Разработана виртуальная нефтяная скважина для минимизации рисков обрушения

Фото из открытых источников

Российские ученые разработали виртуальную модель нефтяной скважины, позволяющую предсказывать, как изменяется прочность горных пород после воздействия кислотных составов. Эта работа выполнена специалистами Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) совместно с Институтом проблем нефти и газа РАН. Статья с результатами исследования опубликована в Journal of Mining Institute. Разработка направлена на снижение рисков, связанных с разрушением пластов после кислотной обработки, и позволяет заранее оценить возможные негативные последствия для добычи нефти.

В нефтедобыче кислотная обработка скважин применяется для повышения их продуктивности. Процедура заключается в закачивании в пласт раствора кислот, чаще всего соляной и фтороводородной. Эти вещества разрушают засоры, соли, глинистые частицы, тем самым увеличивая проницаемость горной породы. Однако вместе с этим кислота разъедает и естественные «цементы» в породе, ослабляя её структуру. Это может привести к осыпанию стенок скважины, загрязнению оборудования, и, в худших случаях — к остановке добычи. В условиях, когда нефтяная отрасль обеспечивает значительную часть доходов бюджета (в 2024 году – более 11 триллионов рублей или около 30% от общего объема), такие остановки представляют серьёзную экономическую угрозу.

Чтобы минимизировать подобные риски, учёные создали компьютерную модель горизонтальной скважины, расположенной на глубине 1500 метров. Используя программное обеспечение ANSYS, исследователи провели численное моделирование, основанное на лабораторных данных. В лаборатории образцы песчаника, пропитанные керосином, подвергали кислотному воздействию, после чего фиксировали изменения прочностных характеристик. На основе этих данных был построен численный эксперимент по оценке напряжений в породе при различных условиях кислотной обработки: продолжительности воздействия (от 14 минут до 4 часов) и степени депрессии — разницы между пластовым давлением и давлением внутри скважины.

Одним из ключевых результатов стало определение безопасного уровня прочности после обработки. При длительном воздействии кислоты до 4 часов, коэффициент прочности породы может сохраняться на уровне 1,5 — это означает, что она способна выдерживать нагрузку в полтора раза выше текущей. Однако при превышении определённых параметров, особенно при высокой депрессии, в верхней и нижней частях скважины могут возникнуть критические напряжения. Именно в этих зонах повышается риск осыпания, поэтому при планировании обработки необходимо уделять им особое внимание.

Модель прошла проверку на реальных данных одного из месторождений Пермского края и показала высокую точность прогнозов. Это даёт возможность применять её для оценки состояния пластов в других регионах с аналогичными геологическими условиями. Кроме того, полученные результаты позволяют уточнять параметры эксплуатации скважин, избегая дорогостоящих аварий и простоев, а также продлевая срок службы оборудования.

Представленная модель является шагом к более безопасной и эффективной эксплуатации нефтяных скважин. Она снижает необходимость дорогостоящих натурных экспериментов и позволяет оперативно принимать решения на основе цифрового анализа, учитывающего реальное поведение горных пород при кислотной обработке. Такой подход особенно актуален при разработке труднодоступных и трудноизвлекаемых месторождений, особенно в условиях Западной Сибири и Урала.