scienceitНаука. Инновации. ТехнологииScience. Innovations. Technologies2308-4758North-Caucasus Federal University10.37493/2308-4758.2023.4.9scienceit-645Research ArticleРАЗРАБОТКА И ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ (технические науки)DEVELOPMENT AND OPERATION OF OIL AND GAS FIELDS (technical sciences)Методика расчета параметров механических свойств горных пород для моделирования гидроразрыва пластаMethod for Calculating Parameters of Mechanical Properties of Rocks for Simulation of Hydraulic FracturingКеримовА-Г. Г.KerimovA-G. G.

Керимов Абдул-Гапур Гусейнович, доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой нефтегазовой геофизики

Scopus ID: 56872657000

г. Ставрополь

Abdul-Gapur H. Kerimov, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Oil and Gas Geophysics

Scopus ID: 56872657000

Stavropol

akerimov@ncfu.ruКеримоваЕ. Г.KerimovaE. G.

Керимова Елизавета Гапуровна, ассистент кафедры нефтегазовой геофизики

Scopus ID: 57220025188

г. Ставрополь

Elizaveta G. Kerimova, Assistant, Department of Petroleum Geophysics

Scopus ID: 57220025188

Stavropol

elizavetakerimova11@gmail.comБекетовС. Б.BeketovS. B.

Бекетов Сергей Борисович, доктор технических наук, профессор кафедры нефтегазовой геофизики

Scopus ID: 56616900400

г. Ставрополь

Sergey B. Beketov, Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of Petroleum Geophysics

Scopus ID: 56616900400

Stavropol

bsb.gt.fin@rambler.ruГунькинаТ. А.GunkinaT. A.

Гунькина Татьяна Александровна, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений

Scopus ID: 57474914000

г. Ставрополь

Tatiana A. Gunkina, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Development and Operation of Oil and Gas Fields

Scopus ID: 57474914000

Stavropol

tgunkina@ncfu.ruКопченковВ. Г.KopchenkovV. G.

Копченков Вячеслав Григорьевич, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры технической эксплуатации автомобилей

Scopus ID: 6603271703

г. Ставрополь

Vyacheslav G. Kopchenkov, Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of Technical Operation of Automobiles

Scopus ID: 6603271703

Stavropol

vkopchenkov@ncfu.ruСеверо-Кавказский федеральный университетРоссияNorth-Caucasus Federal UniversityRussian Federation20232612202304199216Copyright © Керимов А.Г., Керимова Е.Г., Бекетов С.Б., Гунькина Т.А., Копченков В.Г., 20232023Керимов А.Г., Керимова Е.Г., Бекетов С.Б., Гунькина Т.А., Копченков В.Г.Kerimov A.G., Kerimova E.G., Beketov S.B., Gunkina T.A., Kopchenkov V.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://scienceit.elpub.ru/jour/article/view/645Введение

Введение. Отсутствие возможности точного прогноза градиента гидроразрыва пласта (ГРП) приводит порой к катастрофическим последствиям, например, к раскрытию естественных трещин не в запланированном объекте, вследствие чего возникали весьма дорогостоящие проблемы при строительстве скважины. Градиент гидроразрыва является чрезвычайно важным параметром, требующим учета при проектировании проводки скважины.

Материалы и методы исследований. Для моделирования ГРП часто используют лабораторные комплексы, где выполняются экспериментальные исследования образцов горных пород, отобранных в скважине.

В статье представляется схема для определения скорости распространения продольных и поперечных волн в лабораторных условиях с целью расчета коэффициента Пуассона.

Результаты исследований и их обсуждение. Система работает путем возбуждения ультразвуковой акустической волны в торце образца керна цилиндрической формы с последующей регистрацией времени прихода волн в окончание торца керна. Если известна длина образца керна, рассчитываются скорости продольной и поперечной волн.

Скорость равна отношению длины образца ко времени прихода волны в противоположный торец образца. Однако зачастую образцы керна, отобранные из скважины, в которой планируется выполнять ГРП, не всегда бывают представительными, часто на практике имеет место низкий процент отбора керна. В статье приводится методика расчета некоторых исходных параметров для моделирования гидроразрыва пласта, основанная на промыслово-геофизических данных. Расчет включает в себя применение комплексного анализа данных геофизических исследований скважин методом широкополосного акустического каротажа (АКШ) и результатов численных расчетов физико-механических свойств горных пород.

