Использование геомеханической модели и параметров "сложного напластования" при моделировании ГРП

Последнее сообщение
Creator 58 15
Сен 21

Приветствую Коллеги.

Преамбула.

Локация: ЯНАО, на запад от Надыма

Пласты: Ачимовка, глубина 3500 м, АВПД ~ 1.2 от гидростата.

ФЕС: Кп 14%, Кпр_абс 0.3 мД, Нобщ 50м, Нэф 28 м, Разрез песчанисто, Алевролито-глинистый. В Алевролит-глинистой части есть тонкие переслаивания ~1-3 мм.

PVT: Нефть легкая. Вязкость нефти в пласте 0,47 сП, ГФ 250 м3/м3, Bo 1.6

Проблема: Максимизация параметров трещины ГРП и одновременно контроль высоты трещины, т.к. есть риск прорыва в водоносный горизонт (глинистая перемычка 7-12 м).

Ситуация:

Имея всё вышеописанное пришли к выводы, что нужна качественная геомеханическая модель, а потом на её основе будем  уже моделировать и совершенствовать ГРП.

Сделаны исследования керна, всё это обобщено, есть набор 1D и вдобавок 3D геомеханических моделей. С точки зрения керна, ГИС всё хорошо, есть устойчивые корреляции механики с литологией, ФЕС, динамика-статика. Буровые события предсказываются тоже хорошо. Но когда всё это заносим в симулятиор ГРП, получаем, что расчетная высота трещины существенно больше, чем фактически замеренная по данным дипольной акустики. По диполю сомнений особых нет, делался 3 раза  (до обсадки после обсадки после ГРП), интервалы анизотропии после ГРП выделяются хорошо, до ГРП её почти нет.

Начинаем искать причину, находим, что в Алевролито-глинистых инетвалах есть интервалы с тонким переслаиванием. Алевролиты мощностью примерно 1 см разделены пластичными глинами толщиной порядка 1-3 мм. При механической нагрузке таких неоднородных образцов, нормального разрушения не происходит, пластичные пропластки как бы выдавливаются, жесткие алевролиты ломаются локально, а в целом образец как бы "плывет". Геомеханики говорят, что вся теория заточена под исследование однородных образцов и эти результаты нельзя использовать напрямую для интеграции в геомеханическую модель (поэтому на первых этапах такие образцы и не исследовали). 

Находим литературу про такие тонкие переслаивания, в которой говорится, что эти интервалы служат барьером для роста трещин ГРП, этот "бутерброд" является неким аналогом композитных материалов (например железобетон, углепластик итд), когда прочностные характеристик выше, чем характеристики входящих компонентов. Точной физики исследования и предсказания свойств таких переслаиваний нет, но зато во всех ПО для моделирования ГРП есть что-то вроде "коэффициента сложного напластования" для учета подобных эффектов, выходящих за рамки стандартной механики. Инересно, что в разном ПО физика учета таких интервалов задана по разному, но в любом случе это дотаточно простые методы, типа локального домножения прочности на разрыв, или напряжения с последующим снятие доп. напрядения после прорыва трещины и тп. 

Выбираем понравившийся софт, настраиваем нужный коэффициент и сбиваем высоту трещины.

Вывод:

Не смотря на большую проделанную работу пришли к выводу, что геомеханика в чистом виде не позволяет прогнозировать геометрию трещины. Мало того, что разный софт при одинаковой геомеханике дает разные трещины, так еще приходится использовать "псевдо физичные" настройки программ моделирования, которые невозможно замерить на керне или с помощью ГИС. Так как переслаивания миллиметрового калибра, предсказать их при отсутствии 100% изъяти керна из скважны можно с низкой достоверностью. Как итог планирование ГРП даже с хорошим объемом керновых исследований и спец. ГИС превращается в рулетку, в лучшем случае можно применить вероятностный подход, сделать анализ неопределенностей и выбрать какие-то варианты по степени риска прорыва в водный пласт при максимизации продуктивности. Конечно, когда будет наработана практика десятков ГРП с замерами АКШ и микросейсмикой, всё можно будет настроить, но на начальном этапе как-то так.

Вопросы:

1. Удавалось ли воспроизводить фактическую геометрию (высоту) трещины при использовании чистой геомеханики, без её дополнительной калибровки и дополнения различными псевдофизическими параметрами в ПО моделирования ГРП? Интересуют неоднородные разрезы. Подозреваю, что в массивной залежи с одной литологией теория должна работать. 

2. Используете ли вы коэффициенты "сложного напластования" при моделировании ГРП?  (где, как, почему)

3. Сталкивались ли физически с описанными эффектами тонкого переслаивания? (наблюдения на керне, механические испытания). 

4. Согласны ли с тем, что переслаивания твердых и эластичных пород (мощность 2-4 м) могут существенно влиять на рост трещины в высоту? Не выдумка ли это от неудачных проектов по геомеханике и прогнозу ГРП?

5. Если есть любой опыт "адаптации" геомехники для планирования ГРП, прошу поделиться. Какие приемы, хитрости, реальные случаи?

Всем спасибо.

Stroncz 875 14
Сен 21 #1

Отвечу пока кратко.

Creator пишет:
Но когда всё это заносим в симулятиор ГРП, получаем, что расчетная высота трещины существенно больше, чем фактически замеренная по данным дипольной акустики. По диполю сомнений особых нет, делался 3 раза  (до обсадки после обсадки после ГРП), интервалы анизотропии после ГРП выделяются хорошо, до ГРП её почти нет. 

Тоже сталкивались с такой ситуацией, когда кроссдиполь выдавал существенно меньшую высоту, чем должно было быть даже исходя из мат.баланса. При детальном разборе, выяснилось, что далеко не все скважины подходят под скважинные ГИС-исследования для оценки высоты трещины из-за ограничений на углы скважины (зенитный, азимутальный). Напишите в зоне перфорации у вас какие значения по этим углам?

