quartzite deformed at various stress and strain rates. Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 28(5):431–439. Sciencedirect.
23. Gajic? V, Matovic? V, Vasic? N, Srec?kovic?-Batoc?anin D (2011) Petrophysical and mechanical properties of the Struganik limestone (Vardar Zone, western Serbia). Geolos?ki anali Balkanskoga poluostrva 72:87–100. Researchgate.
24. Vutukuri VS (1974) The effect of liquids on the tensile strength of limestone. Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 11(1):27–29. Sciencedirect.
25. Va?sa?rhelyi B (2005) Statistical analysis of the influence of water content on the strength of the miocene limestone. Rock Mech Rock Eng 38(1):69–76. Researchgate.
26. Podio AL, Gregory AR, Gray KE (1968) Dynamic properties of dry- and water-saturated Green River shale under stress. Soc Pet Eng J 8(4):1389–1404. Onepetro.
27. On the Tensile Strength of Granite at High Strain Rates considering the Influence from Preexisting Cracks. Mahdi Saadati,1,2 Pascal Forquin,3Kenneth Weddfelt,2and Per-Lennart Larsson. Department of Solid Mechanics, KTH Royal Institute of Technology, 10044 Stockholm, Sweden2Atlas Copco, 70225 ?Orebro, Sweden33SR Laboratory, Grenoble-Alpes University, 38041 Grenoble, France. 2016
28. Grgic D, Giot R, Homand F, Giraud A (2005) Effect of suction on the mechanical behaviour of iron ore rock. Int J Numer Anal Methods Geomech 29(8):789–827. Researchgate.
29. Estimation of Influence of Geomechanical Effects on Change of Formation Reservoir Properties In Conditions of Slightly Cemented Reservoir. Wang B, Li X, Yin T, Ma C, Yin Z, Li Z (2010) Spilt Hopkinson pressure bar (SHPB) experiments on dynamic strength of watersaturated sandstone. Chin J Rock Mech Eng
29(5):7. ScienceDirect.
30. Vaziri H., Barree B., Xiao Yu., Palmer Ian, Kutas M. What is the magic of water in producing sand? Texas, San Antonio, 2002, September, Paper presented at the SPE annual technical conference and exhibition, SPE-77683-MS. (In Eng). Onepetro.
31. Selection of Sand Control Completion Techniques Using Machine Learning. H. Laoufi; Z. Megherbi; N. Zeraibi; A. Merzoug; A. Ladmia. Onepetro.
32. Geomechanical Modeling for Sand Production Prediction. Hossein Rahmati,1Mahshid Jafarpour,1Saman Azadbakht,1Alireza Nouri,1Hans Vaziri,2Dave Chan,1and Yuxing Xiao. Department of Civil and Environmental Engineering, University of Alberta, Edmonton, AB, Canada T6G 2W22BP America Inc., Houston, TX 77079, USA. Researchgate. 2014.
33. Prediction of Sand Production from Oil2017 and Gas Reservoirs in the Niger Delta Using Support Vector Machines SVMs: A Binary Classification Approach. July 2017. Oladipo Olatunji. Michael Oluwadamilola Obolo.
34. Павлов В.А., Павлюков Н.А., Субботин М.Д., Коваленко А.П., Янтудин А.Н., Абдуллин В.С., Шехонин Р.С., Головизнин А.Ю. Обоснование режимов эксплуатации скважин сеноманской газовой залежи Харампурского месторождения по результатам геомеханического моделирования // Экспозиция Нефть Газ. 2021. № 2. С. 41–46. DOI: 10.24412/2076-6785-2021-2-41-46
35. Карманский А.Т. Экспериментальное обоснование прочности и разрушения насыщенных осадочных горных пород. Докт. техн. наук. СПб.: Санкт-Петербургский горный университет, 2010. 275 с. 3. Dissercat.
37. P?rikryl, R.; Lokaji?cek, T.; Li, C.; Rudajev, V. Acoustic Emission Characteristics and Failure of Uniaxially Stressed Granitic Rocks: The Effect of Rock Fabric. Rock Mech. Rock Eng. 2003, 36, 255–270. [CrossRef]. LinkSpringer.
38. Оглезнева Л.А., А.Н. Калиниченко АКУСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ Часть II. // ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
39. Zhibo Zhang, Xianan Liu, Yinghua Zhang, Xuanye Qin, Majid Khan. Comparative study on fracture characteristics of coal and rock samples based on acoustic emission technology // [sciencedirect].
40. W. Jiong, Z. Wancheng, and G. Kai, “An acoustic emission data-driven model to simulate rock failure process,” Rock Mechanics and Rock Engineering, vol. 53, no. 4, pp. 1605–1621, 2020. LinkSpringer.
41. Z. Dongxu, “Application of ultrasonic testing in rock test,” World Nonferrous Metals, vol. 24, no. 4, pp. 233-234, 2017. ResearchGate.
42. Structural Health Monitoring on Ships. Using Acoustic Emission Testing. Aikuo Lee, G. Wang, Sam Ternowchek, S. Botten. Semanticscholar.
43. Acoustic emission characteristics in hydraulic fracturing of stratified rocks: A laboratory study. Zhizhong Jiang a,b , Quangui Li a,b,c, ?, Qianting Hua,b , Yunpei Liang a,b , Yangcheng Xu a,b , Le Liu a,b , Xiaobing Wu a,b , Xuelong Li a,b,c
, Xiaoguang Wang a,b , Liangping Hu a,b , Faping Ling a,b. Powder Technology. 30 June 2020, Pages 267-276. h
S. Stanchits, and G. Dresen. GFZ German Research Centre for Geosciences, Telegrafenberg D423, 14473 Potsdam, Germany. Еpj-conferences.
45. Рамазанов Р.М. Spectral analysis of acoustic emission and ultrasonic transmission data during rock fracture. РГУ.
46. New model or predicting the rate of sand production. S. M. Willson; Z. A. Moschovidis; J. R. Cameron; I. D. Palmer. Paper presented at the SPE/ISRM Rock Mechanics Conference, Irving, Texas, October 2002.Paper Number: SPE-78168-MS. doi.org/10.2118/78168-MS
47. The relative importance of drawdown and depletion in sanding wells: models compared with data from the statfjord field MM. Hettema, Marc; Andrews, Jamie; Papamichos, Euripides; Blaasmo, Marit (2006). [Society of Petroleum Engineers International Symposium and Exhibition on Formation Damage Control - (2006.02.15-2006.02.17)] Proceedings of International Symposium and Exhibition on Formation Damage Control - The Relative Importance of Drawdown and Depletion in Sanding Wells: Predictive Models Compared With Data From the Statfjord Field.–. doi:10.2523/97794-ms