Краснікова Олена ОлександрівнаВижва Сергій Андрійович2024-06-132024-06-132024Краснікова О. О. Геофізичний супровід планування та проведення гідравлічного розриву пласта : дис. … д-ра філософії : 103 Науки про Землю / Краснікова Олена Олександрівна. – Київ, 2024. – 129 с.УДК 550.552.553https://ir.library.knu.ua/handle/15071834/1965Дисертаційна робота присвячена аналізу особливостей та розробці оптимальної методики оцінки та контролю гідравлічного розриву пласта (ГРП) геофізичними методами з урахуванням регіональних особливостей нетрадиційних порід-колекторів Дніпровсько-Донецької западини. У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи у контексті загальнодержавної програми розвитку мінерально-ресурсної бази України на період до 2030 року. Автором встановлено мету, завдання, предмет, об’єкт, методи дослідження, описано наукову новизну отриманих результатів, їх практичне значення. Надано відомості щодо апробації результатів дисертаційного дослідження та особистий внесок здобувача. У першому розділі наведено огляд історії розвитку технології ГРП, що набула широкого використання з початком активного видобутку з нетрадиційних колекторів вуглеводнів та застосування в цій галузі мікросейсмічного моніторингу, що почалося на початку 21 століття. Розглянуто основні поняття механіки тріщин та основні моделі поширення тріщини ГРП, в тому числі PKN, KGD, радіальну, P3D, PL3D та найбільш широко використовувані методи чисельного моделювання тріщини та систем тріщин та розломів. Охарактеризовано особливості петрофізичних досліджень, що проводяться на підготовчому етапі до проведення ГРП. Серед основних фізичних параметрів при плануванні ГРП використовуються модуль Юнга, коефіцієнт Пуассона, індекс крихкості, тріщиностійкість, ефект пошкодження пласта. Описано основні принципи моделювання ГРП в лабораторних умовах з метою вимірювання зміни проникності до і після виникнення тріщин, та акустичної емісії. Розглянуто принципи мікросейсмічного моніторингу ГРП, основні типи систем спостереження, їхні переваги й недоліки. Наведено основні етапи обробки мікросейсмічних даних, та класифікацію видів інтерпретації мікросейсмічних даних. У другому розділі охарактеризовано два найбільш важливі етапи обробки мікросейсмічної інформації – побудову швидкісної моделі геологічного середовища та обчислення положення гіпоцентрів мікросейсмічних подій. Розглянуто основні етапи побудови та калібрування швидкісної моделі з урахуванням особливостей нетрадиційних порід-колекторів та наведено існуючі класифікації швидкісних моделей. Розглянуто класифікацію методів визначення гіпоцентра мікросейсмічної події з поділом на абсолютні та відносні. Описано теоретичні основи та особливості застосування основних методів в межах кожної з категорій та приведено порівняння результатів використання абсолютних та відносних методів визначення положення гіпоцентрів мікросейсмічних подій. У третьому розділі розглянуто поняття «нетрадиційний колектор» та особливості його використання в технічній літературі, наведено відмінності нетрадиційних ресурсів вуглеводнів від традиційних, включаючи фільтраційно-ємнісні властивості, особливості залягання та технології видобутку. Приведено характеристику та розповсюдження нетрадиційних вуглеводнів основних нафтогазоносних регіонів України, - сланцеві вуглеводні, вуглеводні ущільнених теригенних та карбонатних порід, метан вугільних родовищ, газогідрати. Наведено характеристику досліджених в дисертаційній роботі об’єктів – ущільнених пісковиків центральної та північної прибортової частин ДДЗ. У четвертому розділі надається аналіз розвитку досліджень крихкості в точних науках та науках про Землю. Наведено основні області використання індексу крихкості – підготовка до робіт з ГРП, горизонтальне буріння, геотермія, видобуток метану з вугільних пластів, моніторинг підземних та гідротехнічних споруд тощо. Розглянуто підходи до визначення індексу крихкості гірських порід: мінералогічний (методи Jarvie, WangGale, Jin); на основі каротажних даних (емпіричні залежності); на основі пружних властивостей (Rickman, Goodway; за допомогою бразильського тесту; з використанням кута внутрішнього тертя). Проаналізовано переваги та недоліки наведених методів. Проведено розрахунок та порівняльний аналіз індексів крихкості різними методами – Jarvie, Jin, Rickman, кута внутрішнього тертя для нетрадиційних порід-колекторів Дніпровсько-Донецької западини, за результатами якого рекомендовано до використання метод Jarvie. У п’ятому розділі наведено стислу характеристику методів, що використовуються при кількісній інтерпретації сейсмічних даних (технологій AVO, сейсмічної інверсії, літологічної класифікації сейсмічних даних на її основі) для вибору кандидатів на ГРП. Вперше розраховано індекси крихкості (ІК) за каротажними даними для порід кам’яновугільного періоду північної прибортової частини ДДЗ за методиками Jarvie, Goodway, Chen, Feng. Проаналізовано взаємозв’язки ІК з