4.2.3. Механическая стабильность.

Трудно определить, что является первостепенной причиной вспучивания и осыпания. То ли химический дисбаланс, то ли механическая нестабильность. Или и то, и это вме­сте по - немногу.

До того как была пробурена секция в забое, на породу действовали три не равных на­грузки в трех различных направлениях. На глубине более чем 1500 футов, наибольшей из них следует считать нагрузку породы, которая действует в вертикальном направле­нии. Типичной величиной градиента нагрузки является величина, равная 1.0 psi /ft. Го­ризонтальные составляющие нагрузки могут быть равными в равномернонепрерывной среде и типичная их величина составляет 0.75 psi/ft. Однако, в геологически разорва­ных породах они могут существенно отличаться.

При бурении, цилиндр породы замещается буровым раствором. Буровой раствор, бу­дучи жидкостью, может воспринимать лишь только равные нагрузки в трех направле­ниях. Обычно вес бурового раствора балансируется с поровым давлением формации. Градиент порового давления в нормально нагруженых фрмациях обычно равен 0.465 psi/ft (Галф ов Мексико), 0.452 psi/ft (Северное море). Видно, что при весе бурового раствора, равного 0.465 psi/ft давление раствора нигде не равно столь высоким значе­ниям как нагрузкам в формации, которую этот раствор замещает !

Порода вокруг ствола скважины вынуждена “ давать просадку “ и противостоять до­полнительным нагрузкам. Если порода прочная, то проблемы могут не возникнуть. В молодых формациях, где цементирующая основа матрицы не такая прочная, порода не может легко противостоять дополнительным нагрузкам. Порода будет деформиро­ваться и ствол скважины начнет давать усадку, хотя изменения диаметра может быть менее чем 0,01 дюйм.

По мере сжатия ствола, песчаник становится склонным к растрескиванию и осыпается в ствол скважины. Если порода очень слабая, то ствол может даже полностью обва­литься. Обычно бывает довольно трудно отличить деформацию ствола скважины, вы­званную механическими нагрузками, от вспучивания из - за протекания процессов в химически активных формациях (см раздел 4.2.2).

Тот факт, что вертикальные нагрузки (давление вышележащих пластов) обычно суще­ственно выше горизонтальных, имеет очень существенное значение для отклоняемых скважин.

Вес бурового раствора не достаточен для того, чтобы удержать ствол от сжатия

Рисунок 7-19

Ориентация нагрузки вышележащих слоев в вертикальных и го­ризонтальных скважинах.

Рисунок 7-20

При бурении вертикальных скважин, вертикальные нагрузки - параллельны стволу. Давление раствора противостоит только нагрузкам, которые имеют только компоненты перпендикулярные поверхности ствола. В вертикальных скважинах горизонтальные нагрузки находятся в диапазоне 0.75 psi/ft. Нагрузки, превышающие эти значения (1.0 psi) мы не рассматриваем.

В горизонтальных скважинах, нагрузки вышележащих пластов - перпендикулярны стволу и должны быть поддержаны давлением раствора. При увеличении наклона ствола, компонента этой нагрузки, действующая на ствол, - возрастает. Так, из - за того, что Вы могли бурить вертикальную скважину на каком - то участке с раствором 9 ppg и не имели при этом проблем со стабильностью, вовсе не следует, что Вы сможете бурить скважину с наклоном в 60 град. с тем же самым весом раствора, равным 9 ppg ! Дру­гими словами, может понадобиться более тяжелый раствор для сдерживания формаций в отклоняемых скважинах, чем для вертикальных. Ниже приводится иллюстрация на­грузок, действующих на поперечное сечение ствола скважины.