georesГеоресурсыGeoresources1608-50431608-5078Georesursy LLC10.18599/grs.2025.1.11geores-491Research ArticleПОИСК, РАЗВЕДКА И РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ УГЛЕВОДОРОДОВ, ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛЛЕКТОРОВPROSPECTING, EXPLORATION AND DEVELOPMENT OF HYDROCARBON DEPOSITS, RESERVOIR PROPERTIES STUDYОсобенности реконструкции современных напряжений в карбонатных породах на примере нефтяного месторождения Республики ТатарстанFeatures of Stress State Reconstruction in Carbonate Rocks on the Example of an Oil Field of the Republic of TatarstanЗиганшинЭ. Р.ZiganshinE. R.

Эдуард Ришадович Зиганшин, кандидат геол.-минерал. наук, старший научный сотрудник

Институт геологии и нефтегазовых технологий

420111; ул. Кремлевская, д. 4/5; Казань

Eduard R. Ziganshin, Cand. Sci. (Geology and Mineralogy), Senior researcher

Institute of Geology and Petroleum Technologies

420111; 4/5 Kremlyovskaya str.; Kazan

ERZiganshin@kpfu.ruКосаревВ. Е.KosarevV. E.

Виктор Евгеньевич Косарев, старший преподаватель

Институт геологии и нефтегазовых технологий

420111; ул. Кремлевская, д. 4/5; Казань

Viktor E. Kosarev, Senior lecturer

Institute of Geology and Petroleum Technologies

420111; 4/5 Kremlyovskaya str.; Kazan

Victor.Kosarev@kpfu.ruФаттаховА. В.FattakhovA. V.

Артур Вилданович Фаттахов, старший преподаватель

Институт геологии и нефтегазовых технологий

420111; ул. Кремлевская, д. 4/5; Казань

Artur V. Fattakhov, Senior lecturer

Institute of Geology and Petroleum Technologies

420111; 4/5 Kremlyovskaya str.; Kazan

AVFattahov@kpfu.ruГильфановС. И.GilfanovS. I.

Салават Ильдусович Гильфанов, инженер

Институт геологии и нефтегазовых технологий

420111; ул. Кремлевская, д. 4/5; Казань

Salavat I. Gilfanov, Engineer

Institute of Geology and Petroleum Technologies

420111; 4/5 Kremlyovskaya str.; Kazan

SalIGilfanov@kpfu.ruСкоробогатоваМ. А.SkorobogatovaM. A.

Марта Андреевна Скоробогатова, инженер

Институт геологии и нефтегазовых технологий

420111; ул. Кремлевская, д. 4/5; Казань

Marta A. Skorobogatova, Engineer

Institute of Geology and Petroleum Technologies

420111; 4/5 Kremlyovskaya str.; Kazan

MaASkorobogatova@kpfu.ruМаликовА. Д.MalikovA. D.

Азат Дамирович Маликов, главный геолог

423458; ул. Маяковского, д. 116; Альметьевск

Azat D. Malikov, Chief geologist

423458; 116 Mayakovsky str.; Almetyevsk

malikov@tatnefteprom.ruСергеевА. С.SergeevA. S.

Александр Станиславович Сергеев, начальник отдела

геологический отдел

423458; ул. Маяковского, д. 116; Альметьевск

Alexander S. Sergeev, Head of department

geological department

423458; 116 Mayakovsky str.; Almetyevsk

sergeev_as@tatnefteprom.ruКазанский (Приволжский) федеральный университетРоссияKazan Federal UniversityRussian FederationАО «Татнефтепром»РоссияTatnefteprom JSCRussian Federation202530032025271135143Copyright © Зиганшин Э.Р., Косарев В.Е., Фаттахов А.В., Гильфанов С.И., Скоробогатова М.А., Маликов А.Д., Сергеев А.С., 20252025Зиганшин Э.Р., Косарев В.Е., Фаттахов А.В., Гильфанов С.И., Скоробогатова М.А., Маликов А.Д., Сергеев А.С.Ziganshin E.R., Kosarev V.E., Fattakhov A.V., Gilfanov S.I., Skorobogatova M.A., Malikov A.D., Sergeev A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.geors.ru/jour/article/view/491

   В работе приводятся результаты лабораторных исследований физико-механических свойств керна карбонатных пород на одном из нефтяных месторождений Республики Татарстан. Полученные экспериментальные данные совместно с результатами геофизических исследований скважин и данных о гидроразрыве пласта были использованы для расчета напряженно-деформированного состояния массива горных пород. Вычисление величин горизонтальных напряжений выполнено с применением пороупругой модели Итона, в которой предварительно были определены коэффициенты деформации на глубине проведения гидроразрыва породы. Минимальное горизонтальное напряжение было определено как давление смыкания трещины гидроразрыва, а максимальное горизонтальное напряжение вычислено по диаграмме напряжений (совмещение критерия разрушения породы и классификации тектонических режимов). При реконструкции напряжений использовались упругие модули, полученные по лабораторным исследованиям. В результате вычислены величины основных главных напряжений вдоль разреза скважины, и определен тектонический режим, действующий на данном месторождении. Получены уравнения зависимости для прочностных свойств пород, слагающих разрез, и вычислены значения прочности вдоль всего ствола скважины. На базе полученной геомеханической модели рассчитана зависимость давления гидроразрыва от длины трещины и оценены условия неконтролируемого роста трещины.