Creator пишет:
1. Удавалось ли воспроизводить фактическую геометрию (высоту) трещины при использовании чистой геомеханики, без её дополнительной калибровки и дополнения различными псевдофизическими параметрами в ПО моделирования ГРП? Интересуют неоднородные разрезы. Подозреваю, что в массивной залежи с одной литологией теория должна работать. 

Увы, но лабораторную геомеханику тоже надо допиливать из микромасштаба керновых исследований (сантиметры) до макро (десятки метров). Просто так всадить в симулятор значения из лаб исследований не прокатывает.

Creator пишет:
2. Используете ли вы коэффициенты "сложного напластования" при моделировании ГРП?  (где, как, почему)

Далеко не все симуляторы ГРП используют Composite Layering Coefficient, из коммерческих только FracPro. По этому поводу ещё в ранних 2000х между экспертами были серьёзные споры - насколько правомочно его использовать, когда речь идёт о трещинах в десятки метров, а деформация в механике композитных материалов (как вы правильно отметили, оттуда его и затащили в ГРП) - это гораздо меньшие масштабы. С точки зрения математики это тупо множитель на высоту трещины, чем собственно активно пользуются ГРПшные инженера, когда сбивают модель в процессе net pressure matching.

Creator пишет:
3. Сталкивались ли физически с описанными эффектами тонкого переслаивания? (наблюдения на керне, механические испытания). 

Основная сложность изучения композитности литологии на керне - керн тупо ломается.

Creator пишет:
4. Согласны ли с тем, что переслаивания твердых и эластичных пород (мощность 2-4 м) могут существенно влиять на рост трещины в высоту? Не выдумка ли это от неудачных проектов по геомеханике и прогнозу ГРП? 

В случае типовой Ачимовки, все эти алевролиты, глинистые аргиллиты с такой вот незначительной мощностью отлично рвутся, собственно поэтому контроль роста трещины в высоту - это головная боль при попытке не подцепить воду. Незначительные мощности / покрышки могут экранировать и сдерживать высоту трещины, когда попадаются достаточно плотные карбонатные образования, типа радиоляритов в Бажене, но на Ачимовке такого чуда не наблюдается. Карбонатные уплотнения конечно есть, но для удержания трещины необходимы мощности побольше, сколько именно - вопрос открытый.

Creator пишет:
5. Если есть любой опыт "адаптации" геомехники для планирования ГРП, прошу поделиться. Какие приемы, хитрости, реальные случаи?

Единственный выход - комплексирование исследований (ГИС, трассеры, микросейсмика, керны) для более-менее корректной адаптации модели. Но весь этот комбайн должен быть по одной типовой (реперной скважине), что уже совсем непросто организовать. Вопрос далее на засыпку - как эти исследования распространить на дальнейшую площадь... И это если ещё нет интенсивности по сейсмическим разломам.

sNeG 859 11
Сен 21 #2

Все так и есть как описано:

1. геомеханика опирается на замеры на керне, т.е. актуальны только в этом месте пласта, отуда образец, образец находится уже после снятия давления, как его не имитируй, образец уже изменен. Вывод - геомеханика по керну очень не точный метод.

2. геомеханика по гис - все тоже самое, только диаметр исследований немного больше, но это тоже измененная порода! после бурения и проникновения раствора.

3. Вы измеряете высоту трещины акустикой - это тоже не прямое измерение и тоже небольшого участка вокруг скважины.

Итог - вы сравниваете результаты субъективных косвеных методов! какое совпадение вы хотите?

Сравнивал много раз физ, свойства пород измеренные по керну (механика и акустика) и по гис, всегда разные результаты! по причинам описанным выше. 

P.s. Нужно исследовать ненарушенную среду, делайте микросейсмику

Creator 58 15
Сен 21 #3

Stroncz пишет:

ограничений на углы скважины (зенитный, азимутальный). Напишите в зоне перфорации у вас какие значения по этим углам?

Скважина разведка, поэтому строго вертикальная, углы по всему стволу в пределах 2 гр. Именно поэтому с определением направления основного стресса по АКШ и имиджерам есть проблемы, но собственно по наличию анизотропии вроде нормально.

Stroncz пишет:

Увы, но лабораторную геомеханику тоже надо допиливать из микромасштаба керновых исследований (сантиметры) до макро (десятки метров). Просто так всадить в симулятор значения из лаб исследований не прокатывает.

Тут проблема глубже, что неоднородности меньше раpмера используемых образцов 3х3 или 3х6 см. Для проницаемости и даже многофазных потоковых исследований есть методики на милиметровых образцах, хотя не без вопросов к достоверности. Есть ли такое для геомеханики?

Stroncz пишет:

Далеко не все симуляторы ГРП используют Composite Layering Coefficient, из коммерческих только FracPro. По этому поводу ещё в ранних 2000х между экспертами были серьёзные споры - насколько правомочно его использовать, когда речь идёт о трещинах в десятки метров, а деформация в механике композитных материалов (как вы правильно отметили, оттуда его и затащили в ГРП) - это гораздо меньшие масштабы. С точки зрения математики это тупо множитель на высоту трещины, чем собственно активно пользуются ГРПшные инженера, когда сбивают модель в процессе net pressure matching.

Подобный коэффициент есть и в РН-ГРИД, который благодаря цене и возможностям уверенно завоевывает Российский рынок (физика там разная, но цель одна).  Как-то мы "удачно" использовали именно такие где он присутствует.

Stroncz пишет:

Основная сложность изучения композитности литологии на керне - керн тупо ломается.

Пиложил фото такого керна. Это образцы длиной 6 см. При нагрузке, они плывут, промежуточные алевролиты трескаются в разных местах, глины "текут", но сам образец не разваливается.

Stroncz пишет:

В случае типовой Ачимовки, все эти алевролиты, глинистые аргиллиты с такой вот незначительной мощностью отлично рвутся, собственно поэтому контроль роста трещины в высоту - это головная боль при попытке не подцепить воду. 

По теори вроде и не должны держать трещину, у нас если брать однородные образцы, то механика по алевролитистым покрышкам и продуктивному песчанику практически идентичная.

