20. С.В. Головин. Моделирование гидроразрыва пласта: теория и эксперимент

27 января состоялось 20-ое заседание междисциплинарного научного семинара «МЕХАНИКА: эксперимент, моделирование, приложения» Доклад "Моделирование гидроразрыва пласта: теория и эксперимент" сделал Сергей Валерьевич Головин, д.ф.-м.н., проф. РАН, ИГиЛ СО РАН, НГУ Аннотация Гидроразрыв пласта (ГРП) является одним из наиболее применимых современных методов увеличения нефтеотдачи. Он состоит в создании и закреплении в продуктивной части пласта протяженных трещин, являющихся высоко проводящими каналами для ластовых флюидов. Трещины создаются закачкой в пласт неньютоновских жидкостей с расклинивающим агентом – проппантом. Технологическое применение гидроразрыва опирается на предварительное моделирование, позволяющее достичь требуемых параметров трещины при заданных геологических условиях и внешних ограничениях. С точки зрения математического моделирования описание гидроразрыва является сопряженной задачей гидроупругости, включающей течение неньютоновских жидкостей и суспензий, взаимодействие с пороупругой пластовой средой, требующей описания нелинейных процессов роста и смыкания трещины, а также разрушения породы. Доклад представляет обзор работ коллектива ИГиЛ СО РАН по теоретическому и экспериментальному моделированию ГПР.В докладе описывается иерархия математических моделей гидроразрыва пласта, учитывающих различные режимы развития трещины и сопряженных с транспортом неньютоновских жидкостей и суспензий твердых частиц. Наличие иерархии моделей позволяет решать прикладные задачи создания дизайна трещины множественного гидроразрыва пласта с учетом ограничений, накладываемых требованиями инженерного применения, а также научные задачи механики пороупругих сред и неньютоновских жидкостей. Для лучшего понимания процессов, происходящих при гидроразрыве, а также валидации математических моделей, проведены созданы уникальные экспериментальные стенды по транспорту частиц проппанта неньютоновскими жидкостями в модельной трещине, а также по развитию трещины ГРП в оптически прозрачных материалах. Эксперименты позволили дать описание механизмов транспорта частиц вязко-упругими жидкостями, локальной остановки (бриджинга) частиц, характерных картин течения для жидкостей ГРП различного типа. Описаны особенности роста трещины ГРП при последовательной закачке жидкостей с различной реологией, моделирующих пульсовую закачку проппанта или использование нестандартных дизайнов гидроразыва. Показана возможность существенного увеличения проводимости трещины ГРП за счет правильного подбора жидкостей и выбора дизайна разработки. Литература 1. Golovin S.V., Isaev V.I., Baykin A.N., Kuznetsov D.S., Mamontov A.E. Hydraulic fracture numerical model free of explicit tip tracking // Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 2015, 76, 174–181 2. Golovin S.V., Baykin A.N. Stationary dipole at the fracture tip in a poroelastic medium // Int. J. Sol. Struct. (2015), V. 69–70, 305–310 3. Головин С.В., Казакова М.Ю. Одномерная модель вытеснения двухфазной жидкости в щели с проницаемыми стенками // ПМТФ. (2017) т. 58, №1, 22-36 4. Golovin S.V., Baykin A.N. Influence of pore pressure on the development of a hydraulic fracture in poroelastic medium // Int. J. Rock Mech. Min. Sci. (2018). 108. 198–208 5. Baykin A.N., Golovin S.V. Application of the fully coupled Planar 3D poroelastic HF model to the analysis of the permeability contrast impact on fracture propagation // Rock Mech. Rock Eng. 2018. V. 51(10), 3205-3217 6. Б.Н. Старовойтова, С.В. Головин, Е.А. Кавунникова, Е.В. Шель, Г.В. Падерин. Оптимизация дизайна гидроразрыва пласта для горизонтальной скважины // Нефтяное хозяйство, (2019) 7. А.А. Ерофеев, Р.Н. Никитин, Д.А. Митрушкин, С.В. Головин, А.Н. Байкин, А.А. Осипцов, Г.В. Падерин, Е.В. Шель «Кибер ГРП» --– программная платформа для моделирования, оптимизации и контроля операций гидроразрыва пласта // Нефтяное хозяйство, (2019) 8. Skopintsev, A.M., Dontsov, E.V., Kovtunenko, P.V., Baykin, A.N., Golovin, S.V. The coupling of an enhanced pseudo-3D model for hydraulic fracturing with a proppant transport model // Eng. Frac. Mech., (2020), 236, 107177 9. Golovin, S., Besov, A., Chebotnikov, A., & Ermanyuk, E. Experimental Study of Proppant Bridging in a Model of a Hydraulic Fracture // SPE Journal, (2022) 1-12SPE-208618-PA.