georesГеоресурсыGeoresources1608-50431608-5078Georesursy LLC10.18599/grs.2023.2.18geores-74Research ArticleСтатьиАнализ устойчивости крепи нефтедобывающих скважин при проведении кумулятивной перфорации на основе результатов геомеханического моделированияAnalysis of wells cement sheath stability during shaped charge perforating based on geomechanical modelingЧернышовС. Е.ChernyshovS. E.

Сергей Евгеньевич Чернышов – доктор техн. наук, доцент, профессор кафедры Нефтегазовые технологии

614990, Пермь, пр. Комсомольский, д. 29

Sergei E. Chernyshov – Dr. Sci. (Engineering), Associate Professor, Professor of Oil and Gas Technologies Department

29, Komsomolsky ave., Perm, 614990

nirgnf@bk.ruПоповС. Н.PopovS. N.

Сергей Николаевич Попов – доктор техн. наук, заведующий лабораторией, главный научный сотрудник лаборатории нефтегазовой механики и физико-химии пласта

119333, Москва, ул. Губкина, д. 3

Sergey N. Popov – Dr. Sci. (Engineering), Head of the Laboratory, Chief Researcher of the Laboratory of oil-and-gas mechanics and reservoir physics and chemistry

3, Gubkin st., Moscow, 119333

СавичА. Д.SavichA. D.

Анатолий Данилович Савич – канд. техн. наук, доцент кафедры геофизики

614990, Пермь, ул. Букирева, д. 15

Anatoly D. Savich – Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, Department of Geophysics

15, Bukireva st., Perm, 614990

ДерендяевВ. В.DerendyaevV. V.

Вадим Валерьевич Дерендяев – аспирант, младший научный сотрудник кафедры Нефтегазовые технологии

614990, Пермь, пр. Комсомольский, д. 29

Vadim V. Derendyaev – PhD student, Junior Researcher, Department of Oil and Gas Technologies

29, Komsomolsky ave., Perm, 614990

Пермский национальный исследовательский политехнический университетРоссияPerm National Research Polytechnic UniversityRussian FederationИнститут проблем нефти и газа Российской академии наукРоссияOil and Gas Research Institute of the Russian Academy SciencesRussian FederationПермский государственный национальный исследовательский университетРоссияPerm State National Research UniversityRussian Federation202313042024252245253Copyright © Чернышов С.Е., Попов С.Н., Савич А.Д., Дерендяев В.В., 20242024Чернышов С.Е., Попов С.Н., Савич А.Д., Дерендяев В.В.Chernyshov S.E., Popov S.N., Savich A.D., Derendyaev V.V.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/74

Выполнен анализ устойчивости крепи для двух нефтедобывающих скважин при вторичном вскрытии продуктивных пластов методом кумулятивной перфорации. При проведении исследований использованы данные прямых замеров давлений в скважине на разном удалении от кабельного наконечника перфорационного устройства в момент детонации, которые превышали 50 МПа. Значения давлений аппроксимировались вдоль ствола скважины с помощью степенной зависимости. Для достоверного прогноза напряженно-деформированного состояния околоскважинной зоны интервала перфорации применялся программный комплекс ANSYS. Для определения поля напряжений строилась осесимметричная конечно-элементная схема, высота модели вдоль ствола скважины составила 39 м. При моделировании учитывалось, что геолого-физические свойства моделируемых пластов зависят от глубины залегания и пластового давления. Упруго-прочностные свойства формируемого тампонажного камня были определены в ходе лабораторных экспериментов для различных рецептур тампонажных растворов. По результатам моделирования определены области разрушения и запас прочности тампонажного камня, а также величины радиальных перемещений эксплуатационной колонны в интервале перфорации. Разработанные модель околоскважинной зоны и методические подходы могут быть использованы в дальнейшем при выборе оптимальных упруго-прочностных свойств тампонажного камня, перфорационных устройств и технологических параметров прострелочно-взрывных работ.

Well cement sheath stability analysis for two oil-producing wells in the completion of productive formations by shaped charge perforating was performed. The data of direct measurements of pressures in the borehole at different distances from the cable head of the perforating tool at the moment of detonation, which exceeded 50 MPa, were used in the studies. The pressure values were approximated along the wellbore using a power law. To reliably predict the stress-strain state of the near-wellbore zone of the perforation interval, the ANSYS finite-element modeling software was used. To determine the stress field, an axisymmetric finiteelement calculation scheme was built, the height of the model along the wellbore was 39 m. During modeling, it was taken into account that the geological and physical parameters of the simulated reservoirs differed in depth and reservoir pressure value were different. Elastic-strength properties of the cement stone formed were determined during the laboratory experiments for different recipes of cement slurries. According to the results of modeling, the areas of destruction and strength reserve of cement stone, as well as the values of radial displacement of the production casing in the perforation interval were determined. The developed model of the nearwellbore zone and methodical approaches can be used in future for choosing optimal elastic and strength properties of cement stone, perforation tools and technological parameters of perforating-explosive operations.

