Бурению горизонтальных скважин 5

СБГУАППБГУАПгруппагру па47364736https://newhttps://new.guap.guap.ru/i03/contacts.ru/i03/contacts

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 некоторых пластов 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

Механическую неустойчивость ствола можно разделить на два механизма:

разрушение при сжатии (раздавливание) и разрушение при растяжении (разрыв). (Рис. 1.8)

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

СПБГУАП группа 4736

СБГУАППБГУАПгруппагру па47364736https://newhttps://new.guap.guap.ru/i03/contacts.ru/i03/contacts

НЕУСТОЙЧИВОСТЬ И НАПРЯЖЕНИЯ

На рис. 1.9 отражен традиционный взгляд на устойчивость бурового ствола,

при этом градиент давления гидроразрыва пласта для горизонтального участка принимается постоянным. Предлагаемое решение более сложно.

Рис. 1.9 Совмещенный график давлений.

Чтобы показать сравнительную устойчивость разных буровых скважин,

существуют простые уравнения для расчета напряжений вокруг скважины. Они отражают влияние искривления скважины, ориентации, а также пластового давления на неустойчивость ствола.

Эти уравнения составлены на основе линейной теории упругости напряжений вокруг скважины. Эти решения не количественные их не следует применять для расчета утяжеления бурового раствора. «Большинство пород перед

СПБГУАП группа 4736

СБГУАППБГУАПгруппагру па47364736https://newhttps://new.guap.guap.ru/i03/contacts.ru/i03/contacts

тем, как разрушиться, проявляют некоторую пластическую деформацию,

следовательно, решения на основе линейной теории упругости имеют тенденцию преуменьшать прочность пород».

Действующие на земле вращение и концентрация этих «дальних полевых напряжений» порождают напряжения вокруг скважины. Такие дальние полевые напряжения действуют в трех измерениях, т.е. имеются два горизонтальных и одно вертикальное напряжение. Движения плит вызывают горизонтальные напряжения. Осадочные породы (или наносы) вызывают вертикальное напряжение.

Максимальное вертикальное напряжение направлено вертикально в геологически спокойных или пассивных осадочных синклиналях (например,

Северное море) из-за наносов. В геологически активных регионах это максимальное напряжение может быть направлено горизонтально (например,

Папуа - Новая Гвинея). Хотя ряд месторождений в Великобритании геологически пассивен, максимальное напряжение там также горизонтальное. В основном это касается углесодержащих геотермалей.

Рис. 1.10 Критические напряжения и устойчивость буровой скважины.

СПБГУАП группа 4736

СБГУАППБГУАПгруппагру па47364736https://newhttps://new.guap.guap.ru/i03/contacts.ru/i03/contacts

При рассмотрении устойчивости ствола критические напряжения существуют в поперечном сечении скважины (рис. 1.10). Напряжение,

направленное по оси ствола, здесь не рассматривается.

Su - тангенциальное (кольцевое) напряжение.

Sr - радиальное напряжение.

Sasb - напряжения в земной коре.

Pw - давление в скважине.

Р - поровое давление.

Sa - вертикальное напряжение.

Sb - горизонтальное напряжение.

Тангенциальное ( u ), или обручевое, напряжение ведет как к разрушению при сжатии, так и к разрушению при растяжении. Как и следует из его названия,

это напряжение действует по периметру ствола.

ПЛОТНОСТИ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ ДЛЯ БУРЕНИЯ

ИСКРИВЛЕННЫХ СКВАЖИН ЧЕРЕЗ ПОКРЫВАЮЩУЮ ПОРОДУ

Напряжения вокруг искривленной буровой скважины могут быть больше,

чем в случае вертикального бурового ствола, приводя к более нестабильной скважине. Другие факторы относятся к сравнительно низкой устойчивости сланцевых глин в искривленных скважинах. Когда напряжение направлено под углом к залеганию, сланцевые глины имеют тенденцию ослабевать по сравнению со случаем, когда напряжения действуют параллельно или перпендикулярно залеганию. Такие ситуации создаются в искривленных скважинах.

