Что такое вертикальное напряжение, откуда берутся горизонтальные напряжения?
Вертикальное напряжение — это напряжение, действующее перпендикулярно свободной поверхности (поверхности Земли).
В грунтоведении под вертикальным напряжением понимают напряжение в массиве грунта на определённой глубине от веса вышележащих слоёв грунта.
Вертикальное напряжение в породном массиве изначально связано с гравитацией и равно весу покрывающей породы. Оно может варьироваться от места к месту с локальными проявлениями.
Горизонтальные напряжения в горном массиве в основном имеют тектоническое происхождение. То есть они относятся к земной коре и макропроцессам, которые в ней происходят.
Также горизонтальные напряжения могут возникать под действием механических напряжений, вызываемых полем тяжести Земли, и температурных напряжений, вызываемых повышением температуры пород в земной коре с глубиной. В этом случае эффективные горизонтальные напряжения являются суммой механических и температурных напряжений и являются функцией не только объёмной массы пород, но и геоградиента температуры, а также упругих свойств пород.
Откуда берутся:
Вертикальные:
Горизонтальные:
Диагенез — это процесс превращения осадка в осадочную породу при уплотнении в верхней зоне земной коры. (уплотнение слоёв может вызывать новые горизонтальные напряжения)
Изменение температуры и давления пород: из-за него может возникать метаморфизм пород, приводящий к созданию новых напряжений
Антропогенный фактор: строительство скважин и шахт может изменять напряжённое состояние горных пород, вызывая создание и/или изменение горизонтальных напряжений.
Для чего важно знать направление горизонтальных напряжений?
Знание направления горизонтальных напряжений важно для обоснования азимута наиболее устойчивых скважин при бурении в нестабильных породах, а также азимута расположения горизонтального ствола скважины и ориентации перфорации с точки зрения вероятности пескопроявления.
Ориентация горизонтальных напряжений оказывает значительное влияние на различные стадии разработки месторождений, например:
— оптимальный азимут горизонтального участка буримых скважин (с точки зрения устойчивости при бурении);
— оптимальный азимут скважины (с точки зрения последующего проведения МГРП);
— подбор ориентации перфорационных отверстий (с точки зрения минимизации вероятности пескопроявления);
— определение ориентации реактивируемых разломов и трещин.
Как определить пределы максимального и горизонтального напряжения?
При наличии керна пределы максимального и минимального напряжения вычисляются следующим образом:
Минимальное:
Максимальное:
При отсутствии кернов:
Минимальное:
- Акустический каротаж
Максимальное:
- Мини-ГРП (короткий нагнетательный тест, который обязательно проводится перед основным гидроразрывом пласта; заключается в быстром нагнетании больших объемов жидкости с малым количеством пропанта на полноценной скорости)
Пластовые и околоскважинные напряжения. Распределение концентрации напряжений вокруг стенок скважины.
Пластовые напряжения — это естественные напряжения в породах на достаточном удалении от скважины. Основными факторами, определяющими их концентрацию, являются вес вышележащих пород (горное давление), тектонические напряжения и давление, поддерживаемое на скважине (при бурении — давление бурового раствора).
Околоскважинные напряжения — это напряжения в малой окрестности скважины (до нескольких её радиусов), которые возрастают до нескольких раз по сравнению с естественными напряжениями, действующими в породах на достаточном удалении от скважины.
Околоскважинные напряжения находятся в прямой зависимости от дальних пластовых напряжений, а также от близости к скважине точки, где производится расчёт, от нахождения самой скважины и азимутального расположения относительно направления действия максимального горизонтального напряжения.
Распределение концентрации вокруг стенок скважины:
ЛУИ материал – линейно-упругий изотропный материал
Расчет околоскважинных напряжений, уравнение Кирша.
Pw – давление в скважине; Pp – поровое давление; θ – угол между рассматриваемыми направлениями; ν – коэффициент Пуассона.
Условие разрывных нарушений, если порода порвется, то в каком азимуте будет трещина?
Условием разрывных нарушений является превышение ЭЦП над давлением начала трещинообразования и далее давления ГРП
В азимуте минимальных напряжений происходят вывалы и обвалы, а в азимуте максимальных напряжений создаются трещины и происходит гидроразрыв пласта
Условие обрушений стенок скважины.
Дополнительно:
Обрушения стенок скважины происходят в определённых геологических условиях при наличии пластичных, сыпучих, раздробленных и крутозалегающих пород, а также пород, разбухающих и расслаивающихся при механическом и физико-химическом воздействии буровых растворов.
Одна из основных причин — достижение породами предельного напряжённого состояния в приствольной зоне скважины. При внезапной потере промывочной жидкости уменьшается гидростатическое давление на стенки скважины, в результате чего последние обрушаются. Либо обрушение вызвано изначальной недостаточной плотностью БР
Также обрушения могут возникать в результате:
Механического воздействия бурильного инструмента на стенки скважины.
Действия тектонических сил, обусловливающих сжатие пород. Горное давление при этом значительно превышает давление со стороны столба бурового раствора.
