РЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ФИЛЬТРАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСИТКИ ПОРОД-КОЛЛЕКТОРОВ ПОДЗЕМНЫХ ХРАНИЛИЩ ГАЗА В УСЛОВИЯХ НЕРАВНОКОМПОНЕНТОГО ТРЕХОСНОГО НАГРУЖЕНИЯ
Автор: Валерий Владимирович Химуля
Организация: Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН
Рис. 1. Испытательная система трехосного независимого нагружения (ИСТНН)
В России функционирует не имеющая аналогов в мире Единая система газоснабжения, неотъемлемой частью которой является система подземных хранилищ газа. Исключительная важность подземных хранилищ газа (ПХГ) в России обусловлена преимущественно климатическими особенностями и большой протяженностью территорий страны, которая усложняет транспортировку газа до конечного потребителя. На сегодняшний день наибольшее количество ПХГ создается в истощенных газовых, газонефтяных или газоконденсатных месторождениях, либо в водоносных пластах. Однако при любой конструкции ПХГ его безопасное и эффективное функционирование требует постоянного контроля, а также поддержания правильного режима эксплуатации.
Изменение напряженного состояния в породах-коллекторах при циклических операциях на скважине ПХГ может напрямую влиять на их проницаемость [1]. Снижение проницаемости даже в небольшой окрестности скважины значительно уменьшает ее производительность. Это снижение может также быть связано с эксплуатацией скважины – периодической закачкой больших объемов газа, в котором содержатся твердые частицы и капли масла.
Для существенного увеличения проницаемости пород призабойной зоны скважины одним из наиболее перспективных способов является созданный в ИПМех РАН метод направленной разгрузки пласта. В его основе лежит использование огромной упругой энергии, запасенной в массиве горных пород за счет веса вышележащих пород и пластового давления [2]. Использование метода на месторождениях ПХГ имеет ряд отличительных особенностей по сравнению с его применением на обычных нефтегазовых месторождениях. Это связано с циклическим изменением пластового давления месторождения в ходе его эксплуатации.
В работе проведено физическое моделирование процессов деформирования и фильтрации в породах пластов ПХГ в условиях реально возникающих на стенках скважины напряженных состояний при реализации метода направленной разгрузки пласта. Исследование было проведено на установке истинно трехосного независимого нагружения в Институте проблем механики РАН (рис.1). Данный испытательный стенд позволяет нагружать кубические образцы горных пород независимо по каждой из трех осей и регистрировать изменение проницаемости в ходе эксперимента [2].
Для каждого исследованного образца пород-коллекторов были составлены и реализованы программы нагружения на основе методов теории упругости. В рамках работы получены кривые деформирования, исследованы зависимости от времени деформаций пород в условиях сложного трехосного нагружения, установлены реологические и фильтрационные характеристики пород и их зависимости от напряжений. Результаты экспериментов свидетельствуют о том, что имеется реальная возможность повышения проницаемости пород-коллекторов ПХГ методом направленной разгрузки пласта за счет создания в окрестности скважин напряжений необходимого уровня.
1. Голодковская Г.А., Калиниченко И.В., Филимонов Ю.Л., Хлопцов В.Г. Изменение деформационных и емкостно-фильтрационных свойств песчано-алевритовых пород при эксплуатации подземных хранилищ газа // Вестник Московского университета. Серия 4. Геология. 2008. №3.
2. Karev V., Kovalenko Y., Ustinov K. Advances in Oil and Gas Exploration and Production. Switzerland: Springer International Publishing, 2020.