Повсеместно на месторождениях при бурении скважин с помощью буровых растворов на нефтяной основе показано, что для поддержания устойчивости искривленных скважин необходимо повышение плотности бурового раствора на

0,06/30° (0,5фунт/галл./30°) наклона по сравнению с плотностями буровых растворов для вертикальных скважин.

СПБГУАП группа 4736

СБГУАППБГУАПгруппагру па47364736https://newhttps://new.guap.guap.ru/i03/contacts.ru/i03/contacts

Например, если плотность бурового раствора 1,38 (11,0 фунт/галл.) позволяет пробурить неразмытую вертикальную скважину нормальных размеров, то для бурения скважин нормальных размеров, искривленных под углами 30° и 60°

потребуются буровые растворы с плотностями, соответственно равными 1,38 (11,5 фунт/галл.) и 1,44 (12,0 фунт/галл.).

Примечание: Этим «правилом большого пальца» стоит пользоваться лишь при отсутствии доступных данных по искривленной скважине. Необходимые для устойчивости плотности буровых растворов следует брать из данных по уже пробуренным искривленным скважинам. Это «правило большого пальца» и

плотности буровых растворов для вертикальных скважин можно использовать как дополнительные данные.

Где это возможно, сланцевые глины должны быть изолированы от горизонтального участка, из-за:

•проблем, связанных с бурением скважин под большими углами через сланцевоглинистые участки

•временной зависимости процессов разрушения и обрушивания сланцевых глин. Если это возможно, обсадные трубы следует посадить на кровле участка продуктивного пласта или у основания сланцевоглинистой покрывающей породы.

Количество сланцевой глины, остающееся без обсадки при бурении горизонтального участка, можно свести к минимуму, если пробурить пилотную скважину небольшого диаметра для определения кровли продуктивного пласта и глубины установки башмака обсадной колонны.

Необходимую для стабильности плотность бурового раствора следует определять для каждого участка скважины или литологической группы покрывающих пород. Такие плотности буровых растворов берут из, данных для соседней скважины и экстраполируют с учетом искривления и ориентации ствола.

Типы буровых растворов с соседних скважин также подлежат сравнению с учетом фильтрационной потери жидкости и вязкости бурового раствора.

Если соседних искривленных скважин не существует, плотности буровых растворов для искривленных скважин можно оценить с помощью «правила большого пальца»:0,06°/30° (0,5 фунт/галл./300).

СПБГУАП группа 4736

СБГУАППБГУАПгруппагру па47364736https://newhttps://new.guap.guap.ru/i03/contacts.ru/i03/contacts

Примечание: Возможное влияние ориентации бурящейся скважины на ее устойчивость не рассмотрено.

Если для стабилизации наклонных или горизонтальных скважин требуются буровые растворы повышенной плотности, обращайте пристальное внимание на возможное растрескивание песчаниковых и меловых литологий в покрывающих породах.

В районах, для которых проходит обсуждение программа горизонтального бурения, перед тем, как покинуть уже оцененную скважину, рассмотрите образование мелких трещин. Это позволит на месте оценить минимальное горизонтальное, напряжение и плотность бурового раствора, превышение которой приведет к существенным потерям.

Программа изменения плотности бурового раствора должна пересматриваться после бурения каждых 2-3 скважин. Это позволит оптимизировать принимаемые решения с учетом ранее недоступных данных. Это также важно для установления плотностей буровых растворов, используемых в искривленных скважинах и оценки влияния ориентации скважины.

СПБГУАП группа 4736

СБГУАППБГУАПгруппагру па47364736https://newhttps://new.guap.guap.ru/i03/contacts.ru/i03/contacts

СТАДИИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТЕЙ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ

ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ СТВОЛА СКВАЖИНЫ

Рис. 1.11.