глинистістю, піщанистістю та пористістю. Запропоновано удосконалену методику кросплотингу літологічних класів для ущільнених порід-колекторів з використанням пар ІК. Отримано куби літологічної класифікації та вірогідностей розповсюдження нетрадиційних пісковиків-колекторів для відкладів кам’яновугільного періоду північної прибортової частини ДДЗ. Проведено порівняння двох використаних пар ІК та рекомендовано до використання методику Feng -Chen за результатами «сліпого тесту» та матриці невідповідностей. Вперше отримано куби крихкості для ДДЗ в цілому і відкладів кам’яновугільного періоду північної прибортової частини зокрема за технологією кольорової інверсії з використанням розширеного еластичного імпедансу (ЕЕІ). Наукова новизна дослідження полягає у тому, що вперше на основі проведеного порівняльного аналізу методик розрахунку індексу крихкості за лабораторними даними для нетрадиційних теригенних порід-колекторів Дніпровсько-Донецької западини оцінено їх перспективність для проведення ГРП; вперше розраховано ІК за каротажними даними для порід кам’яновугільного періоду північної прибортової частини ДДЗ за методиками Jarvie, Goodway, Chen, Feng. Проаналізовано взаємозв’язки ІК з глинистістю, та пористістю; було запропоновано удосконалену методику літолоічної класифікації ущільнених порід-колекторів з використанням пар ІК. Отримано куби літологічної класифікації та вірогідностей розповсюдження нетрадиційних пісковиків-колекторів для відкладів кам’яновугільного періоду північної прибортової частини ДДЗ. Проведено порівняння двох використаних пар ІК та рекомендовано до використання методику Feng-Chen за результатами «сліпого тесту» та матриці невідповідностей; вперше отримано куби крихкості для ДДЗ в цілому і відкладів кам’яновугільного періоду північної прибортової частини, зокрема, за технологією кольорової інверсії з використанням розширеного еластичного імпедансу (ЕЕІ)); визначено особливості вибору методики обчислення положення гіпоцентрів мікросейсмічних подій при моніторингу процесу ГРП.The dissertation is devoted to the analysis of characteristics and the development of the optimal methodology for the assessment and control of hydraulic fracturing (HF) by geophysical methods, taking into account the regional characteristics of unconventional reservoir rocks of the Dniprщ-Donetsk Basin. The introduction substantiates the relevance of the dissertation work in the context of the national program for the development of the mineral resource base of Ukraine for the period up to 2030. The author established the main goal, tasks, subject, object, research methods, described the scientific novelty of the obtained results, their practical significance. Information on the approval of the results of the dissertation research and the personal contribution of the recipient is provided. The first chapter provides an overview of the history of the development of fracturing technology, which became widely used with the beginning of active production from unconventional hydrocarbon reservoirs and the use of microseismic monitoring in this field, which started at the beginning of the 21st century. The basic concepts of fracture mechanics and the main fracture propagation models of hydraulic fracturing, including PKN, KGD, radial, P3D, PL3D and the most widely used methods of numerical modeling of fractures and systems of fractures and faults, are considered. The characteristics of petrophysical research conducted at the preparatory stage for hydraulic fracturing are described. Young's modulus, Poisson's ratio, brittleness index, fracture toughness, formation damage effect are used among the main physical parameters in hydraulic fracturing planning. The basic principles of hydraulic fracturing modeling in laboratory conditions are described in order to measure changes in permeability before and after the occurrence of fractures, and acoustic emission. The principles of microseismic fracturing monitoring, the main types of monitoring systems, their advantages and disadvantages are considered. The main stages of processing microseismic data and the classification of types of interpretation of microseismic data are given. The second chapter describes the two most important stages of processing microseismic information - building a velocity model of the geological environment and calculating the position of hypocenters of microseismic events. The main stages of construction and calibration of the velocity model are considered, taking into account the features of unconventional reservoir rocks, and the existing classifications of velocity models are given. The classification of methods for determining the hypocenter of a microseismic event, divided into absolute and relative, is considered. The theoretical foundations and features of the application of the main methods within each of the categories are described, and a comparison of the results of the use of absolute and