УДК 622.276
А.М. Свалов
ГЕОМЕХАНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ ПРИЗАБОЙНЫХ ЗОН И ЗАТРУБНОГО ПРОСТРАНСТВА СКВАЖИН
ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОДЗЕМНЫХ ХРАНИЛИЩ ГАЗА
Аннотация
Актуальность. В работе проанализированы геомеханические процессы обусловливающие разрушение призабойных зон скважин и их затрубного пространства при эксплуатации подземных хранилищ газа. Разрушение породы в призабойных зонах скважин приводит к интенсивному выносу частиц разрушенной породы (песка) в ствол скважины и далее на ее устье, снижая производительность скважины и приводя к интенсивному износу скважинного оборудования. Разрушение цементного камня в затрубном пространстве скважины приводит к его разгерметизации, поступлению газа в вышерасположенные проницаемые пласты и на поверхность Земли, что, помимо потерь углеводородного сырья, может приводить к возникновению экологических проблем. Цель работы. Анализ механизмов разрушения породы при закачке газа в подземные хранилища газа и разработка подходов к снижению интенсивности такого разрушения. Материалы и методы. В работе используются методы математического моделирования напряженно-деформированного состояния горных пород. Результаты. Показано, что процессы разрушения породы наиболее интенсивно происходят в период закачки газа в подземные хранилища, характеризующийся экстремально высокими значениями пластового давления в призабойной зоне скважины. Рост пластового давления инициирует процесс развития разрушающих напряжений в породе и в цементном камне в затрубном пространстве скважины, вследствие чего происходит потеря сцепления цементного камня с породой и развиваются процессы трещинообразования в окрестности необсаженной части ствола скважины, что является предпосылкой интенсивного выноса песка при дальнейшей эксплуатации скважины. Выводы. Установлено, что для снижения интенсивности избыточных разрушающих напряжений в породе и в цементном камне целесообразно поэтапно повышать давление закачки газа в хранилище, с длительностью каждого этапа, определяемой временем выхода процесса закачки на квазистационарный режим. Показано, что установка цементируемого пружинного центратора в кровле над продуктивным пластом при строительстве скважины при эксплуатации подземных хранилищ газа также будет способствовать существенному снижению интенсивности разрушающих напряжений в ее приствольной зоне.
Ключевые слова: подземные хранилища газа, герметичность затрубного пространства, утечки газа, разрушение призабойной зоны, вынос песка
Aleksandr M. Svalov
GEOMECHANICAL ANALYSIS OF THE PROCESS OF DESTRUCTION OF
THE BOTTOMHOLE ZONES AND ANNULAR SPACE OF WELLS DURING
THE OPERATION OF UNDERGROUND GAS STORAGE FACILITIES
Abstract
Background. The paper analyzes the geomechanical processes that cause the destruction of the bottomhole zones of wells and their annular space during the operation of underground gas storage facilities. The destruction of rock in the bottomhole zones of wells leads to the intensive removal of particles of destroyed rock (sand) into the wellbore and further to its mouth, reducing well productivity and leading to intensive wear of well equipment. The destruction of cement stone in the annular space of the well leads to its depressurization, gas ingress into the upstream permeable layers and to the Earth’s surface, which, in addition to the loss of hydrocarbon raw materials, can lead to environmental problems. Objective. To analyze the mechanisms of rock destruction during gas injection into underground gas storage facilities and develop approaches to reducing the intensity of such destruction. Materials and methods. The work uses methods of mathematical modeling of the stress-strain state of rocks. Results. It is shown that the processes of rock destruction occur most intensively during the period of gas injection into underground gas storage facilities, characterized by extremely high values of reservoir pressure in the bottomhole zone of the well. The growth of reservoir pressure initiates the process of development of destructive stresses in the rock and in the cement stone in the annulus of the well, as a result of which there is a loss of adhesion of the cement stone to the rock and the development of cracking processes in the vicinity of the uncased part of the wellbore, which is a prerequisite for intensive sand removal during further operation of the well. Conclusions. It is established that in order to reduce the intensity of excess destructive stresses in the rock and cement stone, it is advisable to gradually increase the gas injection pressure into the storage facility, with the duration of each stage determined by the time it takes for the injection process to reach a quasi-stationary mode. It is shown that installing a cemented spring centralizer in the roof above the productive formation during well construction during the operation of underground gas storage facilities will also contribute to a significant reduction in the intensity of destructive stresses in its near-wellbore zone.
Keywords: underground gas storage facilities, annular tightness, gas leaks, bottomhole zone destruction, sand removal
DOI 10.29222/ipng.2078-5712.2025.03
Полный текст статьи в формате PDF