 

 

Большое спасибо за отклик.

 

Вложение: 
Creator 58 15
Сен 21 #4

 

sNeG пишет:

1. геомеханика опирается на замеры на керне, т.е. актуальны только в этом месте пласта, отуда образец, образец находится уже после снятия давления, как его не имитируй, образец уже изменен. Вывод - геомеханика по керну очень не точный метод.

2. геомеханика по гис - все тоже самое, только диаметр исследований немного больше, но это тоже измененная порода! после бурения и проникновения раствора.

Кстати именно в интервале, где есть эти переслаивания пластичной и жесткой пород данные по керну и ГИС сильно разошлись. А именно К Пуассона по ГИС немного вырос относительно песчаника (с 0.27 до 0.3), по керну (по наиболее однородным образцам), он наоборот уменьшилсяс 0,27 до 0.2. Картина по керну одинаковая, как по статике, так и по динамике. 

Решили привязаться к ГИС из-за особенностей керна, да и логичнее показалось, как с точнки зрения литологии, так и с точки зрения того, что расчетная выстота трещины и так превышала замеренную.

sNeG пишет:

Сравнивал много раз физ, свойства пород измеренные по керну (механика и акустика) и по гис, всегда разные результаты! по причинам описанным выше. 

На сколько я пониамю, динамические и статические механические свойства и должны отличаться, по сути это разные характеристики. А вот если смотреть динамику, то у нас не считая "странной" покрышки совпадение хорошее, тут важно было давления обжима подобрать под реальные.

sNeG пишет:

P.s. Нужно исследовать ненарушенную среду, делайте микросейсмику

Поясните пожалуйста, что имеется ввиду. Опредление геометрии трещины или есть сейсмические методы оценки мех. свойств?

Спасибо.

 

sNeG 859 11
Сен 21 #5

Creator пишет:

sNeG пишет:

P.s. Нужно исследовать ненарушенную среду, делайте микросейсмику

Поясните пожалуйста, что имеется ввиду. Опредление геометрии трещины или есть сейсмические методы оценки мех. свойств?

Спасибо.

 

Определение геометрии трещин по микросейсмике.

В дальнейшем возможна корректировка дизайна на ее основе, для следующих разрывов.

Кто бы что не говорил, а именно микросейсмика пока является наиболее достоверным инструментом контроля трещин ГРП.

Stroncz 875 14
Сен 21 #6

sNeG пишет:

Кто бы что не говорил, а именно микросейсмика пока является наиболее достоверным инструментом контроля трещин ГРП.

К сожалению в РФ пока нет, не знаю как у буржуев со степенью достоверности. Причём каждый этап добавляет степень неопределённости:

  1. предварительный этап дизайна, предварительного моделирования (учёт структурки / сейсмики)
  2. полевой этап, учёт / неучёт всех рисков, которые могут повлиять на замеры
  3. этап интерпретации - в математике там практически чёрный ящик, могут нарисовать что угодно

Поэтому только лишь на микросейсмику полагаться я бы не стал.

sNeG 859 11
Сен 21 #7

Stroncz пишет:

sNeG пишет:

Кто бы что не говорил, а именно микросейсмика пока является наиболее достоверным инструментом контроля трещин ГРП.

К сожалению в РФ пока нет, не знаю как у буржуев со степенью достоверности. Причём каждый этап добавляет степень неопределённости:

  1. предварительный этап дизайна, предварительного моделирования (учёт структурки / сейсмики)
  2. полевой этап, учёт / неучёт всех рисков, которые могут повлиять на замеры
  3. этап интерпретации - в математике там практически чёрный ящик, могут нарисовать что угодно

Поэтому только лишь на микросейсмику полагаться я бы не стал.

Никто и не призывает опираться только на нее. Но у геомеханики еще больше неопределенностей.

Вообще вся геология - неопределенность)

Crazy Bullet 30 14
Сен 21 #8

добрый день!

Тонкое переслаивание пород ведет к возникновению TIV-анизотропии (различия свойств по вертикали и горизонтали), что может приводить к существенному изменению Shmin (драйвер геометрии трещины ГРП). Если в скважине проводилась запись АКШ (лучше SonicScanner), то из него можно "вытащить" анизотропные модули и получить приближенный расчет изотропного и анизотропного профиля напряжений.

Что касается керна, то здесь есть сложность связана с выпиливанием образцов (параллельно, перпендикулярно и под углом 45) и выбором корректных пластовых условий. По керну также определяются динамические и статические анизтропные упругие модули (Юнг, Пуассон, Био), затем сопоставляются с ГИС. Кроме этого на керне можно изучить влияние жидкости ГРП на упруго-прочностные свойства --> изменение околоскважинных напряжений.

Касательно калибровки профиля Shmin, посмотрите давление закрытия и ISIP (только забойный датчик), как ваш профиль соответствует этим границам?

По своего опыту скажу, что учет анизотропии помогает значительно улучшить результаты расчетов и прогнозность геомеханической модели как для ГРП, так и для бурения. И отмечу, что этот подход может быть использован, как инструмент в случае моделирования напряженного состояния по упругой модели. Если попытаться учесть пластичность, то это будет отдельная история и тема для дискуссии.

Stroncz 875 14
Сен 21 #9

Crazy Bullet пишет:
Тонкое переслаивание пород ведет к возникновению TIV-анизотропии (различия свойств по вертикали и горизонтали), что может приводить к существенному изменению Shmin (драйвер геометрии трещины ГРП). Если в скважине проводилась запись АКШ (лучше SonicScanner), то из него можно "вытащить" анизотропные модули и получить приближенный расчет изотропного и анизотропного профиля напряжений. 

Спасибо, отличный комментарий! Действительно, если принять при расчёте минимального горизонтального напряжения фактор вертикальной анизотропии (вместо коэффициента PR / (1-PR) используется PR.v / (1-PR.h) * E.h / E.v), то величина напряжений будет как правило больше, чем в изотропном случае:isotropic_and_anisotropic_cases.png

Соответственно при моделировании ГРП если не учитывать TIV-анизотропию, то высота трещин получается меньше, полудлина больше - заказчик видит красивую картинку, а потом удивляется почему же по факту имеем прорывы туда куда не надо, ведь спецы классную модельку подогнали с не менее классными картинками.

