0: Приветствую всех, уважаемые слушатели. Меня зовут Зиганшин Эдуард. Это курс нефтегазовая геомеханика, вводная часть. И в данной лекции мы с вами поговорим про историю геомеханики, как она развивалась, а именно как становилась нефтегазовая геомеханика. Далее

1: В этой вводной лекции мы с вами рассмотрим, как и для чего нужна геомеханика, на каких стадиях разработки она применяется, какие задачи может выполнять, каким способом и далее мы пробежимся по основным разделам, из которых состоит данный курс. Каждый раздел.

2: Посвящён определённой теме. Здесь в вводной лекции. Мы только кратко ознакомимся с содержанием нашего курса и давайте приступать. Принято считать, что нефтегазовая геомеханика именно раздел нефтегазовой геомеханики это довольно молодая и активно развивающаяся

3: Наука, которая развивается где-то последние 60, 70 лет, но в целом сама геомеханика как изучение напряжённого и деформированного состояния Горных пород это довольно старая и древняя наука. Давайте

4: Немножко пробежимся по истории по тому, как эта наука формировалась, из чего она выросла и как мы пришли к современному пониманию нефтегазовой геомеханики, вся деятельность человека по разработке различных месторождений по обустро

5: Устройству выработанных пространств по застройке территории, по освоению недр всегда было связано с предсказанием напряжённо деформированного состояния Горных пород и прочности Горных пород, то есть тесно была взаимосвязана с геомеханике при добыче полезных ископаемых.

6: Ещё в древние времена люди вынуждены были ограничивать размеры Горных выработок с учётом их обрушения и прочности. Но давайте начнём по порядку и копнём ещё немного глубже и вернёмся. В древние времена учёные обнаружили под

7: Древними пирамидами Египта погребальные ямы, которым уже более 3000 лет, и это очередной раз поражает, насколько высоки были технологии того времени, что позволяли строить такие выработки, которые не разрушились до сих пор согласии.

8: Что знание прочности Горных пород, знания, возможности их обрушения были очень важным фактором, который позволил им построить такие выработки, которые сохранились до наших времён ещё 1 своим недавним открытием поделилась группа.

9: Учёных, которая благодаря геофизическим исследованиям и изучению осадочных толщ обнаружила Шахты неподалёку от стоун хенджа, в этих Шахтах, предположительно, жили сами строители, и найденные Шахты находятся в 3 километрах от стоун.

10: Heja их глубина достигает 5 метров, а ширина более 10 метров, при этом диаметр вокруг этого стоун хенджа, который образован этими ямами, достигает 2 километров, чтобы исследовать этот памятник, использовались методы дистанционного зондирования.

11: Как я уже говорил, изучение осадочных толщ и это, конечно, не может удивлять, потому что уже в те времена люди были способны строить такие сооружения, однако с течением времени люди строили различные выработки не только для того, чтобы прятаться в них.

12: Суровых условий среды от каких-то диких животных и так далее, но и для того, чтобы добывать какие-то полезные ископаемые, потому что на поверхности объём полезных ископаемых не так велик, приходилось углубляться в недра земли, нужно больше золота и проб.

13: Проблемы, связанные с разработкой именно на глубину для добычи полезных ископаемых. С этими проблемами люди столкнулись ещё в средние века, и при добыче полезных ископаемых необходимо было определять устойчивость различных Шахт шурфов также необходимо.

14: Было сохранить уже построенные здания и сооружения, чтобы на них никак не влияла горная выработка, и здесь уже необходимо было хоть как-то понимать прочность Горных пород и возможность их обрушения вначале многое решалось тем, что люди передавали из поколения.

15: Поколения различные свои знания о прочности пород, о том, как они будут разрушаться и обваливаться. Главным образом они базировались на визуальном наблюдении и развитой интуиции, но согласитесь, что этого недостаточно и надолго этого не хватит, тем более.

16: Интуиция вещь такая, которая может подвести в любой момент в середине 19 века в Бельгии и Франции возникла острая полемика между горной инспекцией и рудничными инженерами все из за того, что во многих домах в пригороде льежа возникли громадные трещины.

