Защита КР Чалбаш

1. ТЕМА КУРСОВОЙ РАБОТЫ «Проявление деформационных процессов при закачке теплоносителя»

РГУ НЕФТИ И ГАЗА (НИУ) ИМЕНИ И.М. ГУБКИНА
ТЕМА КУРСОВОЙ РАБОТЫ
«Проявление деформационных процессов
при закачке теплоносителя»
Выполнил:
Студент группы РС-21-10 Чалбаш А.А.
К защите:
Профессор кафедры РиЭНМ, д.т.н. Назарова Л.Н.

2. Актуальность и постановка проблемы

АКТУАЛЬНОСТЬ И ПОСТАНОВКА
ПРОБЛЕМЫ
Истощение традиционных запасов нефти приводит к активному вовлечению
трудноизвлекаемых запасов. Основную долю ТРИЗ составляют высоковязкие
нефти и природные битумы. Их эффективная разработка невозможна без
тепловых методов увеличения нефтеотдачи. Закачка теплоносителя является
мощным техногенным воздействием на пласт. Нарушается термобарическое и
геомеханическое равновесие, формировавшееся миллионы лет.
Проблема: Высокая эффективность тепловых методов сочетается с риском
развития необратимых деформационных процессов

3. Цель И задачи исследования

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Цель работы:
Систематизация и анализ деформационных процессов,
возникающих при закачке теплоносителя в пласт и
установление их зависимости от свойств углеводородной системы и
технологических параметров
Задачи исследования:
• Выполнить обзор технологий теплового воздействия
• Рассмотреть физические механизмы тепловых методов
• Выявить и классифицировать деформационные процессы
• Проанализировать критерии применимости тепловых методов
• Обобщить реальные промысловые примеры

4. Физические основы теплового воздействия на пласт

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕПЛОВОГО
ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЛАСТ
Снижение вязкости нефти
при нагреве
(основной механизм)
Термическое расширение
Испарение и перенос
нефти и пород
легких фракций при закачке
пара
Изменение смачиваемости
Улучшение относительных
и межфазного натяжения
фазовых проницаемостей
Следствие: Резкий рост подвижности нефти, но одновременное увеличение термических
напряжений в породе

5. Технологии закачки теплоносителя

ТЕХНОЛОГИИ ЗАКАЧКИ
ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ
Закачка горячей
воды:
Температура 150–200 °C
Технологическая простота
Более мягкое воздействие
на пласт
Ограниченная
эффективность и область
применения
Закачка пара:
Циклическая паровая обработка (CSS)
Непрерывная закачка пара
SAGD (гравитационное Особенность SAGD:
дренирование)
Максимальная тепловая
эффективность при
максимальных
геомеханических рисках

6. Критерии применимости и связь с деформациями

КРИТЕРИИ ПРИМЕНИМОСТИ И СВЯЗЬ
С ДЕФОРМАЦИЯМИ
Основные критерии:
Геомеханическая интерпретация:
Вязкость нефти (>100 мПа·с)
напряжений (расширение породы)
Глубина залегания (150–1500 м)
Толщина и однородность пласта
Пористость (>20%)
Нефтенасыщенность (>50%)
Высокие температуры → рост термических
Малые глубины → риск вспучивания поверхности,
гидроразрыв пласта. Большие глубины → проседание
Неоднородность → неравномерный прогрев
Высокая пористость → последующее уплотнение
пласта

7. Геомеханические основы деформаций

ГЕОМЕХАНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ДЕФОРМАЦИЙ
Пласт рассматривается как элемент геомеханической системы, находящейся в равновесии
Ключевое понятие — эффективное напряжение:
σ - горное давление или напряжение
Pp - поровое давление
α - коэффициент Био
σ’ - эффективное напряжение
Рост порового давления снижает эффективное напряжение
Нагрев вызывает термическое расширение породы
Ослабляется скелет породы и снижается его прочность
Результат: Переход пласта из устойчивого состояния в деформируемое

8. Классификация деформационных процессов

КЛАССИФИКАЦИЯ
ДЕФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ
Деформации,
вызванные
изменением
температуры:
Термическое
Деформации,
вызванные
изменением
порового давления:
растрескивание
Разрушение глинистого
Уплотнение карбонатов
Вспучиване пласта и
Растворение и
переосаждение цемента
поверхности
цемента
Химикотермические
деформации:
Уплотнение пласта и
проседание
Активизация
геологических
разломов
Набухание глин

