Лаборатория геомеханики (в то время лаборатория механики нелинейных сред) была создана в 1972 г. выдающимся ученым академиком С.А.Христиановичем. В течение длительного времени он был ее заведующим, а затем научным руководителем.

Первоначально тематика лаборатории была связана с развитием новых идей в теории пластичности и их экспериментальным подтверждением. Но уже в конце 70-х годов основной акцент переносится на исследования, связанные с разработкой месторождений - сначала угольных, а затем нефтяных и газовых.

Предложенные С.А.Христиановичем новые взгляды и идеи получили в дальнейшем не только теоретическое, но и практическое развитие.

В настоящее время исследования лаборатории ведутся по следующим вопросам:
 - Механика нефтяных и газовых пластов
 - Механика слоистых сред
 - Физическая механика поверхностной области материалов
 - Лазерные методы измерений
 - Экспериментальная механика

Но основным направлением деятельности лаборатории являются проблемы разработки нефтяных и газовых месторождений, в первую очередь вопросы повышения нефтеотдачи пластов и безаварийного бурения нефтяных и газовых скважин. Эти исследования в основном сводятся к следующим:
 - Моделирование напряженно-деформационного состояния и разрушения пласта с учетом анизотропии деформационных и прочностных свойств пород, а также нелинейной фильтрации флюида - зависимость фильтрационных свойств пород от действующих в них напряжений.
 - Исследование влияния структурных нарушений пород на показатели прочности, определение прочностных свойств пород, характер разрушения, типа анизотропии и соответствующих упругих модулей.
 - Физическое моделирование процессов деформирования и разрушения породы в окрестности скважины при различных режимах ее работы, расчет напряжений и деформаций, возникающих в породе коллектора при различных дебитах скважины.

В последние годы в нефтяном деле произошли серьезные изменения, что связано в первую очередь со значительным увеличением глубины разрабатываемых месторождений, а также созданием новых технологий бурения и эксплуатации скважин - горизонтального бурения и бурения на депрессии.

Это привело к тому, что на первый план вышли проблемы деформирования и разрушения грунтового скелета в процессе эксплуатации месторождений, устойчивости стволов скважин, влияния возникающих в пласте напряжений на фильтрационные характеристики пласта. Оказалось, что всем этим вопросам уделялось недостаточно внимания, а между тем именно они зачастую оказываются решающими при создании эффективных и экологически безопасных технологий разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений.

Традиционным подходом к решению указанных проблем является создание математических моделей и попытка с их помощью ответить на указанные вопросы. Однако для горных пород с ярко выраженной анизотропией упругих и прочностных свойств, каковыми являются нефтяные и газовые пласты, большим числом деформационных и прочностных параметров подобный путь является, по-видимому, мало перспективным.

Развиваемый в лаборатории подход кардинально отличается от описанного выше. В его основе лежит прямое физическое моделирование процессов деформирования и разрушения горных пород в коллекторах нефтяных и газовых месторождений на испытательной системе трехосного независимого нагружения (ИСТНН).

Созданная в Институте проблем механики РАН установка ИСТНН является уникальным экспериментальным стендом. Она предназначена для изучения деформационных, прочностных и фильтрационных характеристик пород нефтегазовых, рудных и угольных месторождений. Установка позволяет воссоздавать на образцах породы, представляющих собой кубики с гранью 40 или 50 мм, любые напряженные состояния, возникающие в призабойной зоне пласта при бурении скважины, ее освоении и эксплуатации, а также изучать их влияние на фильтрационные свойства породы.

Четырехканальная система предоставляет возможность управлять процессом нагружения либо по усилиям, либо по перемещениям по каждому из трех каналов, и реализовать практически любую траекторию нагружения (деформирования) образца, включая процесс разрушения.

Испытательная система трехосного независимого нагружения

Экспериментальные и теоретические исследования, выполненные с помощью установки ИСТНН, позволили выявить первостепенную роль процессов деформирования и разрушения грунтового скелета при снижении давления нефти в пласте для повышения нефтеотдачи пластов и продуктивности скважин. На основе этих представлений С.А. Христановичем и его учениками был разработан новый метод увеличения продуктивности нефтяных и газовых скважин - метод направленной разгрузки пласта (метод георыхления).

Метод георыхления направлен на значительное увеличение проницаемости нефтяных и газовых пластов в окрестности скважин, и, как следствие, увеличение их добывных возможностей путем направленного создания в породе искусственной системы трещин. Отличие новой технологии от традиционных состоит в том, что эффект достигается не путем внешнего техногенного воздействия на продуктивные пласты (закачивания кислот, гидроразрыва и т.д.), а за счет использования внутренних сил, запасенных в них природой - горного давления вышележащих пород и пластового давления нефти и газа. Это огромный запас энергии, но использование его для месторождений разных типов и условий залегания имеет свои особенности, без учета которых можно не только не добиться увеличения дебита скважин, но даже ухудшить ситуацию.

Метод георыхления успешно применялся на ряде месторождений Западной Сибири и Пермской области при освоении скважин, капитальном ремонте добывающих скважин и капитальном ремонте нагнетательных скважин.

Практика показывает, что на не обсаженных скважинах обычно удается достичь 2-4-х кратного увеличения дебита, а на обсаженных 1,5-2 кратного увеличения. Особенно хорошие результаты были получены при работе на нагнетательных скважинах, где увеличение приемистости было 15-и - 20-и кратным.

Разработанная технология защищена 7 российскими патентами и 1 евразийским патентом.

Другой проблемой, в решении которой удалось достичь значительных успехов на основе развитого подхода, является проблема влияния геометрии скважин на устойчивость их стволов. Это связано с широким распространением технологии добычи нефти и газа с помощью горизонтальных скважин, а также путем строительства многозабойных скважин, когда из основного вертикального ствола разбуриваются несколько боковых.

Практика показывает, что при достижении зенитного угла (угла наклона скважины) определенной величины (обычно 450 - 550 в зависимости от типа пород) часто возникают осложнения при бурении. Происходит остановка проходки и вынос большого количества шлама, что свидетельствует о разрушении и осыпании стенок ствола скважины.

В лаборатории была разработана модель указанного явления, в основе которой лежит предположение, что наиболее вероятной причиной разрушения стволов наклонных скважин является анизотропия деформационных и прочностных свойств пород, перекрывающих коллектора нефтяных и газовых месторождений. Причем, что особенно важно с точки зрения разрушения, в породе имеются поверхности ослабления, обусловленные наличием напластования. Именно по этим поверхностям в первую очередь будет происходить разрушение породы в ходе проводки скважины. Основанием для принятия такой модели является тот факт, что при проводке вертикальных стволов на тех же самых объектах потери устойчивости стенок скважин не наблюдается.

На основе развитой модели была разработана методика прямого моделирования процесса бурения как наклонных, так и горизонтальных скважин на установке ИСТНН, позволяющая определять оптимальные параметры их бурения и эксплуатации.

Указанный подход был реализован по заказу крупнейших российских компаний ОАО "Газпром", ОАО "ЛУКОЙЛ", ОАО "Сургутнефтегаз" на ряде нефтяных и газовых месторождений, таких как Штокмановское газоконденсатное месторождение, Приразломное нефтяное месторождение, Рогожинское нефтяное месторождение и др. Полученные результаты легли в основу принятых технологических решений по проектам их разработки.