СПБГУАП группа 4736

СБГУАППБГУАПгруппагру па47364736https://newhttps://new.guap.guap.ru/i03/contacts.ru/i03/contacts

УСТОЙЧИВОСТЬ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН В-

НЕУПЛОТНЕННЫХ ПОРОДАХ

На основании предыдущих разделов представляется, что бурение горизонтальной скважины сквозь слабые пласты, например, слабые песчинки и несвязанный песок, потребует большого утяжеления раствора. Это скомпенсирует большие напряжения, возникающие на стенках скважины.

Однако операторы, принимавшие участие в бурении таких пластов,

указывают, что небольшой избыток плотности по сравнению с использовавшейся в вертикальных скважинах, может оказаться достаточным для поддержания устойчивости в таких пластах. Также следует учитывать необходимость минимизации давления гидравлических ударов поршневой пульсации и исключения, прихвата под действием перепаде давлений.

Неустойчивость горизонтальных скважин, пробуриваемых через слабые породы, может представить меньшие трудности, чем ожидается, отчасти из-за того, что они не действуют в «линейной эластичной» манере. Другим возможным доводом за возможный успех горизонтального бурения в таких слабых пластах является тщательное планирование и обширная практика бурения.

Состояние ствола и связанные с этим плотности буровых растворов в вертикальных скважинах следует проверять таким же образом, как и на искривленном участке. Затем можно оценить лучшую плотность бурового раствора, обеспечивающего правильность размеров ствола.

Полевые данные доказывают, что горизонтальные скважины, даже в слабых песчаниках и несвязанных песках, можно бурить при той же самой плотности бурового раствора, что и для вертикальных скважин, или при небольшом ее избытке. Однако это наблюдение базируется лишь на небольшом числе горизонтальных скважин, пробуренных в таких пластах. Было бы опрометчиво заключить, что слабые пласты никогда не представят трудностей в плане устойчивости стволов скважин.

Первым свидетельством неустойчивости ствола скважины очевидно будет заваливание при подъеме из скважины с возможным отсечением горизонтального участка. Следует определить устойчивость ствола и оценить плотность бурового

СПБГУАП группа 4736

СБГУАППБГУАПгруппагру па47364736https://newhttps://new.guap.guap.ru/i03/contacts.ru/i03/contacts

раствора, если удалось пробурить и измерить нутромером первый участок в 50-

100 м (165-328 фут) ствола. При планировании горизонтального участка следует учесть:

•Плотности бурового раствора, требовавшиеся в предшествующих вертикальных скважинах для поддержания размеров стволов.

•Дифференциальные давления, вызывавшие прихват под действием перепада давлений в предшествующих скважинах.

•Градиент давления гидроразрыва пласта в продуктивном пласте перед бурением горизонтальной скважины (Это особенно важно для пластов с избыточным давлением).

•Наиболее устойчивое направление бурения скважины.

•Определите, необходимо ли устанавливать последний башмак обсадной колонны над продуктивным пластом. Если да, то сколько сланцевой глины останется в стволе без обсадки в ходе бурения горизонтальной секции.

•Влияние плотностей бурового раствора и длины стола на величины эквивалентной плотности циркуляции (Приведет ли это к прихвату под действием перепада давлений или к гидроразрыву пласта при закачивании?).

Если эквивалентная плотность циркуляции снизилась в отсутствие

циркуляции (например, при подъеме из скважины):

•Снизьте скорости подъема, чтобы уменьшить давления гидравлических ударов поршневой пульсации, особенно в неуплотненных пластах

•Проверьте или измерьте состояние ствола

ПРИМЕНЕНИЯ РАДИУСА ЗАКРУГЛЕНИЯ

С точки зрения устойчивости ствола обычно лучше предпочесть более высокую скорость проходки при радиусе меньшей длины.

На искривленном или наклонном участке с малым радиусом окажется меньшая по длине часть сланцевых глин. Следовательно, из-за неустойчивости ствола можно предполагать меньший объем обрушения. Также может представиться возможность отсечь ненадежный пласт обсадкой перед тем, как перейти к проходке участка с коротким радиусом.

СПБГУАП группа 4736