Creator 58 15
Сен 21 #10

Crazy Bullet пишет:

Тонкое переслаивание пород ведет к возникновению TIV-анизотропии (различия свойств по вертикали и горизонтали), что может приводить к существенному изменению Shmin (драйвер геометрии трещины ГРП). Если в скважине проводилась запись АКШ (лучше SonicScanner), то из него можно "вытащить" анизотропные модули и получить приближенный расчет изотропного и анизотропного профиля напряжений.

Спасибо за конкретику. Как доберусь до материалов, посмотрю. 

Я не специалист по ГРП и не специалист по геомеханике, я разработчик "широкого профиля". Поэтому ,еесли возможно поясните по Shmin, что это за велbчина? Она выдается при интрпретации АКХ (SonocScaner, Xmac) или задается в симуляторе ГРП?

Crazy Bullet пишет:

Что касается керна, то здесь есть сложность связана с выпиливанием образцов (параллельно, перпендикулярно и под углом 45) и выбором корректных пластовых условий. По керну также определяются динамические и статические анизтропные упругие модули (Юнг, Пуассон, Био), затем сопоставляются с ГИС. 

С керном, как я писал, проблема такая, что замеры нагружения и деформации не поддаются интерпретации. Миллимитровые переслаивания пород с сильно отличающейся механикой приводят к тому, что образец плывет. Под относительно небольшой нагрузкой наблюдаются нелинейная деформация. Есть возможность нарезать разных образцов и исследовать, но как я понял это выходит за рамки понимания стандартных механических исследований, нужна какая-то другая методика именно проведения опыта  и его интрпретации.

Crazy Bullet пишет:

Касательно калибровки профиля Shmin, посмотрите давление закрытия и ISIP (только забойный датчик), как ваш профиль соответствует этим границам?

Про Shmin задавал вопрос выше. Но а так, модель в симуляторе ГРП настративалась в том числе и на ISIP и обжатие керна при механических исследованиях тоже.

Stroncz пишет:

Соответственно при моделировании ГРП если не учитывать TIV-анизотропию, то высота трещин получается меньше, полудлина больше - заказчик видит красивую картинку, а потом удивляется почему же по факту имеем прорывы туда куда не надо, ведь спецы классную модельку подогнали с не менее классными картинками.

У меня обратная ситуация. Расxетная высота трещины получается больше, чем по АКШ.

Значит ли это, что учет TIV-анизотропии мне не поможет или это может действовать и в обратном направлении, уменьшить развитие трещины в высоту?

Stroncz 875 14
Сен 21 #11

Creator пишет:
 Я не специалист по ГРП и не специалист по геомеханике, я разработчик "широкого профиля". Поэтому ,еесли возможно поясните по Shmin, что это за велbчина? Она выдается при интрпретации АКХ (SonocScaner, Xmac) или задается в симуляторе ГРП?

Shmin = S.h.min = минимальное горизонтальное напряжение, считается вот по этим формулкам в рамках 1D геомеханики.

isotropic_and_anisotropic_cases_shmin_02.png

Напрямую из АКШ геомеханические величины в модели использовать некорректно поскольку они динамические, обычно берут с керновых исследований, там величины статические.

Creator пишет:
У меня обратная ситуация. Расxетная высота трещины получается больше, чем по АКШ. Значит ли это, что учет TIV-анизотропии мне не поможет или это может действовать и в обратном направлении, уменьшить развитие трещины в высоту?

Можно конечно подзаморочиться с анизтропией в пределах геомеханики (лабораторка + акустика), можно шаманить в самой модели ГРП с этим самым коэффициентом Composite Layering, но в любом случае необходимо попытаться еще раз провести комплекс скважинных исследований кросс-диполь + термометрия, если задача непрорыва действительно критична и в первом проведённом акустическом исследовании есть сомнения.

 

Crazy Bullet 30 14
Сен 21 #12

Creator пишет:

У меня обратная ситуация. Расxетная высота трещины получается больше, чем по АКШ.

Значит ли это, что учет TIV-анизотропии мне не поможет или это может действовать и в обратном направлении, уменьшить развитие трещины в высоту?

Если вы инициируете трещину в интервале "условно коллектора" и рассматриваете вышележащий пласт как напряженный барьер для роста трещины и данные исследований (АКШ) высоты трещины подтверждают, что вышележащий пласт ограничивает ее рост, то нужно рассмотреть несколько вариантов геомеханической модели - ведь все модели, которые мы строим проверяют наши идеи и концепции. Если модель подтверждает концепцию, но опровергается измерениями, значит нужно изменить идею.

Проще говоря, TIV-анизотропия  - это есть идея, которую нужно проверить моделью. Для модели нужны специализированные данные. Если этих данных нет, то остается работать с изотропным случаем, подкручивая различные упругие параметры (например статический пуассон, константу Био). Кстати, у вас пласт газовый или нефтяной?

Creator 58 15
Сен 21 #13

Stroncz пишет:

 

Shmin = S.h.min = минимальное горизонтальное напряжение, считается вот по этим формулкам в рамках 1D геомеханики.

isotropic_and_anisotropic_cases_shmin_02.png

Напрямую из АКШ геомеханические величины в модели использовать некорректно поскольку они динамические, обычно берут с керновых исследований, там величины статические.

Спасибо большое за ликбез. Про минимальное напрядение я конечно знал, но не понял обозначения Shmin. Как писал, в модели все настроена но фактический ГРП. У нас по части разреза нет ни плотностного, ни аккустического каротажа, поэтому в рамках неопределенности сбить данные из ГРП и Геомеханики не сотавило труда.

А вот про расчет для Shmin для поперечного напластования, новая информация, обязательно проверю, как жэто делали подрядчики и что будет при ином расчете.

