Решение задач геодинамической безопасности флюидных систем земной коры, включая области шельфа

Объектом исследования является взаимодействие флюидодинамических и сейсмических процессов при воздействии на флюидные системы земной коры в ходе разработки месторождений углеводородов, интенсификации выработки геотермальной энергии, закачки отходов, захоронении углекислого газа и т.п. Цель работы – получение фундаментальных научных результатов по теме Госзадания ИДГ РАН «Решение задач геодинамической безопасности флюидных систем земной коры, включая области шельфа», актуальной для инновационного развития российских технологий по приоритетному направлению науки и техники «Рациональное природопользование», по Программе ФНИ «Катастрофические эндогенные и экзогенные процессы, включая экстремальные изменения космической погоды: проблемы прогноза и снижения уровня негативных последствий». Исследования направлены на оценку и снижение вероятности неблагоприятных и катастрофических последствий воздействий на недра при разработке месторождений углеводородов, определение влияния изменения напряженно-деформированного состояния на изменение проницаемости пористых пород с различными типами пористости (включая породы баженовской свиты); оценку возможностей микросейсмического мониторинга для определения положения трещин гидроразрыва пласта и динамики фильтрационных свойств пластов. Получены новые результаты лабораторных экспериментов по гидроразрыву в модельном материале. Экспериментально показано, что при определении минимального тектонического напряжения по данным гидроразрыва пласта необходимо учитывать дополнительные сжимающие напряжения, вызванные фильтрацией жидкости разрыва из трещины в среду. С учѐтом этого была модифицирована широко используемая в настоящее время методика определения минимального тектонического напряжения по данным гидроразрыва пласта. Рассмотрены два метода определения проницаемости образцов по кривым изменения давления при гидроразрыве, исследован метод определения коэффициента утечек жидкости из трещины в пласт. Сопоставление результатов лабораторных экспериментов и расчетов показывает необходимость доработки моделей для более адекватного описания полученных в эксперименте зависимостей. Предложена интегральная модель распространения трещин ГРП в нетрадиционных месторождениях углеводородов на микроуровне. Проведено трѐхмерное численное моделирование развития и распространения трещин гидроразрыва в горных породах на микроуровне с учѐтом минеральной неоднородности, матричной структуры, упругопластических свойств минералов и их межзеренных контактов. Разработана численная модель подвижек по разлому, инициированных повышением порового давления в результате закачки флюида в недра. Модель позволяет описывать процесс фильтрации флюида в породе, содержащей разломы и трещины, и вызванный фильтрацией флюида процесс деформации разлома. Результаты расчетов применены для моделирования сейсмических режимов, инициированных закачкой жидкости. Проведено экспериментальное исследование зависимости проницаемости образцов от градиента порового давления в области низких скоростей фильтрации. Предложена методика проведения опыта, позволяющая исследовать зависимость эффективной проницаемости от градиентов порового давления, сопоставимых с величинами, возникающими при разработке нефтяных месторождений. Показано, что наблюдаемое снижение эффективной проницаемости может быть обусловлено присутствием газовой фазы в поровом пространстве. Проведены лабораторные эксперименты по изучению влияния деформации пористой среды при образовании трещины гидроразрыва на фильтрационные потоки жидкости из трещины.