Геомеханические аспекты повышения эффективности работы подземных хранилищ газа

Одним из важных вопросов технологии эксплуатации скважин подземных хранилищ газа (ПХГ) является борьба с разрушением призабойной зоны пласта и связанным с ним выносом песка в скважину. Из-за большого количества песка в добываемом газе преждевременно выходит из строя промысловое оборудование. Кроме того, вынос песка часто приводит к образованию песчаных пробок и кольматации призабойной зоны пласта (ПЗП), что значительно снижает продуктивность скважин. На территории Российской Федерации расположены около 30 подземных хранилищ газа, из которых 8 сооружены в водоносных структурах и 17 – в истощенных месторождениях. Основные проблемы, связанные с разрушением пласта-коллектора м выносом песка в скважину, проявляются при эксплуатации ПХГ, созданных в терригенных водоносных пластах, а также в истощенных газовых месторождениях. В настоящее время общепринятой является точка зрения, что основной причиной выноса песка в скважину является разрушение призабойной зоны пласта вследствие возникновения в ней напряжений, превосходящих предел прочности горной породы. В связи с этим методы борьбы с пескопроявлением сводятся в основном к применению технологий, направленных на сохранность призабойной зоны пласта (ПЗП) путем создания экранов у поверхности фильтрации с помощью пескозадерживающих фильтров и увеличения прочности горной породы в ПЗП путем укрепления ее различными полимерными связующими, смолами, цементом и пр. Однако, несмотря на многолетний опыт эксплуатации пескопроявляющих скважин, до настоящего времени отсутствует достаточно обоснованная модель разрушения коллектора и математическое описание процессов, протекающих в системе пласт-скважина. Как результат, отсутствуют надежные критерии для установления рационального режима эксплуатации скважины ПХГ в условиях нарушения устойчивости продуктивного коллектора. За последние десятилетия получены новые результаты при исследованиях напряженно-деформированного состояния пластовых систем, динамики роста трещин, деформационных процессов и техногенных изменений свойств околоскважинной зоны пласта. Стало очевидно, что для обоснования рациональных технологических режимов эксплуатации ПХГ, сохранения (повышения) фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) пласта-коллектора необходимо иметь геомеханическую модель месторождения, позволяющиую учесть и детально изучить деформационные и фильтрационные процессы при циклической работе подземных газохранилищ. Целью проекта является изучение геомеханических аспектов происходящих в пластах ПХГ деформационных процессов при циклическом изменении пластового давления при закачке и отборе газа с целью снижения рисков разрушения пород-коллекторов и пескопроявления при эксплуатации подземных хранилищ газа. В результате реализации проекта впервые в РФ будет выполнено детальное геомеханическое моделирование эскплуатации ПХГ с целью сохранения и повышения ФЕС пласта, обоснования рациональных режимов закачки и отбора газа, основанное на комплексном экспериментальном исследовании деформационно-прочностных и фильтрационных свойств пород продуктивного разреза, математическом и физическом моделировании изучаемых процессов. Экспериментальные работы по определению деформационных, прочностных и фильтрационных характеристик горных пород в условиях реальных трехосных напряженных состояний, возникающих в пластах ПХГ при циклически меняющемся пластовом давлении, будут выполняться на уникальной испытательной системе трехосного независимого нагружения (ИСТНН), созданной в ИПМех РАН. На установке ИСТНН будет выполнено физическое моделирование деформационных и фильтрационных процессов, протекающих в призабойной зоне пласта-объекта хранения газа под действием знакопеременных нагрузок из-за депрессий и репрессий при отборе и закачке газа. Математическое моделирование механических и фильтрационных процессов, происходящих в пласте при различных режимах эксплуатации скважин будет основано на решении связанной задачи упругопластического деформирования породы пласта-коллектора и фильтрации газа в скважину. Параметры модели: упругие и пластические константы, зависимость проницаемости от напряженно-деформированного состояния будут получены на основе полученных с использованием ИСТНН экспериментальных данных. Предполагается исследование влияния на геомеханические процессы неравномерности природного поля напряжений и направления проводки горизонтальных скважин относительно его главных осей. Развитие на основе геомеханического моделирования методов прогноза и средств диагностики напряженно-деформированного состояния призабойной зоны пласта позволит определить области рационального применения тех или иных способов борьбы с выносом песка, повысит обоснованность ограничений на режимы эксплуатации скважин, что будет способствовать совершенствованию технологии подземного хранения газа.