Study of the Conditions for the Development of Plastic Deformations in the Near-Wellbore Zone

During oil field development, optimal cementing conditions must be determined, including limitations on bottomhole pressures. Maximum permissible bottomhole pressures in wells producing oil deposits are often related to saturation pressures or maximum well productivity. At the same time, these values must ensure a stable wellbore and surrounding environment. This requires that pseudoplastic deformation be limited to an acceptable level that prevents significant disruption of the formation. The presence of extensive zones of high-intensity plastic deformation indicates the formation of fractured rock in the near-wellbore zone, which can lead to the formation of solids and the failure of downhole equipment due to abrasive wear. The study identified the maximum permissible bottomhole pressures below which plastic deformation in the near-wellbore zone is absent or of negligible intensity. The conformity of the occurrence of plastic deformations in the near-wellbore zone were studied for two types of rock found in the Republic of Tatarstan: weakly cemented sandstone and strong sandstone. Simulations were performed using an elastoplastic model with the Drucker-Prager limit surface and a non-associated plastic flow law. The model parameters were determined based on laboratory test data. The system of equations was solved using an explicit numerical scheme. Numerical calculations for wellbore conditions were performed with bottomhole pressure varying from the initial reservoir pressure to the minimum level accessible for calculations. Plastic deformation conditions were determined for various wellbore conditions, such as openhole, cased cemented hole with perforations varying for the length of the well with a hydraulic fracture. Accordingly, the calculation results for weakly cemented sandstone, the level of plastic deformation was obtained above the rock failure threshold at bottomhole pressures of 4-6.5 MPa. For hard sandstones, the level of plastic deformations is below the rock failure threshold for all model conditions.

Исследование условий развития пластических деформаций в прискважинной зоне

В процессе разработки нефтяных месторождений требуется определение оптимальных режимов их эксплуатации, которые включают в том числе ограничения по забойным давлениям. Предельно допустимые забойные давления в скважинах, эксплуатирующих нефтяные залежи, часто связаны со значениями давления насыщения, или максимальной продуктивностью скважин. В то же время их значения должны обеспечить устойчивое состояние скважины и окружающего пространства. Для этого необходимо, чтобы псевдопластическая деформация была ограничена допустимым уровнем, при котором в пласте не возникают значительные нарушения. Наличие обширных зон пластических деформаций большой интенсивности означает возникновение в прискважинной зоне пластика разрушенной породы, которая может являться причиной появления твердой фазы в продукции и выхода из строя внутрискважинного оборудования из-за абразивного износа. Исследованы предельные значения забойных давлений, до достижения которых пластические деформации в прискважинной зоне пласта отсутствуют или имеют низкие тепловые потери. Условия возникновения пластических деформаций в прискважинной зоне исследования для двух типов пород месторождений Республики Татарстан: слабосцементированного и крепкого песчаника. Моделирование осуществлялось в рамках упругопластической модели с предельной поверхностью Друккера – Прагера и неассоциированным уравнений решалась с использованием явной численной схемы. Численные расчеты данных лабораторных испытаний. Система решений решалась с использованием явной численной схемы. Численные расчеты для условий окрестности скважины проведены с изменением забойного давления от величины начального пластового давления до минимального, доступного для расчетов уровня. Определены условия пластических деформаций для различных скважинных условий, таких как открытый ствол, обсаженный зацементированный ствол с перфорационными каналами различной длины и ориентации, скважина с трещиной гидравлического разрыва пласта. По результатам расчетов для слабосцементированного песчаника уровень пластических деформаций ниже порога разрушения породы при забойных давлениях 4-6,5 МПа. Для крепких песчаников уровень пластических деформаций ниже порога разрушения породы для всех модельных условий.