Stroncz пишет:

но в любом случае необходимо попытаться еще раз провести комплекс скважинных исследований кросс-диполь + термометрия, если задача непрорыва действительно критична и в первом проведённом акустическом исследовании есть сомнения.

Кросс диполь проведен в 2 скважинах, они отличаются и более того отличаются записи в одной и той жзе скважине в открытом стволе и после обсадки. Явно видно, что Sonic Scaner и Xmac выдают разнуюб картину, но разница там не такая, чтоб без этого layering. А так конечно будем накапливать статистику.

Creator 58 15
Сен 21 #14

Crazy Bullet пишет:

Кстати, у вас пласт газовый или нефтяной?

Пласт нефтяной

Creator 58 15
Сен 21 #15

Коллеги, в рамках анного вопроса возник вопрос по геомехнике.

Статические механические свойства пород (модуль Юнга, коэф. Пуассона) определяются при разных исследованиях. Ожносное сжатие (UCS), псевдо-трехосное сжание (CCS) и многостадийное сжатие (MTXS). При этом механические свойства с обжатием (CCS, MTXS) и без него (UCS) различаются значительно, модуль Юнга вырастает в 2 раза с увеличением давления обжатия. Какие механические свойства закладываются в модель симулятора ГРП?

forg.fg 34 9
Сен 21 #16

Очевидно, что результаты тех исследований, условия проведения которых (напряжения, деформации) наиболее близки к условиям рассматриваемых пласта (напряжения) и процесса (деформации при ГРП)

Crazy Bullet 30 14
Сен 21 #17

Creator пишет:

Коллеги, в рамках анного вопроса возник вопрос по геомехнике.

Статические механические свойства пород (модуль Юнга, коэф. Пуассона) определяются при разных исследованиях. Ожносное сжатие (UCS), псевдо-трехосное сжание (CCS) и многостадийное сжатие (MTXS). При этом механические свойства с обжатием (CCS, MTXS) и без него (UCS) различаются значительно, модуль Юнга вырастает в 2 раза с увеличением давления обжатия. Какие механические свойства закладываются в модель симулятора ГРП?

В геомеханическую модель и соответственно в дизайн ГРП необходимо закладывать статические свойства (Юнг и Пуассон), которые соответствуют пластовым условиям.

Однако не всегда, а точнее почти всегда, при тестировании керна пластовые условия учитываются некорректно - керновики обычно в качестве обжима используют эффективное напряжение (Sv-Pp). По этой причине тесты необходимо планировать и проводить при научно-техническом сопровождении инженеров по геомеханике.

То есть, отвечая на ваш вопрос, измерения статики, полученные на базе UCS-тестов - это некое приближение или нижняя граница для модуля Юнга. Результаты псевдо-трехосных тестов (TCS) будут ближе к пластовым значениям, но важно правильно учесть давление обжима. Результаты много-стадийных тестов (MTCS) можно использовать, в случае, если у вас значительно изменены начальные давления в пласте, но там еще больше нюансов по обжимным давлениям, скоростям нагрузки, температурам, учету пластичности, анизотропии и т.д.

Поэтому какой бы замер на керне вы не использовали для дизайна ГРП - это в любом случае будет некое приближение и допущение, которое необходимо сравнить с фактическими наблюдениями.

Dmitry_Ch 5 1
Сен 21 #18

Creator пишет:

Приветствую Коллеги.

1. Удавалось ли воспроизводить фактическую геометрию (высоту) трещины при использовании чистой геомеханики, без её дополнительной калибровки и дополнения различными псевдофизическими параметрами в ПО моделирования ГРП? Интересуют неоднородные разрезы. Подозреваю, что в массивной залежи с одной литологией теория должна работать. 

 

Добрый день.

Ответить хочу только на этот вопрос и только исходя из собственного опыта. Если мы говорим про песчаники высокой или средней проницаемости - ответ "да, много раз". Если мы говорим про ТРИЗ, то ответ "нет, ни разу".

 

Тут стоит, мне кажется, держать в уме как строится переход от науки к инженерии.

Берется "сферический конь в вакууме" и обсчитывается со всех сторон физически и математически. После проводится ряд экспериментов и коррелируются различные коэфициенты до получения приемлимых результатов. Так, взятый изначально "сферический конь в вакууме", содержащий максимальные упрощения и обобщения, превращается в некую сущность, которая позволяет рассчитывать прмерно скорость передвижения настоящего коня. 
Так было и с гидроразрываом. Взятый изначально трехслойный разрез с песчаником и глинястыми барьерами постепенно усложнялся и модернизировался, чтобы хоть как-то обеспечить расчет геометрии во всё более усложняющихся коллекторах.

С ТРИЗ мы имеем ситуацию, когда теорию, разработанную под трехслойный песчаный коллектор (наш "сферический конь в вакууме"), откалиброванную тысячей исслеодваний и многолетним опытом, пытаются использовать для расчетов чего-то совершенно другого. Простыми словами - с помощью коня в вакууме мы пытаемся предсказывать паттерн миграции оленей.

Получается достатоно глупая ситуация, когда углубление в геомеханику и моделирование начинает вносить всё большие ошибки в первоначальные расчеты. В данном случае, надо скорее подняться на уровень выше и стараться максимально упрощать модели до получения приемлимого результата. В дальнейшем, эту упрощённую модель начинать детализировать под свои реалии.

К сожалению, насколько мне известно, каких-то серьезных теоретических пересмотров "трехслойного" ГРП пока что не происходит, все продолжают к этой модели добавлять всё больше и больше новых параметров, влияние которых начинает превалировать над здравым смыслом.

Если вы хотите получить предсказательную модель, вам нужно научиться в крупную сетку получать закономерный результат, а после углубляться. Примером тут служит, как специалисты ГТМ подбирают тоннаж и кандидатов. Они исходят из опыта, что сработает, а что нет, а после в дело вступают "модельеры" сервисных компаний. К сожалению, в ТРИЗах придётся накапливать весь опыт заново и не надеяться, что существуют какие-то исследования, которые позволят легко преврать сферического коня в оленя.

