Scientific justification of the perforation methods for Famennian deposits in the southeast of the Perm Region based on geomechanical modelling

Чернышов, С Е; Попов, С. Н.; Varushkin, S.V.; Melekhin, Alexandr; Krivoshchekov, Sergey; Ren, Shaoran

doi:10.31897/pmi.2022.51

Cited by 3 publications

(2 citation statements)

References 25 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Соотношения ( 8)-( 11) реализованы в программном комплексе численного конечно-элементного моделирования ANSYS [17][18][19][20]. Для расчетов НДС в данном программном продукте была создана осесимметричная конечно-элементная схема, приведенная на рис.…”

Section: численный метод расчета напряжений в околоскважинной зонеunclassified

Comparative Analysis of the Analytical and Numerical Methods for Calculating the Stress-Strain State of the Near-Wellbore Zone Based on the Elastic Model Taking Into Account the Main Structural Elements of the Well

Попов¹,

Чернышов²,

Кривощеков³

2023

IZVESTIYA

View full text Add to dashboard Cite

Ссылка для цитирования: Попов С.Н., Чернышов С.Е., Кривощеков С.Н. Сопоставительный анализ аналитического и численного методов расчета напряженно-деформированного состояния околоскважинной зоны на основе упругой модели с учетом основных конструктивных элементов скважины // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2023. – Т. 334. – № 5. – С.94-102. Актуальность исследования обусловлена необходимостью расчета напряженно-деформированного состояния околоскважинной зоны при разработке нефтяных и газовых месторождений для прогноза устойчивости обсадной колонны и сохранности цементного камня. Цель: на основе сопоставительного анализа методов аналитического и численного моделирования расчета напряжений вблизи вертикальной скважины с применением упругой модели определить распределение радиальных и угловых напряжений, сопоставить точность их вычисления разными методами и выявить достоинства и недостатки каждого из них. Объекты: околоскважинная зона терригенного коллектора ачимовских отложений одного из месторождений Ханты-Мансийского автономного округа. Методы: аналитический и численный конечно-элементный методы расчета напряженно-деформированного состояния околоскважинной зоны с учетом основных конструктивных элементов скважины и с использованием линейно-упругой модели. Результаты. Рассмотрены аналитические соотношения, используемые для расчета радиальных и угловых напряжений в колонне, цементном камне и породе-коллекторе, а также уравнения, применяемые при численном конечно-элементом моделировании напряжений вблизи вертикальной скважины. Разработана конечно-элементная схема околоскважинной зоны, включающая ее основные конструктивные элементы. Представлены результаты расчета основных компонент тензора напряжений в конструктивных элементах скважины в зависимости от радиальной координаты для величин забойного давления 20, 40 и 60 МПа. Проведен сопоставительный анализ результатов расчетов напряжений указанными методами. Показано, что наибольшее расхождение между аналитическим и численным методом составило 2 %, что соответствует радиальным напряжениям для варианта расчета с забойным давлением 20 МПа. В среднем расхождения составили: для радиальных напряжений – 0,04 %, для угловых – 0,72 %. Сделан вывод о том, что при использовании модели линейно-упругой среды и при граничных условиях в виде закрепления модели в верхней и нижней части по нормали к поверхности, а также без учета распределения давления в депрессионной воронке модели достаточно использовать аналитический метод расчета. Если же предполагается использовать комбинированные граничные условия, пороупругую модель, учет вязкопластических деформаций, то наиболее предпочтительно использовать метод численного моделирования.

show abstract

Section: численный метод расчета напряжений в околоскважинной зонеunclassified

Comparative Analysis of the Analytical and Numerical Methods for Calculating the Stress-Strain State of the Near-Wellbore Zone Based on the Elastic Model Taking Into Account the Main Structural Elements of the Well

Попов¹,

Чернышов²,

Кривощеков³

2023

IZVESTIYA

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…), а также производят вторичное вскрытие продуктивного объекта c помощью различных методов перфорации: кумулятивной, щелевой, пулевой, сверлящей и др. [1][2][3][4]. Подобные явления приводят к трансформации напряженнодеформированного состояния пород-коллекторов вблизи скважины [5][6][7][8], а также к изменению поля распределения давления и скорости потока флюида в околосважинной зоне [9][10][11][12][13].…”

Section: Introductionunclassified

Numerical analysis of a pressure distribution field and fluid flow velocity vectors near cumulative perforation holes

Popov,

Chernyshov

2024

IZVESTIYA

View full text Add to dashboard Cite

Relevance. The need to determine a reliable pressure distribution field and fluid filtration velocity vectors inside the perforation hole and the reservoir rock surrounding it. Aim. On the basis of numerical finite element modeling of the fluid flow inside the perforation holes and its filtration in the surrounding reservoir rock, to reveal the patterns of pressure distribution and fluid filtration vectors in the perforation hole, on its walls and in the near-wellbore zone. Objects. Near-wellbore zone of a limestone reservoir of one of the oil fields in the south of the Perm Region, including perforations. Methods. Numerical finite element method for calculating the flow and filtration of liquid in the near-wellbore zone, taking into account the geometry of perforation holes. Results. The paper considers the main relationships used in numerical simulation of fluid flow and filtration in the ANSYS finite element modeling software package. The authors have developed the finite element scheme of the near-wellbore zone, including cumulative perforation holes and taking into account their geometric parameters, as well as the fact that inside the holes the fluid flow is modeled in open space using the Navier–Stokes equations, and in the surrounding reservoir rock based on the filtration equations and Darcy's law. Numerical calculations were carried out, on the basis of which the distribution of pressure, flow velocities and fluid filtration inside the holes and in the near-wellbore zone as a whole was obtained. Calculations were made with varying pressure in the well (or pressure drawdown), as well as for different values of reservoir permeability. The calculation results showed that for the actual drawdown values of 10 MPa and the reservoir permeability of 50 mD, the value of pressure change inside the perforation holes will not exceed 0.01 MPa, i.e. it can be assumed that it practically does not change inside the hole. It is noted that the maximum value of the filtration rate corresponds to the top of the perforation holes and then its value decreases as it approaches the borehole wall. It is concluded that in further modeling of the stress-strain state of the near-wellbore zone, taking into account the holes of cumulative perforation on the surface of the holes, it is permissible to set a constant pressure value equal to the pressure in the well, and not logarithmic or any other distribution of it.

show abstract

Analysis of wells cement sheath stability during shaped charge perforating based on geomechanical modeling

et al. 2023

View full text Add to dashboard Cite

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 finite-element 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 near-wellbore 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.

show abstract

Scientific justification of the perforation methods for Famennian deposits in the southeast of the Perm Region based on geomechanical modelling

Cited by 3 publications

References 25 publications

Comparative Analysis of the Analytical and Numerical Methods for Calculating the Stress-Strain State of the Near-Wellbore Zone Based on the Elastic Model Taking Into Account the Main Structural Elements of the Well

Comparative Analysis of the Analytical and Numerical Methods for Calculating the Stress-Strain State of the Near-Wellbore Zone Based on the Elastic Model Taking Into Account the Main Structural Elements of the Well

Numerical analysis of a pressure distribution field and fluid flow velocity vectors near cumulative perforation holes

Analysis of wells cement sheath stability during shaped charge perforating based on geomechanical modeling

Contact Info

Product

Resources

About