17: Позднее, в пятидесятых годах того же столетия, подобная угрожающая ситуация возникла и в некоторых городах Германии для того, чтобы предотвратить подобного рода конфликты и последствия правительства многих стран были вынуждены выпускать различные регламент.

18: Тирующие документы, которые бы контролировали горнодобывающую промышленность в нашей стране изучения подобного рода сдвижения Горных пород, начались только в тридцатых годах прошлого столетия, и они все наблюдались по определённой схеме, при

19: Помощью определённых методик, которые со временем только улучшались и расширялись. И до сих пор. Практически все горнодобывающие регионы контролируются и мониторятся при помощи различных инструментальных методов. То есть мы наблюдаем за движением поверх

20: Земли. В настоящее время подобные инструментальные исследования проводятся практически во всех угольных и Рудных регионах страны, однако хочется отметить, что не только рудные регионы наблюдаются очень многие нефтегазовые месторождения, также.

21: Наблюдаются за счёт геодинамических полигонов, которые создаются с самого начала разработки месторождения и ежегодно проводятся наблюдения в процессе развития и формирования Горных наук геомеханика переходила из 1 отрасли в другую.

22: В зависимости от того, какие задачи она решала и долгое время эти задачи относились к маркшейдерскому делу, и на тот момент по задачам, которые решала геомеханика, она подразделялась на управление горным давлением и оценку нарушений начального состояния.

23: Объект сокращённо эти проблемы стали называться горным давлением и сдвижением Горных пород на рубеже 19 и 20 веков стали формироваться представления о горном давлении, и этому способствовало инструментальное наблюдение за сдвижением Горных пород.

24: То есть за движением поверхности земли и исходя из наблюдений за деформациями Горных пород, за образованием различных трещин и разрывов, горные инженеры пришли к выводу это происходило где-то во 2 половине 19 века. Они пришли к выводу.

25: О том, что существуют естественные напряжения в Горных массивах. Период с 1878 по 1912 профессор гейли высказал свои представления о напряжениях в Горных массивах. Суть их состоит в том, что в Горных

26: Массивах. Существуют горизонтальные напряжения, которые должны быть примерно того же порядка, что и вертикальные напряжения. В 1907 году Михаил Михайлович Протодьяконов опубликовал работу давление Горных пород на рудничную крепь. Эта работа и

27: Его гипотеза, свода давления стали началом развития теории горного давления он проделал огромнейшую работу и вывел формулу давления Горных пород на рудничную крепь, и ввёл понятие крепости пород и для справки рудничная крепь это

28: Искусственное сооружение, возводимое в подземных выработках для того, чтобы предотвратить обрушение окружающих Горных пород. Ну то есть это те самые какие-то округлые или прямоугольные сваи и подпорки, которые не дают обрушаться стенкам.

29: Различных Шахт перемещаемся немного. Далее в 1 половине двадцатых годов прошлого столетия были проведены опытные работы по измерению деформационных свойств Горных пород. Они проводились при строительстве туннеля в Швейцарии и по результатам

30: Этих работ впервые были измерены зависимости деформации Горных пород от приложенной к породе напряжения и был определён модуль упругости породы в 1925 26 годах. Александр Николаевич дини.

31: Впервые предложил использовать теорию упругости для описания напряжённо деформированного состояния Горных массивов и сформулировал решение задач теории упругости для тяжёлого полупространства в предположении равенства нулю горизонтальных деформаций.

32: Отсюда появилось понятие исходного бокового давления, отличного от нуля, а отношение бокового давления к вертикальному давлению называлось коэффициент исходного бокового давления, в то же время в 1926 году немецкий учёный Шмидт также.

33: Связал деформацию и напряжение Горных пород с их упругими свойствами. Итак, подводя небольшой итог, в двадцатых тридцатых годах, впервые начали использовать теорию упругости закон гука применительно к горным породам, то есть связали напряжение

34: Формацию Горных пород с определёнными законами упругости при этом следует отметить, что теория упругости уже активно и давно использовалась при строительстве различных инженерных сооружений, зданий, мостов и всего прочего, там использовалась как теория упругости, так и сопротивление.