Это личный опыт, предполагаю многие будут с ним не согласны.

sNeG 859 11
Сен 21 #19

Dmitry_Ch пишет:

К сожалению, в ТРИЗах придётся накапливать весь опыт заново и не надеяться, что существуют какие-то исследования, которые позволят легко преврать сферического коня в оленя.

Это личный опыт, предполагаю многие будут с ним не согласны.

Абсолютно согласен. Собственно сверху это уже писал, происходит натягивание совы на глобус

В тризах придется не только опыт накапливать, а пересматривать устоявшиеся шаблоны и стереотипы (в головах), применять совсем другие технологии и оборудование.

 

Creator 58 15
Сен 21 #20

forg.fg пишет:

Очевидно, что результаты тех исследований, условия проведения которых (напряжения, деформации) наиболее близки к условиям рассматриваемых пласта (напряжения) и процесса (деформации при ГРП)

Crazy Bullet пишет:

В геомеханическую модель и соответственно в дизайн ГРП необходимо закладывать статические свойства (Юнг и Пуассон), которые соответствуют пластовым условиям.

Спасибо за ответы. Хоть с этим понятно.

Crazy Bullet пишет:

Однако не всегда, а точнее почти всегда, при тестировании керна пластовые условия учитываются некорректно - керновики обычно в качестве обжима используют эффективное напряжение (Sv-Pp).

А какое должно быть давление обжима? На нашем керне делали обжимы равные предполагаемым минимальному, максимальному и среднему напряжению, все в интервале 45-75 МПа при глубине пласта 3500 м

Crazy Bullet пишет:

По этой причине тесты необходимо планировать и проводить при научно-техническом сопровождении инженеров по геомеханике.

В этом и беда, что это отдельный проект и выполняет её компания с десятками работ по геомеханическому моделированию. И по планированию тестов и их сопровождению есть отдельный оплачиваемый этап работ.

В общем хотели как лучше, а по факту приходится самому изучать тему, решать нестандартные ситуации.

Crazy Bullet пишет:

Поэтому какой бы замер на керне вы не использовали для дизайна ГРП - это в любом случае будет некое приближение и допущение, которое необходимо сравнить с фактическими наблюдениями.

Вот и сравниваем приходя к необходимости учета сложного напластования или через встроенный алгоритм ПО или через локальное увеличение напряжения.

А сейчас после очередного изучения материалов появилась другая версия нестыковки высоты трещины по АКШ и моделируемой. Геомеханика это на 99% наука заточенная под бурение и в софт который там используется заносятся отдельно механические свойства без обжатия (с UCS) и данные с паспорта прочности (угол внутреннего трения в виде полной огибающей кругов Мора, предел прочности на разрыв и на сжатие. Далее внутри софта рассчитываются скорректированные за горизонтальное напряжения  свойства и на выходе получаются параметры нужные буровикам.

Софт для моделирования ГРП работает по другому, там геомеханика закладывается как входные данные, паспорт прочности туда не загружается и пересчета замеров без обжима в замеры с обжимом там не выполняется. То есть входные данные в геомеханическую модель и на вход в ПО для моделирования ГРП это разные данные.

У меня есть подозрения, что опытные геомеханики, но без большого опыта в ГРП взяли для расчета ГРП напрямую профиль механических свойств и напряжений из геомеханической модели.  Если напряжения так брать корректно, т.к. при их расчете уже все учтено, то брать так модуль Юнга и К Пуассона не правильно, его надо пересчитать в пластовые условия.

Creator 58 15
Сен 21 #21

Dmitry_Ch пишет:

К сожалению, в ТРИЗах придётся накапливать весь опыт заново и не надеяться, что существуют какие-то исследования, которые позволят легко преврать сферического коня в оленя.

Хорошо описали, с юмором ))

По науке понятно, что надо накапливать опыт, но по жизни ТРИЗы всегда на грани рентабельности и если мы про низкопроницаемые коллектора, то решения, то как о покупке актива или о вложении денег в инфраструктуру не в последнюю очередь зависят от эффективности ГРП. А все пробы это миллиарды рублей (Площадка, Бурение, Спец.ГИС, ГРП, Горелка, ЗУ и всё в автономии), поэтому, если есть хоть малый шанс повысить достоверность прогноза проектами по геомеханике я думаю надо это делать (не вместо опыта на месторождении, а в дополнение). Ведь уровень затрат и возможных потерь отличается на 3, а то и больше порядка. 

Это так, лирическое отступление.

Creator 58 15
Сен 21 #22

Creator пишет:

Dmitry_Ch пишет:

К сожалению, в ТРИЗах придётся накапливать весь опыт заново и не надеяться, что существуют какие-то исследования, которые позволят легко преврать сферического коня в оленя.

Хорошо описали, с юмором ))

По науке понятно, что надо накапливать опыт, но по жизни ТРИЗы всегда на грани рентабельности и если мы про низкопроницаемые коллектора, то решения, то как о покупке актива или о его развитии не в последнюю очередь зависят от эффективности ГРП. А все пробы это миллиарды рублей (Площадка, Бурение, Спец.ГИС, ГРП, Горелка, ЗУ и всё в автономии), поэтому, если есть хоть малый шанс повысить достоверность прогноза проектами по геомеханике я думаю надо это делать (не вместо опыта на месторождении, а в дополнение). Ведь уровень затрат и возможных потерь отличается на 3, а то и больше порядка. 

Это так, лирическое отступление.

Dmitry_Ch 5 1
Сен 21 #23

Creator пишет:

Dmitry_Ch пишет:

К сожалению, в ТРИЗах придётся накапливать весь опыт заново и не надеяться, что существуют какие-то исследования, которые позволят легко преврать сферического коня в оленя.

