Термические напряжения в горных породах
Применительно к данной расчетной схеме
на рис 4. уравнение для оценки термоупругих
напряжении для случая
имеют вид:
;
где
-
коэффициент линейного теплового
расширения, Тс – температура на
стенке скважины; Т0 - температура
горных пород до вскрытия скважиной;
-
радиус теплового влияния скважины.
Трудности определения теплового влияния ( ) не позволяют рассчитывать термоупругие напряжения с приемлемой точностью.
Используя принцип независимости действия сил, складываем напряжения, обусловленные различными факторами:
zт
rт
где
и
- напряжения, соответствующие
технологическим колебаниям давления
в скважине (работа бурового насоса,
спуск и подъем) бурильного инструмента.
Эти уравнения характеризуют упругое распределения напряжений горных пород вскрытых скважиной.
Потеря устойчивости и
разрушение стенок скважины могут
прозойти при снижении в горных породах
предельного состояния. В соответствии
с обощенным условием прочности Мора
устойчивость стенок будет обеспечена,
если максимальная интенсивность
касательных напряжении
где
-
длительная прочность горных пород,
здесь;
- первоначальная прочность породы.
Гидроразрыв горных пород,
окружающих скважину. Увеличивать
бесконечно давление в скважине нельзя
так как может произойти гидравлический
разрыв горных пород или раскрытие
существующих трещин. В случае гидроразрыва
на стенке скважины действуют напряжение
растягивающая сила увеличивающая
значение тангенциальных напряжении
.
Тогда, условие при котором происходит
гидроразрыв породы:
где
- предел прочности породы на растяжения.
Поглощения промывочной жидкости горными
породами возможно лишь в случае когда
давление в скважине
больше, чем пластов
т.е.
.
Для предупреждения гидроразрва необходимо, чтобы выполнялось неравенство:
Отсюда наибольшое допустимое давления в скважине:
где
- давление гидроразрыва.
С уменьшением пластового давления наблюдается снижение .
Принципы выбора плотности промывочной жидкости
Изменение плотности промывочной
жидкости – основное средство регулирования
давления в скважине. Очень важно создание
нормального противодавления на пласты,
насыщенные пластовыми флюидами. Условие
создания нормального противодавлени:
плотность промывочной жидкости
;
где
плотность воды;
- относительное пластовое давление.
Лекция 9, 10
Теплофизические свойства горных пород
Изменение температуры продуктивного пласта приводит не только к количественным, но и к качественным изменениям поведения нефти, а следовательно и процессам ее извлечения.
Так, при разработке месторождений высокопарафинистых нефтей, содержащих до 30 % парафиновых фракций, охлаждение продуктивных пластов или отдельных зон на несколько градусов относительно начальной температуры при закачке воды или газа может привести к переводу нефти в вязкопластичную систему с резко пониженной или полной потерей текучести.
Закачка в пласт в качестве вытесняющего агента пара или воды с высокой температурой обеспечивает существенный прогрев пласта и переход высоковязкой нефти в свободно текущую среду, делая возможной промышленную разработку таких месторождений.
Существуют различные варианты применения тепловых методов, отличающихся и по цели применения (например: обработка призабойных зон скважин и воздействие на продуктивны пласт) и масштабам применениям и технологиям ввода теплоты в пласт.
Для того, чтобы правильно прогнозировать поведение продуктивного пласта и изменения в процессе извлечения нефти, а также контролировать осуществление принятой технологии теплового воздействия необходимо знать основные параметры пород, характеризирующие их термические свойства как теплопроводность, теплоемкость и коэффициент температуропроводности.
Способность твердых тел проводить тепло называется теплопроводностью. Количество тепла в единицу времени dQ/dt, проходящее через площадь F, равно
(1)
где λ – теплопроводность; dT/dx – температурный градиент в направлении, перпендикулярном к поверхности F.
Уравнение (1) описывает стационарный процесс, т.е. dT/dt = 0
Уравнение, описывающее теплопроводность плоского тела (стенки) при установившемся режиме, имеет вид:
(2)
Где δ – толщина тела (стенки), Т1 – температура стенки со стороны горячего теплоносителя; Т2 - температура стенки со стороны холодного теплоносителя.
В табл 1 приведены средние теплопроводности некоторых породообразующих минералов (монокристаллов) и горных пород.
Таблица 1