relative methods for determining the position of hypocenters of microseismic events is given. In the third section, the concept of "unconventional reservoir" and the features of its use in the technical literature are considered, the differences of unconventional hydrocarbon resources from traditional ones are given, including filtration-capacity properties, features of occurrence and production technologies. The characteristics and distribution of unconventional hydrocarbons of the main oil and gas-bearing regions of Ukraine are given - shale hydrocarbons, hydrocarbons of compacted terrigenous and carbonate rocks, methane of coal deposits, gas hydrates. The characteristics of the objects investigated in the dissertation work are presented - compacted sandstones of the central and northern parts of the DDB. The fourth chapter provides an analysis of the development of brittleness research in the general and in earth sciences. The main areas of use of the brittleness index are given - preparation for hydraulic fracturing, horizontal drilling, geothermal energy, methane extraction from coal horizons, monitoring of underground and hydrotechnical structures, etc. The approaches to determining the brittleness index of rocks are considered: mineralogical (Jarvie, WangGale, Jin methods); based on logging data (empirical reations); based on elastic properties (Rickman, Goodway; using the Brazilian test; using the angle of internal friction). The advantages and disadvantages of the given methods are analyzed. Calculation and comparative analysis of fragility indices by various methods - Jarvie, Jin, Rickman, internal friction angle for non-traditional reservoir rocks of the Dnipro-Donetsk Basin was carried out, based on the results of which the Jarvie method is recommended for use. The fifth chapter gives a brief description of the methods used in the quantitative interpretation of seismic data (AVO technologies, seismic inversion, lithological classification of seismic data based on it). For the first time, BI was calculated based on logging data for rocks of the Carboniferous period in the northern part of the DDB using the methods of Jarvie, Goodway, Chen, and Feng. Interrelationships of BI with clay, sand, and porosity were analyzed. An improved method of cross-plotting of lithological classes for tight reservoir rocks using BI pairs is proposed. Cubes of lithological classification and distribution of probabilities of unconventional reservoir sandstones for Carboniferous sediments of the northern part of the DDB were obtained. A comparison of the two BI pairs used was made and the Feng-Chen method was recommended for use based on the results of the "blind test" and the matrix of inconsistencies. For the first time, fragility cubes were obtained for DDB in general and deposits of the Carboniferous period of the northern part of the coast, in particular, using color inversion technology using EEI. The scientific novelty of the study is that for the first time, based on the comparative analysis of methods for calculating the fragility index based on laboratory data for unconventional terrigenous reservoir rocks of the Dnipro-Donetsk basin, their prospects for hydraulic fracturing have been assessed; for the first time, BI was calculated based on logging data for rocks of the Carboniferous period in the northern part of the DDB using the methods of Jarvie, Goodway, Chen, and Feng. Interrelationships of BI with clayiness and porosity were analyzed; an improved method of lithological classification of compacted reservoir rocks using IR pairs was proposed. Cubes of lithological classification and distribution probabilities of unconventional reservoir sandstones for Carboniferous sediments of the northern part of the DDB were obtained. A comparison of the two BI pairs used was made and the Feng-Chen method was recommended for use based on the results of the "blind well test" and the matrix of inconsistencies; for the first time, brittleness cubes were obtained for DDB as a whole and for deposits of the Carboniferous period of the northern part, in particular, by colored inversion technology using extended elastic impedance (EEI)); the choosing the method of calculating the position of the hypocenters of microseismic events during the monitoring of the hydraulic fracturing process are determined.uaГРПіндекс крихкостінетрадиційні породи-колекторинафта і газвуглеводнiнетрадиційні джерела вуглеводнівгідророзрив пластаГДСпорода-колекторшвидкісна модельрозв'язання оберненої задачімодуль пружностіущільнені пісковикиДніпровсько-Донецька западинаseismic explorationpetrophysicsmicroseismic monitoringhydraulic fracturingbrittleness indexunconventional reservoir rocksoil and gashydrocarbonsunconventional hydrocarbon sourceswell loggingreservoir rockvelocity modelsolution of the inverse problemmodulus of elasticitycompacted sandstonesDnieper-Donetsk depressionДисертація