вторичное вскрытиепродуктивный пластсохранность крепи скважинчисленная конечно-элементная модельоколоскважинная зонатампонажный каменьнагрузки на крепь скважинкумулятивная перфорацияwell completionproductive reservoirwell cement sheath safetynumerical finite-element modelnearwellbore zonecement stonewells cement sheath loadsshaped charge perforatingИсследования выполнены при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSNM-2023-0005).The research was funded by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (Project No. FSNM-2023-0005).ReferencesАгзамов Ф.А. Махмутов А.Н., Токунова Э.Ф. (2019). Исследование коррозионной стойкости тампонажного камня в магнезиальных агрессивных средах. Георесурсы, 21(3), с. 73–78. https://doi.org/10.18599/grs.2019.3.73-78Agzamov F.A., Makhmutov A.N., Tokunova E.F. (2019). Study of corrosion stability of a cement stone in magnesia aggressive environment. Georesursy = Georesources, 21(3), pp. 73–78. https://doi.org/10.18599/grs.2019.3.73-78Ашихмин С.Г., Чернышов С.Е., Кашников Ю.А., Макдоналд Д.И.М. (2018). Влияние ориентации и схемы размещения каналов щелевой перфорации на проницаемость терригенных коллекторов в околоскважинной зоне пластов. Нефтяное хозяйство, (6), с. 132–135. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2018-6-132-135Ashikhmin S.G., Chernyshov S.E., Kashnikov Yu.A., Macdonald D.I.M. (2018). A geomechanical analysis of the influence of orientation and placement of jet slots on terrigenous reservoir permeability. Neftyanoe khozyaystvo = Oil Industry, (6), pp. 132–135. (In Russ.) https://doi.org/10.24887/0028-2448-2018-6-132-135Гайворонский И.Н., Костицын В.И., Савич А.Д., Черных И.А., Шумилов А.В. (2016). Повышение эффективности вторичного вскрытия продуктивных пластов. Нефтяное хозяйство, (10), с. 62–65.Chernikov A.D., Eremin N.A., Stolyarov V.E., Sboev A.G., SemenovaChashchina O.K., Fitzner L.K. (2020). Application of artificial intelligence methods for identifying and predicting complications in the construction of oil and gas wells: problems and solutions. Georesursy = Georesources, 22(3), pp. 87–96. https://doi.org/10.18599/grs.2020.3.87-96Замахаев В.С., Кончаков В.Н. (1987). Инструкция по вскрытию пластов стреляющими перфораторами в разведочных обсаженных нефтегазовых скважинах. МинГео СССР. Утв. 1987. Раменское, 22 с.Chernyshov S.E., Popov S.N., Varushkin S.V., Melekhin A.A., Krivoshchekov S.N., Ren S. (2022). Scientific justification of the perforation methods for Famennian deposits in the southeast of the Perm Region based on geomechanical modelling. Journal of Mining Institute, 257, pp. 732–743. https://doi.org/10.31897/PMI.2022.51Крылов Д.А., Марабаев Н.А., Таламанов Е.Н., Бурхайло В.А., Серенко И.А. (1981). Изменение контакта цементного камня с металлом обсадных труб при различных механических воздействиях. Бурение, (7), с. 18–21.Chernyshov S.E., Ashikhmin S.G., Kashnikov Yu.A., Savich A.D., Mosin A.V., Chukhlov A.S. (2021). Evaluation of the cement sheath safety after shaped charge perforation considering the criterion of cement stone destruction. Neftyanoe khozyaystvo = Oil Industry, (6), pp. 50–53. (In Russ.) https://doi.org/10.24887/0028-2448-2021-6-50-53Крысин Н.И., Рябоконь Е.П., Турбаков М.С., Чернышов С.Е., Щербаков А.А. (2016). Совершенствование устройств щелевой гидропескоструйной перфорации в нефтяных скважинах. Нефтяное хозяйство, (8), с. 129–131.Chernyshov S.E., Galkin S.V., Krisin N.I., Turbakov M.S., Riabokon E.P. (2015). Efficiency improvement of abrasive jet perforation. SPE Annual Caspian Technical Conference and Exhibition, CTCE 2015. https://doi.org/10.2118/177375-MSПарное группирование зарядов в перфораторе. Промперфоратор. http://www.promperforator.ru/catalog/perforating_guns/149060022Chernyshov S.E., Kunitskikh A.A., Votinov M.V. (2015). Research of hydration dynamics and development of expanding additives to oil-well cement. Neftyanoe khozyaystvo = Oil Industry, (8), pp. 42–44. (In Russ.)