Хорошо описали, с юмором ))

По науке понятно, что надо накапливать опыт, но по жизни ТРИЗы всегда на грани рентабельности и если мы про низкопроницаемые коллектора, то решения, то как о покупке актива или о вложении денег в инфраструктуру не в последнюю очередь зависят от эффективности ГРП. А все пробы это миллиарды рублей (Площадка, Бурение, Спец.ГИС, ГРП, Горелка, ЗУ и всё в автономии), поэтому, если есть хоть малый шанс повысить достоверность прогноза проектами по геомеханике я думаю надо это делать (не вместо опыта на месторождении, а в дополнение). Ведь уровень затрат и возможных потерь отличается на 3, а то и больше порядка. 

Это так, лирическое отступление.

Просто надо быть готовым при работе к заведомо ложным моделям, вот и всё.

 

Creator 58 15
Сен 21 #24

Изложил всё исполнителю работ, они встали в позу и говорят, что надо использовать модуль Юнга и коэф. Пуассона одноосного сжатия. Многолетний опыт, куча SPE статей и все такое.

Поискал Мануалы к софту в интернете, нашел только к MFrac, там очень невнятно написано "Young’s modulus is a constant with a unique value for a particular material and insitu conditions" и никаких конкретных рекомендаций.

Где-то в софте или в мануалах крупных компаний записано, какую геомеханику нужно грузить в конкретный софт для моделирования ГРП?

Если есть, скиньте пожалуйста ссылку или хотя бы скриншит на соответствующую информацию.

Stroncz 875 14
Сен 21 #25

Creator пишет:

Изложил всё исполнителю работ, они встали в позу и говорят, что надо использовать модуль Юнга и коэф. Пуассона одноосного сжатия. Многолетний опыт, куча SPE статей и все такое.

Интересно стало, что за такие исполнители (лучше в личку написать), которым для нужд ГРП нужен только один лишь UCS. А нафига тогда народ в лабах заморачивается Бразильским тестом, псевдо-трёхосными сжатиями. Непосредственно по физике гидроразрыва механизм разрушения близок к Бразильскому тесту (BTS), но использовать только его - тоже некорректно. Из BTS, UCS, p3D CCS строят дальше паспорт прочности (на диаграммах Мора), в котором уже необходимо выбрать ту область разрушения, которая соответствует пластовым условиям. Вот этот последний шаг самый критичный - поскольку ГРПшники этим вообще не заморачиваются, а у заказчика не хватает компетенций ткнуть палец в конкретную точку и сказать делаем именно так.

Вообще, вы кстати очень верно обозначили болезненную для индустрии область - область непонимания друг друга лабораторщиков, модельеров и заказчиков, как конечных потребителей всей этой деятельности. Было большое ожидание от товарищей геомехаников, что они во всей этой каше наведут хоть какой-то порядок, но... к сожалению степень неопределённости с их участием менее неопредённой не стала.

Stroncz 875 14
Сен 21 #26

Creator пишет:

У меня есть подозрения, что опытные геомеханики, но без большого опыта в ГРП взяли для расчета ГРП напрямую профиль механических свойств и напряжений из геомеханической модели.  Если напряжения так брать корректно, т.к. при их расчете уже все учтено, то брать так модуль Юнга и К Пуассона не правильно, его надо пересчитать в пластовые условия.

Всё верно, вопрос отстаётся открытым. Каких-то внятных работ / статей как корректно сделать этот пересчёт от лабораторки в пластовые условия, мне не попадались. Есть лишь попытки учесть эллипсоидность ствола скважины и эту дельту в диаметрах использовать в дальнейших расчётах:

  • Determination of stress state in deep subsea formation by combination of hydraulic fracturing in situ test and core analysis: A case study in the IODP Expedition 319, Takatoshi Ito,1 Akio Funato, 2012
  • Обзор скважинных методов изучения напряженного состояния верхних слоёв земной коры, Дубиня Н.В, 2019.

Но это лишь часть проблемы, потому как ещё необходимо привлечь теорию размерности и пересчитать мех.свойства с керна размером 30 на 30 мм / 30 на 60 мм на условия в десятки метров.

Stroncz 875 14
Сен 21 #27

Creator пишет:
 Где-то в софте или в мануалах крупных компаний записано, какую геомеханику нужно грузить в конкретный софт для моделирования ГРП?

В том-то и дело, что нет. Потому как существующая идеология пересчёта дизайна (net pressure matching) используют эти мех.свойства как переменные, особо не заморачиваясь над физичностью получившихся в итоге величин.

Creator 58 15
Сен 21 #28

Stroncz пишет:

Интересно стало, что за такие исполнители (лучше в личку написать), которым для нужд ГРП нужен только один лишь UCS. А нафига тогда народ в лабах заморачивается Бразильским тестом, псевдо-трёхосными сжатиями. Непосредственно по физике гидроразрыва механизм разрушения близок к Бразильскому тесту (BTS), но использовать только его - тоже некорректно. Из BTS, UCS, p3D CCS строят дальше паспорт прочности (на диаграммах Мора), в котором уже необходимо выбрать ту область разрушения, которая соответствует пластовым условиям.

Геомеханическую модель они строят в спец софте, куда заносится и паспорт прочности. Там на выходе получается в том числе и профиль напряжения в котором увязаны все входные данные, учитывая паспорт прочности для разных литотипов.

По их заверениям упругие свойства нужно брать из исследований без обжатия, т.к. они максимально лишены влияния среды  и мы получаем характеристику чисто Материала, а не Материала + Среды.

Исследования с обжатием используются ими для характеристики поведения материала за пределами упругой деформации.

Stroncz пишет:

В том-то и дело, что нет. Потому как существующая идеология пересчёта дизайна (net pressure matching) используют эти мех.свойства как переменные, особо не заморачиваясь над физичностью получившихся в итоге величин.

Посещают мысли, что геомеханика классическая и то, что заложено в софт для моделирования ГРП это разные вещи. В этом случае всё обсуждение которое я тут развел и есть тот «сферический конь в вакууме» )))

Stroncz 875 14
Сен 21 #29

Creator пишет:
 Геомеханическую модель они строят в спец софте, куда заносится и паспорт прочности. Там на выходе получается в том числе и профиль напряжения в котором увязаны все входные данные, учитывая паспорт прочности для разных литотипов.