Выводы

Выводы. Получаемая информация позволяет оперативно и качественно выполнять необходимые расчет прочностных свойств стенок скважины, качественно выполнять ГРП, практически в масштабе реального времени определять характеристики упругой среды, а также проектировать другие технологические процессы с использованием фундаментальных законов подземной гидродинамики и анализа результатов геологопромысловых исследований. Следует отметить, что в случае отсутствия каротажного материала методом АКШ предлагается использовать данные стандартного акустического каротажа, выполнение которого регламентировано во всех скважинах при их строительстве, и посредствам его выполнять расчет скорости пробега поперечной волны основываясь на табличных значениях скоростей продольной и поперечной волн в горных породах.

Introduction

Introduction. The inability to accurately predict the hydraulic fracturing gradient (fracking) occasionally leads to catastrophic consequences, for example, to the disclosure of natural cracks in the object, which was not planned. It results in very expensive problems during the construction of the well. The hydraulic fracturing gradient is an extremely important parameter that needs to be taken into account when designing the well wiring.

Materials and research methods. To simulate hydraulic fracturing, laboratory complexes are often used, where experimental studies of rock samples taken in the well are carried out. The article presents a scheme for determining the propagation velocity of longitudinal and transverse waves in laboratory conditions in order to calculate the Poisson’s ratio.

Research results and their discussion. The system works by exciting an ultrasonic acoustic wave at the end of a cylindrical core sample, followed by recording the arrival times of waves at the end of the core end. Knowing the length of the core sample, the velocities of the longitudinal and transverse waves are calculated. The velocity is equal to the ratio of the length of the sample to the time of arrival of the wave at the opposite end of the sample. However, often core samples taken from the well in which it is planned to perform hydraulic fracturing are not always representative, often in practice there is a low percentage of core sampling. The article presents a method for calculating some initial parameters for modeling hydraulic fracturing, based on field and geophysical data. The calculation includes the application of a comprehensive analysis of the data of geophysical studies of wells by broadband acoustic logging and the results of numerical calculations of the physical and mechanical properties of rocks.

Conclusions

Conclusions. The information obtained allows one to quickly and efficiently perform the necessary calculation of the strength properties of the walls of the well, perform hydraulic fracturing efficiently, determine the characteristics of the elastic medium practically on a real-time scale, as well as design other technological processes using the fundamental laws of underground hydrodynamics and analysis of the results of geological and field studies. It should be noted that in the absence of logging material by the broadband acoustic logging method, it is proposed to use the data of standard acoustic logging, the implementation of which is regulated in all wells during their construction, and through it to calculate the speed of the transverse wave run based on tabular values of the velocities of longitudinal and transverse waves in rocks.

