Устойчивость ствола

При планировании горизонтальных скважин важно определить плотность бурового раствора, необходимую для того, чтобы в процессе бурения удерживать искривленные и горизонтальные стволы скважин открытыми и под контролем. Часто бывает, что плотно­сти буровых растворов, требующихся для стабилизации вертикальных разведочных и оце­ночных скважин, отличаются от плотностей, требующихся для устранения проблем в та­ких стволах.

Нестабильность бурового ствола обычно вызвана несбалансированным бурением мли набуханием. Набухание особенно характерно для сланцевых глин. Снижение поддер­живающего действия бурового раствора (против воздействия горных пород) вызывает концентрацию напряжений вокруг ствола, приводя к неустойчивости разбуриваемой сква­жины. Проблема возникает, лишь когда концентрация напряжений по соседству со ство­лом превышает прочность пород, образующих стенки скважины. После этого порода об­рушивается, рассыпаясь на куски. Таким образом, неустойчивость ствола является отчасти механической проблемой.

Сланцевые глины слабеют при контакте с плохо ингибированными буровыми рас­творами. Сниженная прочность делает сланцевые глины более подверженными осыпанию.

Доказательства .связи механизма неустойчивости ствола с механическими напря­жениями могут быть получены из многочисленных кавернограмм, которые обычно указы­вают на эллиптичность стволов. Единообразное увеличение размеров ствола можно пре­дупредить, если несбалансированное бурение, набухание и гидравлическая эрозия явились единственными причинами неустойчивости.

Химическая реакция

Буровой раствор может реагировать с пластом. Ствол может подвергнуться измене­ниям из-за набухания или обезвоживания. Оба фактора воздействуют на естественные на­пряжения в пласте и могут привести к закрытию или обвалу ствола.

Ингибирование (например, с помощью солей калия и/или полимеров) с помощью буровых растворов на водной основе повысит устойчивость ствола, в частности при буре­нии склонных к гидратации сланцевых глин.

Ингибирование с помощью буровых .растворов на основе нефти производится до­бавлением соли (обычно хлорида кальция) к эмульгированной водной фазе. Хлорид каль­ция снижает тенденцию воды мигрировать из бурового раствора в пласт (или в противопо­ложном направлении), повышая таким образом устойчивость ствола.

Гидравлика кольцевого потока

При бурении через определенные пласты следует учитывать влияние режима коль­цевого потока. Это предупредит эрозию ствола и его последующее обрушивание. Анализ условий сдвига может служить хорошим руководством в вопросе о возможном расшире­нии ствола и его вероятных причинах.

МЕХАНИЗМЫ МЕХАНИЧЕСКОЙ НЕУСТОЙЧИВОСТИ СТВОЛА

Рисунок 1-11 Механизмы механической неустойчи­вости ствола.

Механическую неустойчи­вость ствола можно разделить на два механизма: разру­шение при сжатии (раздав/звание) и разруше­ние при растяжении (разрыв). (Рис. 1-11) Разрушение при сжатии на­блюдается, когда напряжения в горной породе превы­шают ее прочность или предел текучести пластических материалов. Разру­шение при сжа­тии может быть причиной разрушения стенок скважины. Это показано на при­мере избы­точного осыпания сте­нок скважины при бурении. Это может приводить к расширению, заваливанию и сужению ствола. Раздавливание может также сни­зить размер ствола сква­жины из-за оползания пласта в дуктильных или пластических породах (на­пример, некото­рые сланцы и соль). Решить проблемы, возникающие в стволе из-за разрушения при сжа­тии, можно утяжелением бурового раствора. Утяжеленный буровой раствор снижает кри­тические «тангенциальные» нагрузки в стволе скважины.

• Разрушение при растяжении требует снижения плотности бурового раствора и/или снижения эквивалентной плотности циркуляции (например, снижения расхода жид­кости).

Разрушение при растяжении возникает при разрыве породы. В некоторых пластах разрушение при растяжении может приводить к выносу и прихвату под действием пере­пада давлений. Такой ствол остается Разрушение при сжатии требует дополнительного утяжеления бурового раствора сравнительно неповрежденным и не осыпается.

Раздавливание и разрыв могут иметь место в одном и том же участке скважины, не закрепленной обсадными трубами, в частности когда -в искривленных скважинах при од­ной и той же плотности бурового раствора проявляются разные литологии