Влияние траектории скважины и плоскостей напластования для трех типов напряженного состояния в естественных условиях залегания

C hen, Tan и Haberfield из Австралии представили в нескольких статьях Общества инженеров-нефтяников (SPE) рекомендации по расчету анизотропии прочности и напряжений и проектированию профиля скважины.⁸

Нижеследующее обсуждение, по-видимому, покажется прямой противоположностью тому, что

рекомендовали Shaohua Zhou, Richard Hill и Mike Sandiford из университета Аделаиды, Австралия, в предыдущем материале." Причина заключается в том, что Zhou et al обсуждали минимизацию расчетной анизотропии напряжений; Chen et al обсуждают слабость пород в направлении, параллельном плоскостям напластования.

Нужно различать анизотропию напряжений и анизотропию прочности. Под анизотропией напряжений понимают неодинаковость кольцевых напряжений на различных участках окружности сечения ствола. Под анизотропией прочности понимают неодинаковость прочности на различных участках окружности сечения ствола. В обоих случаях анизотропия изменяется в зависимости от направления и наклона траектории скважины. К сожалению, траектория скважины, обеспечивающая минимальную анизотропию напряжений, может не совпадать с траекторией, обеспечивающей минимальную анизотропию прочности.

Вспомним, что кажущаяся прочность породы зависит от трения, обусловленного действием бокового давления. Чем сильнее прижаты друг к другу слои по плоскостям напластования, тем больше прочность породы (рис. 8-53). Поэтому слоистая глинистая порода будет прочнее, если ее плоскости напластования ориентированы перпендикулярно направлению действия наибольших напряжений. Если бурить перпендикулярно плоскостям напластования, то вероятность возникновения осложнений будет меньше.

Вот какие рекомендации дают Chen и его соавторы в отношении анизотропии прочности и профиля скважины:

Напряженное состояние, благоприятное для образования сброса: в породе с высокой анизотропией прочности плоскости напластования оказывают значительное влияние на устойчивость стенок скважины. Это влияние возрастает при приближении траектории скважины к направлению действия σ_h. Это означает, что чем больше анизотропия прочности, и чем ближе траектория скважины к направлению σ_h, тем большей неустойчивости стенок ствола можно ожидать.

Напряженное состояние, благоприятное для образования сдвига: существует значительное влияние даже при небольшой анизотропии прочности. Влияние возрастает при приближении траектории скважины к направлению действия σ_h. Чем ближе траектория скважины к направлению действия наименьших напряжений, тем большей неустойчивости можно ожидать, даже когда прочность в направлении, параллельном плоскостям напластования, почти такая же, как и в толще породы.

Напряженное состояние, благоприятное для образования надвига: существует значительное влияние даже при небольшой анизотропии прочности. Влияние возрастает при приближении траектории скважины к направлению действия σ_H. При таком напряженном состоянии плоскости напластования оказывают значительное влияние на гидроразрыв пласта, особенно в сильнонаклонных скважинах.

Анизотропия прочности играет более важную роль при напряженном состоянии, благоприятном для образования надвига, чем при напряженном состоянии, благоприятном для образования сброса. Поэтому вероятность разрушения породы, связанного с наличием плоскостей напластования, выше при напряженном состоянии, благоприятном для образования надвига, чем при напряженном состоянии, благоприятном для образования сброса.

Влияние анизотропии прочности возрастает в следующем порядке: надвиг > сдвиг > сброс.

По возможности нужно бурить перпендикулярно плоскостям напластования и ориентировать траекторию скважины таким образом, чтобы свести к минимуму анизотропию напряжений. Возможно, не удастся полностью выполнить оба условия. Тогда нужно найти компромиссное решение, чтобы выполнить оба условия в максимально возможной степени.

По мере увеличения прочности глинистых пород анизотропия прочности обычно также увеличивается, и создается напряженное состояние, при котором более вероятно разрушение по плоскостям напластования. При разрушении из-за слабости породы в направлении, параллельном плоскостям напластования, образуются обломки, имеющие угловатую форму, с параллельными поверхностями. Если же разрушение происходит из-за чрезмерных касательных напряжений, обломки имеют криволинейные поверхности. Наблюдения на буровой могут изменить наши предварительные оценки оптимальной траектории скважины.

Фильтрат бурового раствора (факторы, влияющие на устойчивость стенок скважины)