9. Влияние литологии и анализ реальных случаев

ВЛИЯНИЕ ЛИТОЛОГИИ И АНАЛИЗ
РЕАЛЬНЫХ СЛУЧАЕВ
Песчаники:
Разрушение цемента → добыча песка
Обрушение прискважинной зоны
Реальные примеры:
Уилмингтон (США) —
проседание поверхности (9 метров)
Карбонаты:
Химическое растворение
Каналообразование и прорывы теплоносителя
Сан-Хоакин (США) —
Неоднородные и трещиноватые коллектора: добыча песка и прорывы пара - применение
Катастрофические прорывы
Активизация трещин
ЦПО
• Атабаска (Канада) —
активизация разломов и межпластовые
перетоки при реализации SAGD

10. Итоговые выводы и практические рекомендации

ИТОГОВЫЕ ВЫВОДЫ И
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
Выводы:
Практические рекомендации:
Деформационные процессы
имеют комплексный термо-
Геомеханическое моделирование
до начала теплового воздействия
гидро-механо-химический
характер
Геомеханический и
микросейсмический мониторинг
Основные управляющие факторы
— температура и давление
Оптимизация режимов закачки теплоносителя
Использование технологий
Литология коллектора
определяет доминирующий тип
деформаций
контроля песка и селективного
Последствия могут быть
воздействия
катастрофическими при
игнорировании геомеханики

11. Мониторинг и контроль

МОНИТОРИНГ И КОНТРОЛЬ
Для минимизации рисков и обеспечения эффективной разработки
месторождений с применением тепловых методов необходимо внедрение
комплексных систем мониторинга и контроля.
Постоянный сбор данных о температуре, давлении и деформациях пласта.
Анализ микросейсмической активности для выявления зон повышенных
напряжений.
Адаптивное управление режимами закачки теплоносителя на основе
полученных данных.
Применение инновационных технологий для предотвращения
пескопроявлений и прорывов.

12. СВОДНАЯ ТАБЛИЦА ДЕФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

Вид деформации
1. Добыча песка
2.Термическое
растрескивание
3. Уплотнение пласта и
проседание
4. Вспучивание
поверхности
5. Активизация разломов и
сейсмичность
Основная физическая причина
Снижение прочности скелета породы из-за
разрушения цемента (термическое + химическое
воздействие) и эрозия потоком.
Возникновение термических напряжений из-за
неравномерного нагрева и хрупкого поведения
породы.
Необратимое уплотнение скелета породы при
снижении порового давления после долгой добычи,
усугубленное термическим ослаблением.
(растворение/кольматация)
пласта/нефти
Слабосцементированные песчаники,
высокое содержание глинистого
материала, высокая температура
(>200°C).
Потенциальные последствия
Закупорка скважин и оборудования, эрозия
клапанов и труб, обрушение прискважинной зоны,
потеря дебита.
Стимулирование притока (возможно
Плотные карбонаты, сцементированные
положительное) или катастрофический прорыв
песчаники, низкая теплопроводность.
теплоносителя по новым трещинам, нарушение
целостности пласта.
Высокая пористость (>25%), рыхлые
Проседание дневной поверхности, повреждение
песчаники, малая глубина залегания
скважин, инфраструктуры, трубопроводов.
(<1000 м) + высокая нефтенасыщенная
Изменение напряженного состояния всего
толщина.
месторождения.
Резкое увеличение порового давления при закачке,
Малые глубины (<500 м), высокие
приводящее к снижению эффективного напряжения
давления закачки, ограниченная зона
и упругому расширению пласта.
воздействия.
Снижение эффективного напряжения вдоль
Наличие зон тектонических нарушений
Техногенные землетрясения (до 3-4 баллов),
плоскостей существующих разломов из-за роста
вблизи области теплового воздействия,
разрыв сплошности пласта, межпластовые
порового давления ("смазка" разлома).
высокие давления закачки.
перетоки, потеря теплоносителя.
Карбонатные коллекторы
6. Химико-термические
преобразования
Критичные свойства
Химическая реакция между горячим теплоносителем
(растворение), наличие глин
(часто с измененным pH) и породой/цементом.
(набухание), содержание солей
(отложение).
Деформация дневной поверхности, повреждение
фундаментов зданий, разрыв трубопроводов.
Неконтролируемое образование каналов или,
наоборот, полная закупорка поровых каналов.
Резкая неоднородность фильтрационных потоков.