7 Осложнения при бурении. Поглощения и газанефтеводопроявления. Осложнения при бурении нефтяных и газовых скважин

• Название: Осложнения при бурении нефтяных и газовых скважин
• Дата: 17.03.2022
• Размер: 381.02 Kb.
• Имя файла: 7 Осложнения при бурении. Поглощения и газанефтеводопроявления.docx
• Тип: Документы; #401224
• страница: 5 из 8

1. Напряженное состояние пород в околоствольной зоне

В нетронутом массиве горные породы находятся в условиях всестороннего сжатия. Величина горного давления может быть определена по ранее приведенной методике. Горизонтальная составляющая этого давления Р_-определяется из выражения

, (2)

где К – коэффициент распора.

, (3)

где μ – коэффициент Пуассона.

Как указывалось ранее, для большинства пород μ=0,25, однако с увеличением давления и температуры μ увеличивается, поэтому величина коэффициента распора может доходить до 0,7-0,9.

В процессе бурения горизонтальное напряжение, возникающее в результате действия горного давления, снимается. Одновременно при значительных глубинах температура в скважине ниже, чем в породе. Вследствие этого в приствольной зоне возникают растягивающие напряжения. Вместе с тем на стенки скважины действует гидростатическое давление столба бурового раствора, и в породе возникают сжимающие напряжения. Под действием алгебраической суммы этих напряжений в горной породе возникают деформации. Если деформация превышает предел упругости, то начинается пластическое течение пород. Диаметр скважины уменьшается. В хрупких породах при предельной деформации происходит их разрушение, и диаметр скважины увеличивается.

Если основной причиной нарушения устойчивости стенок скважины считать изменение напряженного состояния пород, то повышение плотности бурового раствора уменьшит вероятность осыпей и обвалов. Однако как показывают исследования это мероприятие лишь отодвигает время начала осложнений, а не препятствует образованию каверн. Вместе с тем очистка ствола от шлама существенно улучшается.

Колебания давления в скважине в процессе бурения приводят к изменению деформации пород, что нарушает внутренние связи между частицами и способствует нарушению устойчивости ствола.

При производстве спуско‑подъемных операций, вращении колонны бурильных труб в горных породах околоствольного пространства возникают усталостные разрушения.
2. Влияние бурового раствора на устойчивость стенок скважины
В процессе бурения происходит взаимодействие бурового раствора и горной породы. Большинство исследователей рассматривают приствольную зону в виде трех концентрических слоев.

Слой I – в нем происходит взаимодействие всех компонентов раствора с породой. Толщина его от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров.

Слой II – со многими компонентами раствора горная порода в контакт не вступает, однако вода из раствора за счет диффузии, осмоса, обратного осмоса в этот слой проникает. Радиус этого слоя до нескольких метров.

Слой III – породы сохраняют естественные свойства.

Если в слое II находятся глинистые породы, то происходит их набухание, давление внутри породы увеличивается, в результате начинается их выпучивание и осыпание. Кроме того, вследствие попадания воды связи между глинистыми частицами существенно уменьшаются, так как эти связи, как указывалось ранее, в основном молекулярные. Одновременно вода выполняет роль смазки, что приводит к более интенсивному разрушению стенок скважины.

В других породах (не глинистых) эти процессы также имеют место, но они менее заметны, а в крепких породах практического значения не имеют.

Из сказанного можно сделать вывод, что одним из основных показателей бурового раствора, влияющего на устойчивость горных пород, является водоотдача. Этот показатель определяет степень и глубину увлажнения пород.

3. Признаки изменения первоначального состояния стенок скважины

Признаками неустойчивости стола являются:

• 
  избыточный шлам в циркуляционной системе, наличие остроконечного шлама;
  
• 
  увеличение давления бурового раствора при циркуляции;
  
• 
  рост вязкости раствора;
  
• 
  недопуск инструмента на забой после его спуска.
  

В случае сужения ствола появляются посадки и затяжки инструмента.

4. Методы предупреждения нарушений

устойчивости ствола скважины

Очевидно, что для предупреждения неустойчивости стенок скважины, необходимо снизить влияние факторов, приводящих к этому. Следовательно необходимо:

1. 
   Стремиться к тому, чтобы напряжения в горной породе в приствольной зоне были близки к напряжениям в массиве. Для этого необходимо повысить гидростатическое давление в скважине, что достигается увеличением плотности бурового раствора.
   
2. 
   Предотвратить нападение водной фазы раствора в породу, особенно в глины. Это предотвратит их набухание, ослабление сил сцепления, сохранит коэффициент трения между отдельными частицами породы. Это достигается применением качественных глинистых растворов с минимальной фильтрацией, образующих тонкую непроницаемую корку на стенках скважины. Наибольший эффект может быть получен при применении растворов на нефтяной основе или гидрофобных эмульсий.
   
3. 
   Максимально сократить время нахождения пород в открытом стволе. Так, например, устойчивость стенок скважины при бурении под кондуктор в условиях Западной Сибири составляет 2-3 суток.
   
4. 
   Не допускать снижение гидростатического давления в скважине. Для этого постоянно следить за плотностью бурового раствора согласно утвержденным регламентам, и при необходимости доводить ее до требуемой. В процессе подъема инструмента производить долив скважины.
   
5. 
   Избегать существенных колебаний давления в скважине путем снижения скорости спуско‑подъемных операций, плавного запуска насосов с одновременным расхаживанием и вращением колонны бурильных труб.
   
6. 
   Предотвратить усталостное разрушение горных пород в стенках скважины за счет установки амортизаторов, протекторов.
   
7. 
   Предотвратить эрозию стенок скважины путем снижения скорости восходящего потока бурового раствора.