   The paper presents the results of laboratory studies of the physical and mechanical properties of carbonate rock cores from one of the oil fields in the Republic of Tatarstan. The experimental data obtained, together with the results of geophysical studies of wells and fracture data, were used to calculate the stress-strain state of the rocks. Horizontal stresses were calculated using the Eaton poroelastic model. The deformation coefficients at the depth of hydraulic fracturing were preliminarily determined. The minimum horizontal stress was determined as the fracture closure pressure, and the maximum horizontal stress was calculated from the stress diagram (combining the rock failure criterion and the classification of tectonic states). The elastic moduli obtained from laboratory studies were used in the stress reconstruction. As a result, the values of the stress along the borehole section were calculated and the tectonic regime was determined. The dependence equations for the strength properties of the rocks composing the section were obtained and the strength values along the entire borehole were calculated. The geomechanical model was used to calculate the dependence of fracture pressure on fracture length and to assess the conditions of uncontrolled fracture growth.

карбонатная породагеомеханикагеомеханическая модельлабораторное исследование кернагидроразрывcarbonate rockgeomechanicsgeomechanical modellaboratory core testingfracturing of rockРабота выполнена при поддержке Минобрнауки России в рамках соглашения № 075-15-2022-299 о предоставлении гранта в форме субсидий из федерального бюджета на осуществление государственной поддержки создания и развития научного центра мирового уровня «Рациональное освоение запасов жидких углеводородов планеты»The work was carried out with the support of the Ministry of Education and Science of Russia under agreement No. 075-15-2022-299 on the provision of a grant in the form of subsidies from the federal budget for the implementation of state support for the creation and development of a world-class scientific center ‘Rational development of liquid hydrocarbon reserves of the planet’ReferencesДубиня Н.В. (2019). Обзор скважинных методов изучения напряженного состояния верхних слоев Земной коры. Физика Земли, 2, c. 137–155.Afsari M., Ghafoori M.R., Roostaeian M., Haghshenas A., Ataei A., Masoudi R. (2009). Mechanical Earth Model (MEM): an effective tool for borehole stability analysis and managed pressure drilling (case study). SPE Middle East Oil Gas Show Conf. MEOS, Proc. OnePetro, vol. 1. pp. 87–98. doi: 10.2118/118780-MSХисамов Р.С., Войтович Е.Д., Либерман В.Б., Гатиятуллин Н.С., Войтович С.Е. (2006). Тектоническое и нефтегеологическое районирование территории Татарстана. Казань: ФЭН, 328 с.Brocher T.M. (2005). Empirical Relations between Elastic Wavespeeds and Density in the Earth’s Crust. Bulletin of the Seismological Society of America, 95(6), pp. 2081–2092. doi: 10.1785/0120050077Муслимов Р.Х., Абдулмазитов Р.Г., Хисамов Р.Б. и др. (2007). Нефтегазоносность Республики Татарстан. Геология и разработка нефтяных месторождений. Казань: ФЭН, 316 с.Dubinya N.V. (2019). An Overview of Wellbore Methods of Investigating Stress Stateof the Upper Layers of the Earth’s Crust. Izvestiya, Physics of the Solid Earth, 55, pp. 311–326. DOI: 10.1134/S1069351319020034Afsari M., Ghafoori M.R., Roostaeian M., Haghshenas A., Ataei A., Masoudi R. (2009). Mechanical Earth Model (MEM): an effective tool for borehole stability analysis and managed pressure drilling (case study). SPE Middle East Oil Gas Show Conf. MEOS, Proc. OnePetro, vol. 1. pp. 87–98. doi: 10.2118/118780-MSGaarenstroom L., Tromp R.A.J., Brandenburg A.M. (1993). Overpressures in the Central North Sea: implications for trap integrity and drilling safety. Geological Society of London. Special Publications. Petroleum Geology Conference Series, 4(1), pp. 1305–1313. doi: 10.1144/0041305Brocher T.M. (2005). Empirical Relations between Elastic Wavespeeds and Density in the Earth’s Crust. Bulletin of the Seismological Society of America, 95(6), pp. 2081–2092. doi: 10.1785/0120050077Ismail N.I., Naz M.Y., Shukrullah S., Sulaiman S.A. (2020). Mechanical earth modeling and sand onset production prediction for Well X in Malay Basin. Journal of Petroleum Exploration and Production Technology, 10(7), pp. 2753–2758. doi: 10.1007/s13202-020-00932-2Gaarenstroom