научная статья по теме О ПЕРВОПРИЧИНАХ ОСЛОЖНЕНИЙ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ СРЕДНЕОБСКОГО ГЕОБЛОКА Геофизика

Текст научной статьи на тему «О ПЕРВОПРИЧИНАХ ОСЛОЖНЕНИЙ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ СРЕДНЕОБСКОГО ГЕОБЛОКА»

щ

наука - производству

□ первопричинах осложнений при бурении скважин на месторождениях Среднеобского геоблока

Т.В. ГРОШЕВА,

ведущий научный сотрудник

Е.А. УСАЧЕВ,

начальник отдела определения геомеханических свойств горных пород

Тюменское отделение «СургутНИПИнефть»

М.В. ДВОЙНИКОВ,

д.т.н, профессор кафедры «Бурение нефтяных и газовых скважин»

dvoinik72@gmail.ru

Тюменский государственный нефтегазовый университет

A.В. ДЕРЯБИН,

инженер по бурению I категории

davidovsurgut@mail.ru

B.Р. ФАЗЫЛОВ,

ведущий по бурению

Сургутское УБР№1 ОАО «Сургутнефтегаз»

Представлен анализ результатов исследований устойчивости горных пород некоторых месторождений Сургутского свода. Выявлены интервалы наиболее проблемных участков и определены задачи, решение которых позволит повысить эффективность их бурения.

ABOUT THE PRIME CAUSES OF COMPLICATIONS DURING THE DRILLING OF WELLS ON SREDNEOBSKY GEOLOGIKAL BLOCK

T. GROSHEVA, E. USACHEV, Tyumen branch «SurgutNIPIneft» M.DVOINIKOV, Tyumen State Oil and Gas University A.DERYABIN, V. FAZYLOV, Surgut YBR No.1 OJSC «Surgutneftegas»

The analysis of results of researches of stability of rocks of some fields of the Surgut fold is present. Identified intervals most of the problem areas and identifies the tasks that will improve the efficiency of their drilling.

Keywords: stability, rock, plastic flow, deformation

При проведении анализа результатов исследований непроизводительного времени строительства скважин удалось выявить, что, преимущественно, осложнения представлены посадками и затяжками бурильного инструмента при проведении спуско-подъемных операций.

Для обеспечения безаварийной проводки скважины уже опробованы различные технические и технологические подходы: изменение химического состава бурового раствора без изменения его плотности, изменение технологических параметров, применение различных компоновок низа бурильной колонны. Но применяемые методы не учитывали первопричин возникновения сложных технологических ситуаций.

Наличие информации о геологическом разрезе, в котором присутствуют сла-босцементированные пропластки пород, анализ диаграмм бурения и СПО, выход большого количества шлама на первой ступени очистки раствора при проведении обратной проработки осложненных интервалов позволяют утверждать, что первопричиной данных осложнений является потеря устойчивости стенок ствола скважины. Геофизические исследования позволили уточнить вертикальные отметки проблемных интервалов: от 1180 до 1450 м и от 1730 до 2020 м (рис.1). Геологический разрез выявленных интервалов представлен Уватской (1160 - 1430 м), Ханты-Мансийской (1430 - 1720 м) и Ви-куловской (1720 - 2030 м) свитами. Данные свиты представлены абсолютно разными по составу и свойствам горными

породами. Уватская содержит мелко- и среднезернистый песчаник субконтинентального генезиса, Ханты-Мансийская сложена глинами, переслаиванием глин и песчаников, а Викуловская свита преимущественно выражена слабосцементиро-ванными песчаниками и алевролитами.

Для более детального исследования причин неустойчивости стенок скважины необходимо рассмотреть важное свойство горных пород, определяющее показатель устойчивости, - анизотропию горных пород [1]. Анизотропия минералов и горных пород связана с микрослоистостью, упорядоченной ориентировкой зерен и кристаллов, и микро- и макротрещино-ватостью. При ведении горных работ, выборе способов разрушения наибольшее значение имеет анизотропия деформационных свойств, определяемая как отношение пределов прочности (или модулей деформации) при сжатии и растяжении образцов перпендикулярно и параллельно напластованию.

Критическую величину сопротивления сдвига в однородной среде на данной ориентированной площадке, т.е. критерий местного разрушения, представляют обычно в виде критерия Кулона-Мора т > [т], где [т] - предел прочности и определяют формулой:

[т] = С + он (1)

где он - нормальное напряжение на площадке, МПа, С - сцепление горной породы (в зависимости от силы связей между частицами горной породы - от 1 до 80 МПа), МПа, у - угол трения (для объемного напряжения - от 18 до 40 град.).

наука - производству

щ

340

290

240

При бурении скважины в массиве горных пород и ее окрестности происходит перераспределение напряжений, связанное с понижением давления внутри скважины. В результате в околоскважинной зоне возникают касательные (сдвиговые) напряжения, что при определенных условиях приводит к разрушению породы и потере устойчивости стенок скважины. Начало разрушения определяется двумя основными факторами:

1) величиной касательных напряжений, действующих в плоскостях напластования (ослабления);

2) прочностными характеристиками породы, и, в первую очередь, прочностными характеристиками плоскостей напластования.