градиент давления гидроразрыва пластакоэффициент Пуассонаширокополосный акустический каротажhydraulic fracturing pressure gradientPoisson’s ratiobroadband acoustic loggingReferencesАлександров С.И., Бандов В.П., Гогоненков Г.Н. Контроль геометрии гидроразрыва пласта при помощи скважинного микросейсмического мониторинга / Технологические риски и факторы успеха // Геофизика. 2010. №1. С. 23–28.Alexandrov S.I., Bandov V.P., Gogonenkov G.N. Checking the geometry of hydraulic fracturing using a downhole microseismic Diptych. Technological risks and success factors. Geophysics. 2010. No. 1. P. 23–28 (In Russ.).Алексеенко О.П., Вайсман А.М. Развитие трещины гидроразрыва с постоянной скоростью // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1998. №4. С. 14–20, 122.Alekseenko O.P., Weissman A.M. Development of hydraulic fracturing cracks at a constant rate. Physical and technical problems of mineral development. 1998. No. 4. P. 14–20, 122 (In Russ.).Каневская Р.Д. Зарубежный и отечественный опыт применения гидроразрыва пласта. М.: ВНИИОЭНГ, 1998. 37 с.Kanevskaya R.D. Foreign and domestic experience in the use of hydraulic fracturing. M.: VNIIOENG, 1998. 37 p. (In Russ.).Каневская Р.Д. Математическое моделирование разработки месторождений нефти и газа с применением гидравлического разрыва пласта. М.: Недра, 1999. 212 с.Kanevskaya R.D. Development of mathematical modeling of an oil and gas birthplace using hydraulic fracturing. M.: Nedra, 1999. 212 p. (In Russ.).Кудинов В.И., Сучков Б.М. Интенсификация добычи вязкой нефти из карбонатных коллекторов. М.: Недра. 1994. С. 118–120, 132–134.Kudinov V.I., Suchkov B.M. Intensification of viscous oil production from carbonate reservoirs. M.: Nedra. 1994. P. 118–Нифантов В.И., Джафаров К.И., Середа Н.Е., Малышев С.В. Выбор технологии интенсификации притока газа // Материалы НТС «Проведение работ по капитальному ремонту скважин на объектах добычи ОАО «Газпром». М., 2007. С. 68–73., 132–134 (In Russ.).Огильви А. А. Основы инженерной геофизики. М.: Недра, 1990. 502 с.Nifantov V.I., Jafarov K.I., Sereda N.E., Malyshev S.V. Choice of technology for gas influx intensification. Materials of the Scientific and Technical Council “Carrying out work on major repairs of wells at production facilities of OJSC Gazprom.” M., 2007. P. 68–73 (In Russ.).Попов А.Н. Прочностные расчёты стенок скважины в пористых горных породах. Уфа: УГНТУ, 2001. 72 с.Ogilvy A.A. Fundamentals of engineering geophysics. M.: Nedra, 1990. 502 p. (In Russ.).Попов А.Н., Головкина Н.Н. Прочностные расчеты стенок скважины в пористых горных породах: учебное пособие для студентов вузов. Уфа: Изд. УГНТУ, 2001. 71 с.Popov A.N. Strength calculations of borehole walls in porous rocks. Ufa: UGNTU, 2001. 72 p. (In Russ.).Сова В.Э., Сова Э.В., Титоров М.Ю. Петрофизическая модель насыщения глинистых коллекторов Журавско-Воробьевской зоны нефтегазонакопления Ставропольского края // Нефтегазовое дело. Уфа: ФГБОУ ВО УГНТУ, 2016. Том 14. №3. С. 31–39.Popov A.N., Golovkin N.N. Strength calculations of borehole walls in porous rocks: Textbook for university students. Ufa: Publishing house USPTU, 2001. 71 p. (In Russ.).Шамов Н.А., Акчурин Х.И. Технология виброобработки как средство восстановления коллекторских свойств призабойной зоны пласта. // Геология, бурение, разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений. 2000. №8–9. С. 25–32.Sova, V.E., Sova E.V., Titorov M.Yu. Petrophysical model of saturation of clayey reservoirs of the Zhuravsko-Vorobevskaya oil and gas accumulation zone of the Stavropol Territory. Oil and Gas Business. Ufa: Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education USPTU, 2016. Vol. 14. No. 3. P. 31–39 (In Russ.).Экономидес М., Олини Р., Валько П. Унифицированный дизайн гидроразрыва пласта. От теории к практике. М.– Ижевск, Изд. «Институт компьютерных исследований», 2007. 236 с.Shamov N.A., Akchurin Kh.I. Vibration treatment technology as a means of restoring the reservoir properties of the nearwellbore formation zone. Geology, drilling, development and operation of gas and gas condensate fields. 2000. No. 8–9. P. 25–32 (In Russ.).Экономидис М., Олайни Р., Вальк П. Унифицированный дизайн гидроразрыва пласта. Алвин, шт. Техас, США, 2002. Пер. Углов. М., 2004. 194 с.Economides M., Olini R., Valko P. Unified design of hydraulic fracturing. From theory to practice. Moscow-Izhevsk, Publishing house. “Institute of Computer Research”, 2007. 236 p. (In Russ.).Anderson R.A., Ingram D.S., Zanier A.M. Determining fracture pressure gradients from well logs. J. Pet. Technol. 1973. No. 25 (11). 1259–1268. https://doi.org/10.2118/4135-paEconomidis M., Olaini R., Valko P. Unified design of hydraulic fracturing. Alvin, pc. Texas, USA, 2002. Trans. Uglov. M., 2004. 194 p. (In Russ.).Eaton B. A., Fracture gradient prediction and its application in oilfield operations. Journal of Petroleum Technology. 1969. No. 10. P. 1353–1360.Anderson R.A., Ingram D.S., Zanier A.M. Determining fracture pressure gradients from well logs. J. Pet. Technol. 1973, No. 25 (11): 1259–1268. doi:10.2118/4135-paEaton B.A., Fracture gradient prediction and its application in oilfield operations: Journal of Petroleum Technology, 1969, No. 10: 1353–1360.Eaton B.A., Fracture gradient prediction and its application in oilfield operations: Journal of Petroleum Technology, 1969, No. 10: 1353–1360.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.