Влияние анизотропии на упругие свойства горной породы

С ростом интереса к трудно извлекаемым запасам углеводородов возникает необходимость повышения детальности моделирования массива горных пород и пласта коллектора. Учёт механической анизотропии среды, в частности вызванной прослаиванием тонких пропластков, позволит получить более полную картину о напряжённо-деформированном состоянии как самого пласта коллектора, так и барьеров/ перемычек, что в свою очередь открывает дополнительные возможности для оптимизации процессов разработки месторождений, оптимизации и повышения эффективности ГРП, а также бурения скважин. В рамках настоящей работы описана технология проведения лабораторных исследований кернового материала для изучения анизотропии упругих свойств. На основании результатов которых были получены корреляционные зависимости для упругих характеристик пород Сортымской, Баженовской и Абалакской свит. На примере одного из месторождений Западной Сибири демонстрируются результаты построения двух видов гемеханических моделей (изотропной и анизотропной). По результатам сопоставления значений «минимального горизонтального напряжения» и «градиента начала поглощений» показано, что анизотропия упругих свойств оказывает существенное влияние на напряженно-деформированное состояние массива горных пород. Использование изотропных моделей для анизотропных сред приводит к существенному занижению горизонтальных напряжений/градиентов начала поглощений, что в свою очередь, не позволяет раскрыть потенциал ГРП, а также выбрать оптимальный интервал глубин спуска обсадных колон, что критически важно, при бурении скважин в условиях АВПД. Полученные зависимости могут быть использованы в качестве априорной информации при построении геомеханических моделей указанных объектов на территории Западной Сибири.

1. Thiercelin M. J., Plumb R. A. Core-based prediction of lithologic stress contrasts in East Texas formations // Society of Petroleum Engineers. 1994. No. 9 (4). P. 251–258. https://doi.org/10.2118/21847-PA

2. Knorr A. F. The Effect of Rock Properties on Fracture Conductivity in the Eagle Ford and Fayetteville shales. Texas A & M University, 2016. 124 p.

3. Tsuneyama F., Mavko G. Velocity anisotropy estimation for brine-saturated sandstone and shale // The Leading Edge. 2005. No. 24. P. 882–888. https://doi.org/10.1190/1.2056371

4. Vernik L., Liu X. Velocity anisotropy in shales // A petrophyscial study: Geophysics. 1997. No. 62. P. 521–532. https://doi.org/10.1190/1.1444162

5. Higgins S., Goodwin S., Donald A., Bratton T., Tracy G. Anisotropic stress models improve completion design in the Baxter shale // Society of Petroleum Engineers. 2008. No. 62. P. 2–10. https://doi.org/10.2118/115736-MS

6. Pavlyukov N., Pavlov V., Samoilov M., Prokhorov A., Korolev A., Yagudin R., Kamionko M., Aleksandrov A., and Danil S. TIV-Anisotropy in Geomechanical Modeling for Planning of Hydraulic Fracturing at the Kharampurskoye Field // SPE Russian Petroleum Technology Conference. 2020. P. 12–21. https://doi.org/10.2118/202049-MS

7. Crawford B., Liang Y., Gaillot P., Amalokwu K., Wu X., Valdez R Determining Static Elastic Anisotropy in Shales from Sidewall Cores: Impact on Stress Prediction and Hydraulic Fracture Modeling // Unconventional Resources Technology Conference (URTeC). 2020. P. 1–8 https://doi.org/10.15530/urtec-2020-2206

8. Higgins S., Goodwin S., Donald A., Bratton T., Tracy G. Anisotropic Stress Models Improve Completion Design in the Baxter Shale // Proceedings – SPE Annual Technical Conference and Exhibition. 2008. P. 2–10. https://doi.org/10.2118/115736-MS

9. Close D., Cho D., Horn F., Edmundson H. The sound of sonic: a historical perspective and introduction to acoustic logging // CSEG Recorder. 2009. No. 34 (5). P. 34–43. URL: https://csegrecorder.com/articles/view/the-sound-of-sonic-a-historical-perspective-and-intro-to-acoustic-logging (accessed: 19. 08. 2024).

10. ГОСТ 21153.0. Породы горные. Отбор проб и общие требования и методам физических испытаний. М.: Издательство стандартов. 1982. C. 3–5.

11. Moore D. E., Lockner D. A. Crystallographic controls on the frictional behavior of dry and water-saturated sheet structure minerals // Journal of Geophysical Research. 2004. No. 109 (3). P. 1–16. https://doi.org/10.1029/2003JB002582

12. McPhee C., Reed J., Zubizarreta I. Core analysis: a best practice guide. Elsevier. 2015. 829 p.

13. Павлов в. а., Кулешов в. с., Кудымов а. Ю., Якубовский А. С., Субботин м. д., Пташный а. в., Абзгильдин р. р., Максимов е. в. Влияние природы насыщающего агента на упруго-прочностные свойства пород газовых месторождений // Экспозиция Нефть Газ. 2021. № 1. с. 11–16. https://doi.org/10.24412/2076-6785-2021-1-11-16

14. Sone H., Zoback M. Mechanical properties of shale-gas reservoir rocks – Part 1: Static and dynamic elastic properties and anisotropy // Geophysics. 2013. Vol. 78. P. 381–392. https://doi.org/10.1190/geo2013-0050.1