Российские ученые разработали новую методику, которая позволит значительно повысить безопасность и эффективность добычи газа на арктических месторождениях.
Решение ключевых проблем, которые заключаются в разрушении слабых пород вокруг скважин и выносе песка, стало возможным благодаря уникальному сочетанию физического моделирования и цифровых технологий.
Основную сложность представляет то, что газоносные пласты часто состоят из непрочных песчаников. При отборе газа перепад давления приводит к возрастанию нагрузок на стенки скважины, что вызывает разрушение породы и попадание песка в ствол. Это провоцирует аварии, изнашивает дорогостоящее оборудование и требует сложной очистки газа. Обычные методы не позволяли точно смоделировать реальные напряжения и предсказать момент начала разрушения.
Специалисты Института проблем механики имени А. Ю. Ишлинского впервые воссоздали в лаборатории точное напряженное состояние, возникающее на стенках реальной скважины. Для этого они использовали образцы арктических песчаников и установку, способную создавать в кубических образцах породы реальные напряжения, которые возникают на стенке скважины при изменении давления в ней. Дополнительные эксперименты с моделями скважин помогли изучить сам процесс выноса песка и определить размеры частиц. Эти данные позволили рассчитать оптимальные параметры фильтров, способных удерживать как мелкие, так и крупные фракции.
Важнейшую роль сыграла цифровая рентгеновская томография высокого разрешения. Создав 3D-копии образцов до и после испытаний, ученые смогли заглянуть внутрь породы, отследить зарождение и рост трещин и соотнести картину разрушения с приложенными усилиями. Анализ показал неоднородную прочность породы. Разрушение начинается в конкретных точках, которые теперь можно выявлять заранее. Экспериментально была определена и критическая величина перепада давления, при которой скважина еще сохраняет целостность.
Разработанный комплексный подход, объединяющий передовые геомеханические испытания и цифровое моделирование, дает возможность еще на стадии проектирования прогнозировать поведение породы, выбирать безопасные режимы добычи и точно рассчитывать средства борьбы с песком.