L., Tromp R.A.J., Brandenburg A.M. (1993). Overpressures in the Central North Sea: implications for trap integrity and drilling safety. Geological Society of London. Special Publications. Petroleum Geology Conference Series, 4(1), pp. 1305–1313. doi: 10.1144/0041305Jimenez J.A., Chalaturnyk R.J., Whittaker S.G. (2005). A Mechanical earth model for the Weyburn CO<sub>2</sub> monitoring and storage project and its relevance to long-term performance assessment. Green-house Gas Control Technologies, pp. 2141–2145. doi: 10.1016/B978-008044704-9/50289-5Ismail N.I., Naz M.Y., Shukrullah S., Sulaiman S.A. (2020). Mechanical earth modeling and sand onset production prediction for Well X in Malay Basin. Journal of Petroleum Exploration and Production Technology, 10(7), pp. 2753–2758. doi: 10.1007/s13202-020-00932-2Khisamov R.S., Voitovich E.D., Liberman V.B. et al. (2006). Tectonic and petrogeological zoning of the territory of Tatarstan. Kazan: Fen, 328 p. (In Russ.)Jimenez J.A., Chalaturnyk R.J., Whittaker S.G. (2005). A Mechanical earth model for the Weyburn CO<sub>2</sub> monitoring and storage project and its relevance to long-term performance assessment. Green-house Gas Control Technologies, pp. 2141–2145. doi: 10.1016/B978-008044704-9/50289-5Ljunggren C., Chang Y., Janson T., Christiansson R. (2003). An overview of rock stress measurement methods. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 40(7), pp. 975–989. doi: 10.1016/j.ijrmms.2003.07.003Ljunggren C., Chang Y., Janson T., Christiansson R. (2003). An overview of rock stress measurement methods. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 40(7), pp. 975–989. doi: 10.1016/j.ijrmms.2003.07.003Muslimov R.Kh., Abdulmazitov R.G., Khisamov R.B. et al. (2007). Oil and gas potential of the Republic of Tatarstan. Geology and oil field development. Kazan: Fen, 316 p. (In Russ.)Plumb R., Edwards S., Pidcock G., Lee D., Stacey B. (2000). The mechanical earth model concept and its application to high-risk well construction projects. Proceedings of IADC/SPE Drilling Conference. SPE, pp. 1–13. doi: 10.2118/59128-MSNstruction projects. Proceedings of IADC/SPE Drilling Conference. SPE, pp. 1–13. doi: 10.2118/59128-MSPrats M. (1981). Effect of burial history on the subsurface horizontal stresses of formations having different material properties. Society of Petroleum Engineers Journal, 21(6), pp. 658–662. doi: 10.2118/9017-PAPrats M. (1981). Effect of burial history on the subsurface horizontal stresses of formations having different material properties. Society of Petroleum Engineers Journal, 21(6), pp. 658–662. doi: 10.2118/9017-PASimonson E.R., Abou-Sayed A.S., and Clifton R.J. (1978). Containment of Massive Hydraulic Fractures. SPE J., 18, pp. 27–32. doi: 10.2118/6089-PASimonson E.R., Abou-Sayed A.S., and Clifton R.J. (1978). Containment of Massive Hydraulic Fractures. SPE J., 18, pp. 27–32. doi: 10.2118/6089-PAThe ISRM Suggested Methods for Rock Characterization, Testing and Monitoring: 2007-2014 (2015). Ed. R. Ulusay. Springer Cham Heidelberg New York Dordrecht London. doi: 10.1007/978-3-319-07713-0The ISRM Suggested Methods for Rock Characterization, Testing and Monitoring: 2007-2014 (2015). Ed. R. Ulusay. Springer Cham Heidelberg New York Dordrecht London. doi: 10.1007/978-3-319-07713-0Zain-Ulabedin M., Henk A. (2020). Building 1D and 3D Mechanical earth models for underground gas storage – a case study from the Molasse Basin, Southern Germany. Energies, 13, pp. 1–21. doi: 10.3390/en13215722Zain-Ulabedin M., Henk A. (2020). Building 1D and 3D Mechanical earth models for underground gas storage – a case study from the Molasse Basin, Southern Germany. Energies, 13, pp. 1–21. doi: 10.3390/en13215722Zoback M.D., Barton C.A., Brudy M., Castillo D.A., Finkbeiner T., Grollimund B.R., Moos Peska D.B., Ward C.D., Wiprut D.J. (2003). Determination of stress orientation and magnitude in deep wells. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 40(7–8), pp. 1049–1076. doi: 10.1016/j.ijrmms.2003.07.001Zoback M.D., Barton C.A., Brudy M., Castillo D.A., Finkbeiner T., Grollimund B.R., Moos Peska D.B., Ward C.D., Wiprut D.J. (2003). Determination of stress orientation and magnitude in deep wells. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 40(7–8), pp. 1049–1076. doi: 10.1016/j.ijrmms.2003.07.001

The authors declare that there are no conflicts of interest present.