35: Материалов, тот же самый сапромат. Далее в тридцатые годы чилийский учёный Фенер обратил внимание на то, что необходимо учитывать не только упругость Горных пород, но и их пластичность, а также слоистость, рельеф поверхности и так далее. Особенно когда мы

36: Изучаем различные смещения и движения Горных пород в то же время учёный филлипс экспериментально показал, что горная порода в зависимости от времени и величины приложенной нагрузки может вести себя и проявлять эффект ползучести релаксации и plus.

37: Личности отметим, что наряду с инструментальными наблюдениями, деформации Горных пород, с учётом теории упругости, теории пластичности, а также с изучением горного давления были активно развёрнуты и лабораторные экспериментальные исследования.

38: Горных пород, которые в основном базировались на минеральном составе Горных пород, на их степени выветрелости, на различных насыщениях и так далее. В сороковые годы для натурных измерений деформаций активно начали использовать теном

39: Электрические датчики, различные демоном тры и струнные датчики. Итак, здесь кратко представлена схема. Сам струнный датчик состоит из струны возбудителя и приёмника 1 концом струна жёстко закреплена, a2 концом соединена с мембра.

40: Преобразователем и при изменении давления меняется и натяжение струны. То есть если мы начинаем сильно давить, она может немножечко ослабевать с помощью электромагнита, возбудителя. Струна выводится из состояния покоя и начинает колебаться.

41: С частотой, зависящей от давления, то есть от того, насколько натянута струна, приёмник преобразует перемещение струны в электрический сигнал той же частоты в качестве приёмника чаще всего используют электромагнитный датчик, который может

42: Быть попеременно то возбудителем, то приёмником. При подаче напряжения он возбуждает колебания струны, а когда струна уже колеблется, то с этой же обмотки снимается напряжение, частота которого равна частоте колебания струны также были разработаны первые гео.

43: Phone для сейсмоакустических исследований ну, 1 из них это представляет собой обычную тонкую катушку, которая находится в поле постоянного магнита, и когда происходят какие-то колебания, то катушка с запаздыванием перемещается в корпусе этого магнита.

44: Чем и вызывает электромагнитные импульсы, которые в дальнейшем преобразуются в сигнал итак, мы приближаемся к 50 годам прошлого столетия, и в мире признано, что пятидесятые года стали началом систематических исследований.

45: Области геомеханики, механики грунтов, инженерной геологии и тесно. И эти все исследования тесно связаны с физикой, механикой, химией и другими смежными областями науки. То есть это и есть начало геомеханики.

46: Настоящем её понимании, и это обусловлено, с 1 стороны, переходом на новый уровень добычи, то есть добычи различных полезных ископаемых, Жидких углеводородов, газообразных и так далее. А с другой стороны, это своего рода вызовы, вызовы.

47: Которые представляются в виде различных катастроф, различных негативных последствий, обрушений, землетрясений и так далее. И причём всех этих негативных последствий, которые вызваны непосредственно разработкой добычей или

48: Строением, то есть всеми техногенными воздействиями человека. В исследования активно начали включаться институты академия наук. И, в отличие от предыдущих исследований в области геомеханики, современные исследования уже становятся направленными на

49: То, чтобы выявить природу и механизм вот этих различных негативных последствий, то есть определить причину различных напряжённо деформированных состояний, Горных пород. В результате сформировались и получили огромное развитие.

50: Различные направления среди них можно отметить такие выдающиеся работы, как, например, работу Рупин ейта и либермана, введение в механику Горных пород, которая была написана в 1960 году. Далее работа талаба.

51: Механика скальных пород это 1957 год. Также, конечно, работа джегера, механика Горных пород и инженерные сооружения 1972 года. Методы математической теории упругости и пластичности начали активно использоваться.

