vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

•Убедитесь в том, что жидкости и фильтраты имеют достаточную концентрацию катионов, предотвращающую дестабилизацию глинистой фракции продуктивного пласта.

•Проведите испытания совместимости жидкостей, используемых для отработки скважины, в особенности кислот.

•Жидкости, которые будут какое-то время оставаться в скважине, должны быть отработаны реагентами-поглотителями кислорода и бактерицидами.

•Уменьшить влияние загрязнения пласта посредством увеличения длины горизонтального участка скважины.

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.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

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

Механическую неустойчи-

вость 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.

Рисунок 1-11 Механизмы механической неустойчивости ствола.

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 пере-

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

пада 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

НЕУСТОЙЧИВОСТЬ И НАПРЯЖЕНИЯ

На рис. 1-12 отражен традиционный взгляд на устойчивость бурового ствола, при этом градиент давления гидроразрыва пласта для горизонтального участка принимается постоянным. Предлагаемое решение более сложно.

Рисунок 1-12 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 них не следует применять для расчета утяжеления бурового раствора. «Большинство пород перед тем, как разрушиться, проявляют некоторую пластическую деформацию. Следовательно, решения на основе линейной теории упругости имею/т) тенденцию преуменьшать прочность пород.»

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

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

При рассмотрении устойчивости

ствола критические напряжения существуют в поперечном сечении скважины (рис. 1-13). Напряжение, направленное по оси ствола, здесь не рассматривается.

Тангенциальное (σu), или обручевое,

напряжение ведет как к разрушению Рисунок 1-13 Критические напряжения и при сжатии, так и к разрушению при

устойчивость буровой скважины. 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

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

скважин необходимо повышение плотности бурового раствора на 0,06/300 (0,5фунт/галл./300) наклона по сравнению с плотностями буровых растворов для вертикальных скважин.

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 300 и 600 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 раство-

ров для искривленных скважин можно оценить с помощью «правила большого пальца»:

0,060/300 (0,5 фунт/галл./300).

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