Ё1. Распределение давлений в скважине

1.1. Гидростатическое давление

Гидростатическое давление представляет собой давление силы, возникающей под действием веса столба жидкости, на единицу площади.

Гидростатическое давление зависит от двух величин: плотности (веса) жидкости и высоты столба жидкости в скважине. Оно никак не зависит от диаметра, формы, прост-ранственного направления сосуда, т.е. скважины. В наклонно – направленных скважинах высота столба жидкости равна вертикальной проекции профиля ствола скважины. Это иллюстрируется рисунком 1.1:

Рис. 1.1

Расчёт численной величины гидростатического давления - это наиболее частый вид расчёта в бурении. Он выполняется по формуле:

Р_г =   Н  к где:

Р_г – гидростатическое давление:

 – плотность (вес) жидкости;

Н – высота столба жидкости;

к – коэффициент, величина и размерность которого зависит от используемой системы единиц. В системе СИ он равен ускорению свободного падения g = 9,8 м/сек². При расчёте численной величины гидростатического давления следует придерживаться одной системы единиц, чтобы не запутать себя и коллег по работе. К сожалению на практике ещё не получила подавляющего преимущества ни одна из систем единиц. Чтобы научиться ориентироваться в многообразии единиц, будем использовать разные системы в последующих демонстрационных расчётах и примерах. На буровой встречаются манометры, проградуированные в атмосферах, барах, мегапаскалях, psi(фунт на квад-ратный дюйм), поэтому необходимо помнить соотношение этих единиц в пределах погрешности манометров :

Р (атм., бар, кгс/см²)  10 Р (МПа)  0,07 Р (psi).

Но, если быть более точным, то:

Р (бар) = 10⁵ Р (Па) = 1,02Р (кгс/см²) = 0,069Р (psi) или

Р (атм) = Р (кгс/см²) = 0,98Р (бар) = 9,8Р (МПа) = 0,07Р(psi).

Всегда важно знать величины гидростатического давления, оказываемого столбом промывочной жидкости имеющейся плотности в нескольких критических точках ствола скважины. Эти точки: забой, башмак последней спущенной колонны, голова хвостовика, глубина установки муфты ступенчатого цементирования или стыковочного узла секций обсадных колонн, глубины залегания флюидосодержащих и поглощающих пластов.

Именно гидростатическое давление столба бурового раствора является первым барьером (первой линией защиты) системы противофонтанной безопасности.

1.2. Пластовое и поровое давления

Пластовое давление - это давление, созданное миллионнолетними природными процессами и техногенными факторами внутри полостей материалов, находящихся ниже уровня грунта. Оно создаётся под действием лежащих друг на друге пород, флюидов и т.д. Пластовое давление определяется как давление флюидов, содержащихся в пласте- коллекторе. Если пласт непроницаем, то он не является коллектором, но в осадочных породах всегда имеются поры, заполненные каким-либо флюидом. В этом случае говорят о поровом давлении. Пластовое и поровое давления могут быть рассчитаны и спрогнозированы с большой точностью, но не всегда, поскольку на них влияют структурные напряжения Земли и эластичность некоторых пластов.

Несмотря на близость понятий пластового и порового давлений их обязательно надо различать т.к. их физические проявления в бурении существенно отличаются. Если превышение пластового давления над гидростатическим давлением столба бурового раствора приведёт к выбросу, то такое же превышение порового давления над гидростатическим вызовет осложнения ствола скважины (сужение, осыпи, обвалы), но выброс, скорее всего, не вызовет.

В большинстве случаев пластовое и поровое давления пропорциональны глубине пласта и плотности воды с минерализацией, существующей в данном регионе. Любое отклонение величины давления в большую или меньшую сторону принимается как аномально высокое (АВПД) или аномально низкое (АНПД) пластовое давление – Р_пл. Степень отклонения давления называется коэффициентом аномальности (К_а) и рассчитывается как отношение фактического давления в пласте к гидростатическому давлению столба пресной воду на заданной глубине. Коэффициент аномальности величина безразмерная, но, поскольку плотность пресной воды равна 1 г/см³, то численное значение коэффициента равно значению плотности промывочной жидкости в г/см³, уравновещивающей давление данного пласта. В зависимости от значения коэффициента аномальности применяется более подробная классификация пластовых давлений:

К_а  0,8 – аномально низкое;

К_а = 0,8  1,0 – пониженное (по классификации API 1,0);

К_а = 1,0  1,05 – нормальное;

К_а = 1.05  1,3 – повышенное (по классификации API 1,07);

К_а = 1,3  2,0 – высокое;

К_а  2,0 – сверхвысокое.