52: Геомеханики после того, как была опубликована работа христиановича и Кузнецова, которые предложили аналитические решения в области геомеханики 1900 шестидесятые года, известны развитием теории гидроразрыва Горных пород, причём гидроразрыв.

53: Был развит не только для того, чтобы увеличить приток, например, углеводородов в скважину, но и для того, чтобы измерить напряжение около скважинного пространства в Горных массивах, геомеханика существенно расширила круг решаемых.

54: Задач, когда развилась теория метода Конечных элементов на эвм и использовалась для расчёта и решения различных задач, рассчитываемую систему разбивают на определённое число отдельных частей, то есть Конечных элементов.

55: Которые имеют конечный размер, они имеют те же физико механические характеристики, что и заданная конструкция, и после этого точно или приближённо изучают напряжённо деформированное состояние каждого конечного элемента методами, которые известны в строи.

56: Механики и теории упругости впоследствии практически все методы численного решения задач геомеханики, включая задачи разрушения, фильтрации, прорастания трещин, основаны на методе Конечных элементов, в самих расчётах представилось.

57: Возможность отразить неоднородность и блочность массивов, то есть технологическую последовательность Горных работ. В результате этот метод позволил детально изучить распределение и перераспределение напряжений в Горных массивах с 1900/70.

58: Годов активно начала развиваться аппаратура для изучения микросейсмических событий, то есть для определения местоположения источников акустической эмиссии. Это позволяет более детально изучить возникновение различных микро нарушений микро.

59: Трещин, которые не могли ранее фиксироваться при помощи обычных инструментальных методов. Таким образом, геомеханический мониторинг и математическое моделирование позволили иначе взглянуть на изучение и решение задач напряжённо деформированного состоянии.

60: Влияние Горных массивов. Также решаются задачи по взаимосвязи геомеханических свойств с фильтрационно ёмкостными свойствами, влиянию температурного фактора и других всевозможных факторов, которые присутствуют в Горных массивах. Итак, давайте теперь дадим

61: Определение геомеханики в современном её понимании геомеханика или механика Горных пород это наука, изучающая физико механические свойства, пород, их напряжённое состояние, процессы деформирования и разрушения происходящей.

62: Под давлением природных и технологических факторов. И давайте поговорим об этом немного подробнее. В рамках нашего курса мы будем больше говорить про нефтегазовую геомеханику. Стоит измениться напряжённому состоянию Горных пород и она тут же начинает

63: Деформироваться, а это влечёт за собой различные последствия. Например, меняются пути перемещения флюидов, перераспределяются напряжения, где-то может увеличиться приток, где-то может, наоборот, уменьшиться приток, могут возникнуть смещения вдоль каких-то разломов.

64: Может произойти оседание поверхности, и это все зависит от множества различных факторов к таким факторам можно отнести сам тип породы, условия осадконакопления, региональную тектонику, процессы эрозии и поднятия локальную.

65: Сейсмическую активность и даже приливные воздействия, бурение скважин, закачка, добыча углеводородов все это неизбежно меняет поле напряжений и если бесконтрольно разбуривать скважины, добывать или закачи.

66: Определённые объёмы флюида, то это может вызвать различные негативные последствия. К таким последствиям можно отнести чрезмерные потери бурового раствора. То есть когда у нас возникают какие-то огромные трещины или мы их раскрываем и по ним у нас постоянно

67: Ходит буровой раствор, неустойчивость ствола скважины, смятие или сдвиг обсадной колонны, когда давление Горных пород превышает давление внутри скважины, осадка поверхности, о чем мы уже с вами говорили, и

68: С чем сталкивались уже множество множество столетий, вынос песка, активация разломов, нарушение изоляционных свойств, покрышки коллектора все это может быть проявлением изменяющихся напряжений в Пласте, зачастую такие послед.

69: Возникают неожиданно, на то они и негативные последствия, и, к сожалению, невозможно бывает резко и правильно среагировать на те или иные факторы, которые возникают в процессе разработки месторождений и наиболее оптимальным способом.