Попов С.Н. (2021) Определение коэффициента запаса прочности цементного камня на основе численного моделирования напряженно-деформированного состояния околоскважинной зоны с учетом изменения упруго-прочностных свойств цемента в процессе его твердения и под воздействием кислотного реагента. SOCAR Proceeding, спец. вып. 2, c. 8–16. https://doi.org/10.5510/OGP2021SI200544Gaivoronskiy I.N., Kostitsyn V.I., Savich A.D., Chernykh I.A., Shumilov A.V. (2016). Ways of improvement of reservoir completion efficiency. Neftyanoe khozyaystvo = Oil Industry, (10), pp. 62–65. (In Russ.)Попов С.Н. (2022) Геомеханическое моделирование и анализ устойчивости эксплуатационной колонны в условиях частичного отсутствия цементного камня. SOCAR Proceeding, спец. вып. 2, c. 34–40. https://doi.org/10.5510/OGP2022SI200726Krylov D.A., Marabaev N.A., Talamanov E.N., Burkhailo V.A., Serenko I.A. (1981). Changes in the contact between cement stone and casing metal under different mechanical influences. Burenie, 7, pp. 18–21. (In Russ.)Попов С.Н., Чернышов С.Е., Гладких Е.А. (2022). Влияние деформаций терригенного коллектора в процессе снижения забойного и пластового давления на изменение проницаемости и продуктивности скважины. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 333(9), с. 148–157. https://doi.org/10.18799/24131830/2022/9/3640Krysin N.I., Ryabokon E.P., Turbakov M.S., Chernyshov S.E., Shcherbakov A.A. (2016). Improvement of devices of abrasive jet perforation in oil wells. Neftyanoe khozyaystvo = Oil Industry, (8), pp. 129–131. (In Russ.)Савич А.Д., Шумилов А.В., Сальникова О.Л., Зиянгиров Р.М., Черных И.А. (2020). Оценка степени воздействия кумулятивной перфорации на крепь скважин. НТВ «Каротажник», (306), с. 53–71.Pairwise grouping of charges in a perforator. «Promperforator». (In Russ.) http://www.promperforator.ru/catalog/perforating_guns/149060022Савич А.Д., Элькинд С.Я. (2003). Вторичное вскрытие продуктивных пластов. НТВ «Каротажник», (106), с. 120–134.Popov S., Chernyshov S., Gladkikh E. (2023). Experimental and numerical assessment of the influence of bottomhole pressure drawdown on terrigenous reservoir permeability and well productivity. Fluid Dynamics and Materials Processing, 19(3), pp. 619–634. https://doi.org/10.32604/fdmp.2022.021936Семенов Б.А., Семенцов А.А., Руцкий А.М. (1996). Нейтрализация фугасного действия ленточных кумулятивных перфораторов типа ПКС80. Геофизические методы поисков и разведки месторождений нефти и газа: Межвуз. сб. науч. тр. Пермь: ПГУ, с. 82–85.Popov S.N. (2021). Determination of the safety factor of cement stone based on numerical modeling of the stress-strain state of the near-wellbore zone, taking into account the change in the elastic-strength properties of cement during its hardening and under the influence of an acid reagent. SOCAR Proceeding, S2, pp. 8–16. (In Russ.) https://doi.org/10.5510/OGP2021SI200544Серяков А.В., Подбережный М.Ю., Бочаров О.Б., Азаматов О.Б. (2020). Устойчивость зоны сочленения соосных скважин различного диаметра (на примере месторождения ХМАО). Георесурсы, 22(3), с. 69–78. https://doi.org/10.18599/grs.2020.3.69-78Popov S.N. (2022). Geomechanical modeling and the casing stability analysis in conditions of cement stone partial absence. SOCAR Proceeding, S2, pp. 45–51. (In Russ.) https://doi.org/10.5510/OGP2022SI200726Черников А.Д., Еремин Н.А., Столяров В.Е., Сбоев А.Г., СеменоваЧащина О.К., Фицнер Л.К. (2020). Применение методов искусственного интеллекта для выявления и прогнозирования осложнений при строительстве нефтяных и газовых скважин: проблемы и основные направления решения. Георесурсы, 22(3), с. 87–96. https://doi.org/10.18599/grs.2020.3.87-96Popov S.N., Chernyshov S.E., Gladkikh E.A. (2022). Influence of sandstone reservoir deformations during bottomhole and reservoir pressure decreasing on the permeability and well productivity changes. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering, 333(9), pp. 148–157. (In Russ.) https://doi.org/10.18799/24131830/2022/9/3640Чернышов С.Е., Ашихмин С.Г., Кашников Ю.А., Савич А.Д., Мосин А.В., Чухлов А.С. (2021). Оценка сохранности крепи скважин после проведения кумулятивной перфорации с учетом критерия разрушения цементного камня. Нефтяное хозяйство, (6), с. 50–53. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2021-6-50-53Rastegar R., Munawar M., Nowowiejski D., Granberg S., Cathrine Mehus, Benson A. (2015). Mitigating formation damage by using completion with built-in-casing perforations instead of perforation with explosive charges. SPE European Formation Damage Conference and Exhibition. https://doi.org/10.2118/174251-MSЧернышов С.Е., Куницких А.А., Вотинов М.В. (2015). Исследование динамики гидратации и разработка составов расширяющих добавок к тампонажным растворам. Нефтяное хозяйство, (8), с. 42–44.Savich A.D., Elkind S.Y. (2003). Completion of productive reservoirs. Technique and Technology. Karotazhnik, 106, pp. 120–134. (In Russ.)Чернышов С.Е., Попов С.Н., Варушкин С.В., Мелехин А.А., Кривощеков С.Н., Рен Ш. (2022). Научное обоснование методов вторичного вскрытия фаменских отложений юго-востока Пермского края на основании геомеханического моделирования. Записки Горного института, 257(5), с. 732–743. https://doi.org/10.31897/PMI.2022.51Savich A.D., Shumilov A.V., Salnikova O.L., Ziyangirov R.M., Chernykh I.A. (2020). Evaluation of the cumulative perforation effect on the well support. Karotazhnik, 306(6), pp. 53–71. (In Russ.)Шишин К.А., Рустамбеков Т.Ф., Крылов Д.А. (1977). Влияние опрессовки и перфорации скважин на качество разобщения пластов. РНТС ВНИИОЭНГ. Сер. Бурение, М.: ВНИИОЭНГ, (4), с. 29–34.Semenov B.A., Sementsov A.A., Rutskiy A.M. (1996). Neutralization of fugitive action of band shaped charge perforators of type PKS-80. Geophysical methods of prospecting and exploration of oil and gas fields. Perm: PSU, pp. 82–85.Chernyshov S.E., Galkin S.V., Krisin N.I., Turbakov M.S., Riabokon E.P. (2015). Efficiency improvement of abrasive jet perforation. SPE Annual Caspian Technical Conference and Exhibition, CTCE 2015. https://doi.org/10.2118/177375-MSSeryakov A.V., Podberezhny M.Y., Bocharov O.B., Azamatov O.B. (2020). Junction zone stability in coaxial wells of different diameters (on the example of the Khanty-Mansi Autonomous District oil field). Georesursy = Georesources, 22(3), pp. 68–76. https://doi.org/10.18599/grs.2020.3.69-78Rastegar R., Munawar M., Nowowiejski D., Granberg S., Cathrine Mehus, Benson A. (2015). Mitigating formation damage by using completion with built-in-casing perforations instead of perforation with explosive charges. SPE European Formation Damage Conference and Exhibition. https://doi.org/10.2118/174251-MSShishin K.A., Rustambekov T.F., Krylov D.A. (1977). Influence of pressure testing and well perforation on the quality of reservoir separation. Burenie, 4, pp. 29–34. (In Russ.)Popov S., Chernyshov S., Gladkikh E. (2023). Experimental and numerical assessment of the influence of bottomhole pressure drawdown on terrigenous reservoir permeability and well productivity. Fluid Dynamics and Materials Processing, 19(3), pp. 619–634. https://doi.org/10.32604/fdmp.2022.021936Zamakhayev V.S., Konchakov V.N. (1987). Instruction for completion with gun perforators in exploratory cased oil and gas wells, approved by the Ministry of Geology and Mineral Resources of the USSR. Funds of VNIPIvzryvzryvgeofizika. (In Russ.)

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