По описанию походит на DrillWorks от Лэндмарка, софтинка заточенная на расчёт окна буримости в задаче устойчивости ствола скважины.

Creator пишет:
По их заверениям упругие свойства нужно брать из исследований без обжатия, т.к. они максимально лишены влияния среды  и мы получаем характеристику чисто Материала, а не Материала + Среды. Исследования с обжатием используются ими для характеристики поведения материала за пределами упругой деформации. 

Есть возможность с них стрясти референс, на что они ссылаются в этих своих обоснованиях?

Stroncz 875 14
Сен 21 #30

Dmitry_Ch пишет:
 С ТРИЗ мы имеем ситуацию, когда теорию, разработанную под трехслойный песчаный коллектор (наш "сферический конь в вакууме"), откалиброванную тысячей исслеодваний и многолетним опытом, пытаются использовать для расчетов чего-то совершенно другого. Простыми словами - с помощью коня в вакууме мы пытаемся предсказывать паттерн миграции оленей. 

Ну вот как раз в соседней ветке про высокорасходный ГРП дискуссия заглохла от невозможности на пальцах хотя бы объяснить - нахрена городить высокорасходный ГРП при значительных затратах. Копипаста технологий со сланцев что-то дала сбой в условиях Западной Сибири.

Creator 58 15
Сен 21 #31

Stroncz пишет:

По описанию походит на DrillWorks от Лэндмарка, софтинка заточенная на расчёт окна буримости в задаче устойчивости ствола скважины.

Что-то похожее. Это Российская компания со своим софтом для 1D геомеханического моделирования и заточена она, как и все остальные под бурение.

Они же делали 3D геомеханику в JewelSuite + Abaqus. Проверяди сходимость 1D и 3D.

Stroncz пишет:

Есть возможность с них стрясти референс, на что они ссылаются в этих своих обоснованиях?

Запросил и сам жду. 

Creator 58 15
Сен 21 #32

Stroncz пишет:

Есть возможность с них стрясти референс, на что они ссылаются в этих своих обоснованиях?

Ссылаются на наши ГОСТы и на зарубежные стандарты ASTM. 

Определение модуля Юнга и коэфицента Пуассона в принципе предусмотрено только при одноосном сжатии (ГОСТ 28985-1991. Породы горные. Метод определения деформационных характеристик при одноосном сжатии).

Есть стандарт по объемному сжатию (ГОСТ 21153.8-88. Породы горные. Метод определения предела прочности при объемном сжатии) и по нему определяется только предел прочности при разном обжатии. 

ASTM в нормальном виде не нашел, но там примерно тоже самое с большей детальностью описания оборудования.

Так же посоветовали кнгигу (Mark D. Zoback. Reservoir Geomechanics. Department of Geophysics, Stanford University). Книга гуглится и скачивается, хорошее пособие для обучения и там примерно тоже самое. Юнга и Пуссона только по одноосному сжатию.

" Young’s modulus, E, is simply the stiffness of a rock in simple (unconfined) uniaxial compression (S11 is the only non-zero stress) "

А трехосное сжатие тоже используется только для определения предела прочности.

Так что, если идти чисто академическим путем, то замер модуля Юнга и коэффициента Пуассона при обжатии не имеет смысла и не является какой-то физической величиной. Если физика заложенная в софте идет по этому же пути, то  надо брать всё из UCS. Не зная математику заложенную в софт, работаем с черным ящиком, и всё превращается во вкусовщину.

Наши подрядные геомеханики вторят нашим и зарубежным ГОСТам и зарубежным учебникам. Говорят, что замер упругих механичеких свойств при обжатии  некорректно по определению. То отличие удлинений которое мы имеем при исследовании крена с обжатием и без, в реальном пласте будет выливаться в изменение напряжений. 

Stroncz 875 14
Сен 21 #33

Creator пишет:
 Так же посоветовали кнгигу (Mark D. Zoback. Reservoir Geomechanics. Department of Geophysics, Stanford University). Книга гуглится и скачивается, хорошее пособие для обучения и там примерно тоже самое. Юнга и Пуссона только по одноосному сжатию. 

Зобак спец в том числе по сейсмике и задействует геомеханику и методы ГРП по большей части в физике Земли, но непосредственно в сами ГРПшные мат.модели он не лезет, поэтому все эти тонкости сочленения лабораторной геомеханики с моделированием ГРП у него остались за кадром.

Creator пишет:
 Не зная математику заложенную в софт, работаем с черным ящиком, и всё превращается во вкусовщину. 
 

Ничего принципиального нового с конца-70х / начала 80х годов в мат.моделях ГРП не поменялось, изменились подходы в методах численного расчёта и как раз чёрный ящик возникает в конкретных коммерческих реализациях численной модели. Практически все эти модели используют внутри костыли и все эти поправочные коэффициенты, наподобие Composite Layering, потому как в чистом виде обсчитывать область трещины со свободной границей и с замороченными на ней краевыми условиями - это теоретический и вычислительный гроб. Поэтому имеем, то что имеем - ту самую вкусовщину, всё верно написали.

Петя Ботев 963 9
Сен 21 #34

Коллеги, раз уж тут цвет отечественной геомеханики собрался, случаем никто не записывал лекцию по Геомеханике петроскуловскую?

https://events.petroschool.ru/event/геомеханическое-моделирование/

ну вдруг.

d_torba 3 5
Окт 21 #35

Вроде лежит на ютубе:
https://youtu.be/kAMvN4erpm8

Петя Ботев пишет:

Коллеги, раз уж тут цвет отечественной геомеханики собрался, случаем никто не записывал лекцию по Геомеханике петроскуловскую?

https://events.petroschool.ru/event/геомеханическое-моделирование/

ну вдруг.

Петя Ботев 963 9
Окт 21 #36

d_torba пишет:

Вроде лежит на ютубе:
https://youtu.be/kAMvN4erpm8

о как..спасибо огромное

Go to top