70: Предотвратить негативные последствия при разработке это построить геомеханическую модель, которая будет сопровождать месторождение в процессе её разработки от начала и до самого конца. И я предлагаю рассмотреть диаграмму, которую в своё время построил.

71: Марк зобак, где показано, насколько геомеханическая модель может быть применима на различных стадиях разработки месторождений, начальным этапом жизни месторождения является его поиск и разведка, на этом этапе проводятся сейсмические работы, бурятся.

72: Поисковые скважины. И после того, как в 1 из поисковых скважин получен приток нефти, месторождение открыто и затем приступают к его изучению в целях оценки запасов и рентабельности его разработки, если доказано, что месторождение обладает

73: Достаточными запасами углеводородов для его разработки составляется проект разработки, то есть технологическая схема разработки, которая предусматривает количество, расположение скважин, способ разработки, необходимое оборудование, режимы системы сбора и подготовки.

74: Нефти и так далее. После этого приступают к разбуриванию месторождения для скорейшего получения прибыли. Бурение скважин производится достаточно быстрыми темпами, причём вновь пробурённые скважины как можно быстрее запускаются в работу. Начало до

75: Добыча нефти характеризует начало 1 стадии разработки месторождения на этой стадии вводят в эксплуатацию основной проектный фонд скважин после того, как основная часть скважин пробурена, добыча нефти стабилизируется, что характеризует начало 2.

76: Стадии разработки месторождения в это время объёмы бурения снижаются, а для поддержания высокого уровня добычи нефти начинают производить мероприятия по увеличению добычи нефти 3 стадия разработки начинается при уменьшении годовой добычи.

77: Нефти. За счёт извлечения значительных запасов углеводородов. Тут у нас растёт обводнённость продукции при закачке воды, снижается пластовое давление при истощении и различные негативные последствия на этой стадии производится, уплотняющее бурение активно использует

78: Методы увеличения нефтеотдачи далее на 4 стадии разработки месторождения годовая добыча снижается значительно на этой стадии продолжают использовать методы увеличения нефтеотдачи, ну и на последней стадии жизни месторождения его ликвиди.

79: Демонтируют оборудование и ликвидируют скважины. Безусловно, каждое месторождение, оно по своему уникально, и у каждого месторождения свой цикл жизни. Однако в целом вот эта приведённая схема описывает большинство месторождений. Так или иначе, те,

80: Стадии, они все равно проходят. Теперь давайте посмотрим, как геомеханика и непосредственно построенная геомеханическая модель позволяет решать те или иные задачи при разработке месторождения на самых ранних стадиях жизни.

81: Рождения геомеханика позволяет предсказать пластовое давление, которое будет в дальнейшем использоваться при подсчёте запасов и планировании бурения. И при разработке очень важно оценить грамотно давление, потому что здесь не только оценка запа,

82: Но что важнее есть риск попасть в зоны аномально высокого или аномально низкого пластового давления, а это уже чревато различными взрывами, пожарами, утечками и так далее, как только начинается бурение скважин, геомеханическая модель.

83: Модель может быть использована для контроля стабильности стенки, скважины, выбора оптимальной плотности бурового раствора здесь строится так называемая одномерная геомеханическая модель вдоль ствола скважины, которая показывает не только какую плотность бурового.

84: Раствора можно взять, но также по этой модели можно оценить траекторию, оптимальную для добычи, то есть в какую сторону лучше прокладывать скважину, особенно если речь идёт про горизонтальные скважины также для успешного управления разраб.

85: Месторождения, необходимо знать, какие разломы являются проницаемыми, а какие нет, также нужно знать регионы увеличения проницаемости за счёт естественной трещиноватости Горных пород. И все это позволяет оценить геомеханическая модель.

86: То есть, когда у нас есть различные разломы на месторождении, мы можем заранее спрогнозировать, если разлом проницаемый, то, значит, через него будет протекать флюид. И это уже говорит о том, как мы будем планировать располагать добывающие и нагнёта.

