Геометрическая аппроксимация вывалов в скважине для проведения калибровки геомеханической модели

Одномерные геомеханические модели являются полезным инструментом при проектировании строительства скважин. В тоже время для качественного построения геомеханической модели необходим большой объем исходных данных, включающий напряженно-деформированное состояние массива и упруго-прочностные свойства горных пород. Часть необходимых данных можно получить на основе калибровки модели на фактическое поведение вывалов в скважине. Представлено два способа аппроксимации вывалов стенки скважин с помощью геометрических фигур: треугольника и эллипса. Геометрическая аппроксимация вывала позволяет ограничить размеры вывалов, а также связать угол вывала с его глубиной. Полученные ограничения и связи позволяют проводить калибровку одномерных геомеханических моделей не только по данным микросканеров, но и с использованием более доступных данных кавернометрии и профилеметрии по скважинам, что существенно снижает требования к полноте исходных данных для построения адекватных геомеханических моделей. Показано, что для корректного использования треугольной и эллиптической аппроксимации вывалов необходимо предварительно оценить форму вывалов, характерную для области исследования, по данным хотя бы одного исследования по акустическому микросканеру и подобрать характерные параметры аппроксимации для их дальнейшего использования в скважинах с отсутствием данных микросканеров. В случае полного отсутствия данных микросканеров предложены средние значения для аппроксимации, а также граничные значения для оценки неопределенности.

Коношонкин Д. В., Рукавишников В. С. Геометрическая аппроксимация вывалов в скважине для проведения калибровки геомеханической модели // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2021. – № 12. – С. 58–72. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_12_0_58.

Коношонкин Дмитрий Владимирович¹ — инженер, e-mail: KonoshonkinDV@hw.tpu.ru, http://orcid.org/0000-0002-9939-2301,
Рукавишников Валерий Сергеевич¹ — PhD, доцент, заместитель директора по развитию инженерной школы природных ресурсов, e-mail: RukavishnikovVS@hw.tpu.ru, http://orcid.org/0000-0001-7063-9756,
¹ Национальный исследовательский Томский политехнический университет.

Коношонкин Д.В., e-mail: KonoshonkinDV@hw.tpu.ru.

1. Дрибан В. А. Устойчивость горных выработок в структурно-неоднородных массивах // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2008. — № 9. — С. 305–312.

2. Курленя М. В., Барышников В. Д., Гахова Л. Н. Развитие экспериментально-аналитического метода оценки устойчивости горных выработок // ФТПРПИ. — 2012. — № 4. — С. 20–29.

3. Вашкевич А. А., Жуков В. В., Овчаренко Ю. В., Бочков А. С. Развитие комплексного геомеханического моделирования в ПАО «Газпром нефть» // Нефтяное хозяйство. — 2016. — № 12. — С. 16–19.

4. Давлетова А. Р., Киреев В. В., Кнутова С. Р., Пестриков А. В., Федоров А. И. Разработка корпоративного геомеханического симулятора для моделирования устойчивости скважин // Нефтяное хозяйство. — 2018. — № 6. — С. 88–92. DOI: 10.24887/0028-24482018-6-88-92.

5. Козырев А. А., Савченко С. Н., Панин В. И., Семенова И. Э., Рыбин В. В., Федотова Ю. В., Козырев С. А. Геомеханические процессы в геологической среде горнотехнических систем и управление геодинамическими рисками. — Апатиты: КНЦ РАН, 2019. — 431 с. DOI: 10.37614/978.5.91137.391.7.

6. Лукин С. В., Есипов С. В., Жуков В. В., Овчаренко Ю. В., Хомутов А. Ю., Шевчук Т. Н., Сусляков И. В. Расчет устойчивости ствола скважины для предотвращения осложнений в бурении // Нефтяное хозяйство. — 2016. — № 6. — С. 70–73.

7. Moore J. C., Chang C., Mcneill L., Thu M. K., Yamada Y., Huftile G. Growth of borehole breakouts with time after drilling: Implications for state of stress, NanTroSEIZE transect, SW Japan // Geochemistry Geophysics Geosystems. 2012, vol. 12, no. 4. DOI: 10.1029/2010GC003417.

8. Guerra C., Fischer K., Henk A. Stress prediction using 1D and 3D geomechanical models of a tight gas reservoir. A case study from the Lower Magdalena Valley Basin, Colombia // Geomechanics for Energy and the Environment. 2019, vol. 19, article 100113. DOI: 10.1016/j. gete.2019.01.002

9. Salimov M., Konoshonkin D. The ratios of the main stresses in the Wellbore in carbonate rocks // Conference Proceedings. Saint Petersburg 2018: Innovations in Geosciences; Time for Breakthrough. 2018, vol. 2018. pp. 1–5. DOI: 10.3997/2214-4609.201800124.

10. Tashkinov V., Konoshonkin D. The rock strength properties determination of the jurassic formation sandstones by updating empirical relations for mechanical earth model construction // Conference Proceedings. Saint Petersburg 2018: Innovations in Geosciences; Time for Breakthrough. 2018, vol. 2018. pp. 1–6. DOI: 10.3997/2214-4609.201800162.

11. Zoback M. D., Moos D., Mastin L., Anderson R. N. Well bore breakouts and in situ stress // Journal of Geophysical Research Atmospheres. 1985, vol. 90, pp. 5523–5530. DOI: 10.1029/ JB090iB07p05523.

12. Haimson B. Micromechanisms of borehole instability leading to breakouts in rocks // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2007, vol. 44, no. 2. pp. 157–173. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2006.06.002.

13. Moos D., Barton C. A., Willson S. Impact of rock properties on the relationship between wellbore breakout width and depth // Proceedings of the 1st Canada-US Rock Mechanics Symposium. Rock Mechanics: Meeting Society’s Challenges and Demands. 2007, vol. 2. pp. 1677– 1683. DOI: 10.1201/noe0415444019-c211.

14. Zoughy P., Molladavoodi H., Nikoosokhan S., Fatahi Mehraban L. Numerical modeling of logged wellbore breakouts using cohesion-weakening frictional-strengthening models // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2021, vol. 198, no. 4, article 108206. DOI: 10.1016/j.petrol.2020.108206.