Модели

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В ТОЛЩЕ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД

Многолетний опыт «Sigra» по измерению напряжений в осадочных горизонтах однозначно показал, что ее модель тектонических деформаций описывает напряженное состояние в 70% случаев; остальные случаи считаются сложными из-за активного сбросообразования, несогласий или смещения пласта без разрыва сплошности.

Тектоническая деформация представляет собой поперечную деформацию, которую испытывает серия пластов.

Ее находят путем измерения напряжения на разной глубине в серии, а затем вычитанием из этого значения поперечного напряжения, которое было бы вызвано собственным весом расположенной выше толщи пород в условиях нулевой поперечной деформации. Эта величина представляет собой функцию породной массы и коэффициента Пуассона.

Остаточное горизонтальное напряжение – это напряжение, вызванное воздействиями тектонических структур. Их значения меняются в зависимости от жесткости рассматриваемой породы. В целом было установлено, что тектоническая деформация является одинаковой или монотонно изменяется по всей серии пластов.

Эта концепция отражена на рис. 1.

Рис. 1. Концептуальная модель, демонстрирующая равномерно изменяющуюся наибольшую и наименьшую тектоническую деформацию, вызывающую переменные в широком диапазоне наибольшие и наименьшие горизонтальные напряжения в зависимости от жесткости породы.

Небольшие значения тектонической деформации зачастую отражают локальные структуры, например, сбросообразование и смещение пласта без разрыва сплошности, и не могут отражать воздействий тектонических плит.

РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РЕГИОНАЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

Несколько раз компании «Sigra» приходилось создавать модели распределения региональных напряжений на основе данных из многочисленных источников, включая информацию от фирменного аппарата IST и измерения напряжения по кернам колонкового бурения, испытаний гидроразрывом и кавернообразования. Расшифровку этих данных осуществляли с помощью модели тектонической деформации, которая оказалась подходящей в большинстве случаев.

Однако в некоторых случаях модель тектонической деформации осложняется сбросообразованием. В этих случаях «Sigra» использовала сейсмические данные для исследования режима сбросообразования и для расшифровки изменений режима напряжений на региональной основе.

«Sigra» может сравнивать эти расшифровки с численными моделями, которые могут учитывать сбросы и нагружение под действием гравитации, после чего происходит воздействие характерных тектонических деформаций. Также можно моделировать динамический режим разгружения в результате эрозии.

ТРАЕКТОРИЯ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ОТВОДЕ ФЛЮИДА

Состояние эффективного напряжения в продуктивном пласте имеет огромное значение в том случае, если проницаемость пласта чувствительна к напряжению. Как правило, чем ниже проницаемость пласта, тем более он чувствителен к изменениям эффективного напряжения.

Это особенно касается угольных месторождений, где увеличение эффективного напряжения на 3 МПа (435 фунтов на кв.дюйм) может привести к падению проницаемости на порядок.

Отведение флюида из продуктивного пласта немедленно влечет за собой увеличение эффективного напряжения. Если речь идет об угле и других карбонатных породах-коллекторах, наблюдается другой эффект. При выделении газа из угля последний обычно сжимается, что приводит к уменьшению напряжения. Два этих эффекта противодействуют друг другу.

Понятие траектории напряжения используют для описания изменений эффективного напряжения при отводе флюида.

«Sigra» моделирует траекторию напряжения, используя следующие вводные параметры:

  • Результаты измерений начального напряжения на основе следующих данных:
    • определение тектонических деформаций по итогам полевых измерений напряжения + модуля упругости + коэффициента Пуассона
    • полевые исследования гидроразрывов
  • механические свойства
    • график зависимости модуля упругости от эффективного напряжения
    • коэффициент Пуассона
    • сжатие при десорбции газа
  • абсорбционные свойства
    • пластовое давление
    • давление сорбции газа/ газоносость
    • изотерма сорбции

На основе этой информации «Sigra» создает графики изменений эффективного напряжения, которых можно ожидать при снижении давления флюида. Пример такого графика приводится ниже на рис. 1.

Рис. 1. Пример изменений эффективного напряжения пласта в режиме сильного сжатия; жесткий уголь, сорбция при 2,9 МПа. Две верхних кривых (красная и синяя) характеризуют диапазон большей горизонтальной проницаемости, в то время как две нижние кривые (черная и розовая) обозначают диапазон меньшей проницаемости.

НАПРЯЖЕНИЕ В СКВАЖИНЕ

«Sigra» моделирует влияния эффективного напряжения на устойчивость ствола скважины. Эту модель можно использовать для того, чтобы выяснить, будет ли скважина разрушаться во время бурения или эксплуатации. Ее также можно использовать при расшифровке поля напряжений на основе информации о кавернообразовании в скважине.

Уровень модели, которую «Sigra» может использовать для этой цели, варьируется от простейшей аналитической модели напряжения вокруг круглого отверстия в упругой среде, до модели, в полном объеме учитывающий характеристики зависимости деформации от напряжения в пласте в поступругом диапазоне. Последняя модель редко оказывается оправданной на практике.

МОДЕЛИ УСТОЙЧИВОСТИ СКЛОНОВ

Для оценки большинства склонов «Sigra» использует модели предельных состояний. Было установлено, что они позволяют находить правильные решения, и что дополнительные усилия по проведению анализа методом конечных элементов редко бывают оправданы.

Двухмерная модель предельных состояний уклона грунта основана на решении Янбу (устойчивость откосов).

Ее подкрепляет трехмерная версия, особенно полезная при определении зон потенциального разрушения, которым требуется уделить больше внимания.

Эту версию можно использовать как неотъемлемую часть модели грунтовых вод компании «Sigra» для учета притоков на склоне.

Для расчета запаса прочности склона в режиме реального времени эту модель можно применять самостоятельно или вместе с вводными данными для грунтовой воды в режиме реального времени.

Кроме того, у «Sigra» есть модели призмы и плоскости обрушения для использования на склонах пород.

И, наконец, компания разработала модель для определения расстояния между субгоризонтальными стоками в склоне.

Моделирование разработок

«Sigra» предлагает пакет решений по методу конечных элементов, который позволяет моделировать последовательную выемку породы. Главный принцип моделей «Sigra» заключается в правильном распределении начальных напряжений, в основе которого положено формирование осадочных пород под действием гравитационных сил с последующими тектоническими деформациями.