87: Скважины. Если же у нас разлом непроницаемый, то это говорит о том, что необходимо разрабатывать каждую область отдельно. Если разлом проницаемый, то здесь уже совсем другая история. Помимо этого, не стоит забывать о том, что некоторые разломы, они

88: Критически напряжены. И если мы в близости этих разломов начнём нагнетать жидкость, то есть будут скважины для поддержания пластового давления. И если мы будем превышать определённый порог порового давления в этих скважинах,

89: То мы можем активировать эти разломы и вызвать сейсмичность. То есть мы можем вызвать различные негативные последствия, такие как землетрясения. При добыче углеводородов сам коллектор может разрушаться, особенно если это песчаный коллектор и происходит, вы

90: Песка, что негативно влияет как на добычу, так и на оборудование оно может быстро изнашиваться, и геомеханическая модель может также позволить предсказать эти негативные факторы при долговременной разработке. Также может произойти сниже.

91: Пластового давления, а это может вызвать захлопывание притока нефти, то есть может меняться проницаемость Пласта при увеличении давления вышележащих толщ. И это, конечно, нежелательное проявление, поэтому необходимо

92: Грамотно поддерживать пластовое давление и в геомеханике можно заранее предсказать, как повлияет изменение горного давления на проницаемость Горных пород. И вот, как вы видите, при различных стадиях мы рассматриваем как коммерческую часть.

93: Так, и техногенную часть, которая может повлечь за собой негативные разрушения, так и здесь при долговременной разработке, 1 сторона это снижение притока нефти, a2 сторона это просадка поверхности земли, когда мы начинаем просаживать

94: Пластовое давление. У нас появляется риск того, что земная поверхность начнёт проседать. Это тоже фактор, который необходимо учитывать и который решается за счёт построения геомеханической модели. И когда мы говорим про фильтрационные ёмкостные свойства коллек,

95: То, конечно, здесь необходимо упомянуть и про гидродинамическую модель в современной геомеханике мы строим так называемые 4 д геомеханические модели. То есть это трёхмерная геомеханическая модель месторождения, в которую ещё и добавляется

96: Знания о пластовых давлениях, об объёмах извлечённой и закачанной жидкости, флюидах и так далее. То есть это геомеханическая плюс гидродинамическая модель, которая позволяет нам в реальном времени следить за изменением, напряжённо деформирован

97: Состояния Пласта и своевременно принимать различные меры по предотвращению негативных последствий. Также следует упомянуть и про такие методы увеличения нефтеотдачи, как гидроразрыв пород про них. Мы с вами ещё более

98: Подробно будем разговаривать в дальнейшем в этом курсе. Здесь только следует сказать, что когда планируется провести грп гидроразрыв горной породы, то необходимо заранее спрогнозировать, в каком направлении, на какой протяжённости.

99: Какой ширины, какой высоты будет трещина. Нужно построить дизайн, грп и дизайн. Грп строится по геомеханическим параметрам. Нужно знать прочностные свойства, нужно знать распределение напряжений вокруг Пласта, нужно знать пластовое давление.

100: Свойства пород, поэтому здесь без геомеханики никак не обойтись. Причём при грп может быть как положительный эффект, так и отрицательный. То есть мы можем увеличить приток нефти, а можем, наоборот, обводнить Пласт, если у нас будет неконтролируе

101: Неограниченный рост высоты, трещины, трещина может прорваться в водоносные горизонты, и вся скважина будет обводнена. И чтобы этого избежать непосредственно, и проводят геомеханические исследования. Таким образом, как вы видите, геомеханическая модель, она

102: Сопровождает месторождение от самого начала и до самого конца. При этом нет необходимости каждый раз строить новую геомеханическую модель. Она строится в самом начале, и в дальнейшем она просто дополняется, обновляется за счёт новых полученных данных.

103: За счёт новых пробурённых скважин, за счёт новых измерений, прочности упругих свойств, каких-то пластовых давлений. Просто эта модель, она живёт вместе с самим месторождением, она меняется, и поэтому её можно применять. 1 модель можно применять в течении

104: Не все.