Газовые месторождения Арктики часто сложены рыхлыми песчаниками, которые легко разрушаются во время добычи. Когда газ поступает в скважину из-за перепада давления, вместе с ним начинают смещаться частицы породы. Этот вынос песка повреждает оборудование, засоряет систему и может привести к авариям.
Ученые предложили комплексный подход к исследованию пластов сложных газовых месторождений в Арктике: они объединили геомеханические методы с цифровой рентгеновской томографией и 3D-моделированием, чтобы точно определить условия разрушения пород вокруг скважин и подобрать оптимальные параметры борьбы с выносом в них песка. По сообщению пресс-службы Российского научного фонда, результаты помогут российским нефтегазовым компаниям снизить аварийность и повысить эффективность добычи на месторождениях Арктики. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering.
Проблема в том, что давление вокруг скважины распределяется неравномерно. В обычных испытаниях такие условия воспроизвести сложно. Поэтому ученые из Института проблем механики имени А. Ю. Ишлинского РАН (Москва) воспроизвели в лаборатории точную «геометрию» напряжений, которые возникают на стенках газовых скважин. Для этого специалисты исследовали образцы пород-песчаников из месторождения в российской Арктике с помощью нескольких методов.
Авторы исследовали образцы породы на установке истинно трехосного нагружения — она воссоздает реальные напряжения на стенке скважины при изменении давления. В экспериментах использовали в том числе образцы с просверленным в центре сквозным отверстием: так ученые изучали вынос песка из породы в скважину, измеряя объем и размеры частиц. Выяснилось, что из пласта выносятся не только отдельные зерна (в среднем около 0,08 мм), но и фрагменты породы до 0,35 мм. Эти данные помогли подобрать оптимальный размер набивки фильтров внутри скважины — чтобы удерживать и мелкие зерна, и крупные обломки.
До и после испытаний образцы сканировали на высокоразрешающем микротомографе. Полученные 3D‑модели позволили изучить внутреннюю структуру породы, проследить за зарождением и ростом трещин, сопоставить геометрию разрушения с приложенными нагрузками, а также проанализировать состав породы и вынесенного песка.
Эксперименты показали, что порода неоднородна по прочности: разрушение скважины начинается в «уязвимых» точках. Физическое моделирование позволило определить безопасный перепад давлений, при котором стенки скважины сохраняют устойчивость.
Комплексный подход — сочетание геомеханических экспериментов и цифровых методов — помог ученым описать поведение породы вокруг скважин. Это дает возможность на этапе проектирования предсказывать ее поведение в местах добычи газа, выбирать безопасные режимы разработки и эффективно бороться с выносом песка в скважины.
Важно, что исследования проведены на отечественном оборудовании с использованием оригинальных методик — это способствует импортозамещению при освоении газовых запасов арктического шельфа.
Наше исследование вносит вклад в одну из ключевых проблем разработки арктических месторождений — обеспечение устойчивости скважин и контроль выноса песка в «слабых» породах. Полученные результаты помогут снизить риски аварий, связанных с обрушением стенок скважин и выходом из строя оборудования, что особенно важно для удаленных и труднодоступных объектов, где ремонт требует колоссальных затрат и времени. Полученные результаты — не финальная точка, а основа для следующего этапа. В рамках нового проекта РНФ мы уже приступили к развитию предложенного подхода, чтобы в дальнейшем обеспечить еще более точные научно обоснованные рекомендации для широкого спектра горно-геологических условий и режимов работы скважин.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что в СВФУ разработают адаптированные к арктическому лету детали для вездеходов.