Плоскости напластования представляют собой, по сути, поверхности ослабления, по которым сопротивление действующим касательным напряжениям значительно снижено. Иными словами, прочность таких пород в направлении напластования значительно ниже, чем в других направлениях. Об этом свидетельствуют наблюдающиеся факты дискования кернового материала по плоскостям напластования при резке его алмазными дисками в процессе изготовления образцов, поскольку наличие горизонтальной трещиноватос-ти приводит к значительному снижению прочности на сдвиг в горизонтальных плоскостях. Именно по этим поверхностям в первую очередь будет происходить разрушение породы при возникновении в ней касательных напряжений в ходе проводки скважины.

Величина касательных напряжений, действующих на контуре скважины в плоскостях напластования, зависит от угла наклона скважины к этим поверхностям, точки на контуре скважины и давления жидкости. В случае вертикальных скважин касательные напряжения в горизонтальных плоскостях, т.е. плоскостях напластования, отсутствуют. Поэтому опасность разрушения породы на стенках в этом случае невелика. При увеличении зенитного угла ствола скважины растут и касательные напряжения, действующие в плоскостях напластования, следовательно, увеличивается опасность разрушения стенок скважины. Наибольшая опасность нарушения устойчивости стенок возникает в случае совпадения оси скважины с плоскостями напластования пород. При этом следует учитывать как зенитные, так и азимутальные углы. Породы такого типа осыпаются сразу при вскрытии в виде оскольчатых фрагментов без признаков увлажнения, что можно наблюдать в случае с Фроловской свитой.

На рис. 2, 3 представлена схема контура скважины с расположением наиболее опасных точек - экстремума напряжений.

Для малых углов наклона скважины они находятся в плоскости, образуемой вертикалью и осью скважины, - точки М. С ростом угла наклона скважины максимальные касательные напряжения растут и при достижении угла наклона критического значения (зенитный угол равен углу внутреннего трения 0=у), точки максимумов начинают смещаться относительно точки М в обе стороны по окружности на угол, опреде-

Глубина скважины Рис. 1. Результаты исследований каверномера

ляемый выражением (2) - точки А. Необходимо ответить, что с увеличением угла наклона скважины не только увеличивается величина максимума касательных напряжений, но так же увеличивается размер области, в которой действуют высокие напряжения, что приводит к резкому увеличению вероятности разрушения породы:

и= I

для у<0<я/2,

(2)

где ф - угол от оси х, 0 - угол наклона скважины к вертикали (зенитный угол), у - угол внутреннего трения.

Значительное влияние на устойчивость пород оказывает и влажность, особенно степень увлажненности глинистых пород. Даже при незначительном увлажнении глубина их устойчивого залегания резко снижается. Наименее чувствительны к изменению влажности кварцевые песчаники. Наиболее подвержены изменению влажности пластичные глины. Плотные глины и глинистые сланцы занимают промежуточное положение.

Анализ снижения прочности набухания глинистых пород вследствие их увлажнения фильтратом промывочной жидкости показал, что чем больше скорость проникновения жидкости в образец, тем меньше время его устойчивого состояния. Однако при одинаковой скорости проникновения жидкости устойчивость образцов различна и зависит от физико-механических свойств промывочной жидкости.

Набухание глин в значительной степени зависит от полярности среды [2]. В неполярных средах (бензол, бензин) они не набухают, а в высокополярных (вода) глины значительно увеличиваются в объемах (до 10 раз).

Исследования ПК. Лобжанидзе показали, что иногда однородные глины по глубине залегания, а также по простиранию могут характеризоваться различной степенью устойчивости к размоканию и набуханию. В отдельных случаях глины одного пласта по устойчивости к размоканию неоднородны.

Как было подтверждено рядом исследований [3], потеря стабильности глинистых отложений при бурении скважин происходит, в основном, из-за проникновения фильтрата бурового раствора между плоскостями напластования и в микротрещины породы, приводя к механическому разрушению стенок скважины и значительному кавернообразованию. Другими словами, воздействие флюида ослабляет глинистые породы и

щ

наука - производству

Опасные точки

X

/ А

Опасные точки

Рис. 2, 3. Положение потенциально опасных точек на контуре скважины при малых и больших углах наклона скважин:

z - вертикальная ось; z' - ось скважины, 8 - угол наклона скважины к вертикали (зенитный угол), ф - угол между большой полуосью эллипса и рассматриваемой точкой

делает их очень чувствительными к дизайну системы бурового раствора. Если удельный вес раствора слишком низкий, то увеличивается риск обрушения стенок скважины. Если же удельный вес раствора чересчур велик, то в результате проникновения фильтрата раствора происходит ослабление сланцевых пород, что делает стенки скважины склонными к потере стабильности. Для предотвращения либо минимизации потери стабильности ствола скважины оправданно использование промывочных жидкостей с высокой ингибирую-щей способностью. Однако стоит отметить, что повышением ингибирующей способности бурового раствора не всегда удается удержать ствол скважины в равновесн

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком