Руководство для обучения инженеров по буровым растворам - часть 86

 

501 

Объём топлива в бурильной трубе для снижения на 600 рsi  =2747  х 0,0142 = 39 

бар. 

Общий требуемый объём топлива = 39 + 57,5 = 96,5 бар. 
Общая длина столба топлива в бурильной трубе = 96,5+0,0142 = 6796 фут. 
Длина 11,0 ф./гал раствора в бурильной трубе =13636-6796 = 6840 ф. 
Нр топлива = 6840 х 0,3536 = 2419 рsi 
Нр раствора  = 6796 х 0,5720 = 3887 рsi 
Нр в бурильной трубе = 2419+3887= 6306 рsi 
Противодавление на стояке с топливом в трубе = 7800-6306 = 1494 рsi 
Забойное давление после открытия задвижки в  затрубном: 

12587 х 0,572 рsi /ф =7200 рsi 
Др = 2747 х 0,3536 = 971 рsi 
10889 х 0,5720 = 6229 рsi 

=   7200 рsi 

VI. Промывка и зарезка нового ствола. 
Если  трубу  не  удалось  освободить  после  расхаживания  и  работы  яссом  в  течение 

определенного  периода  времени  (обычно  24-30  часов)  с  помощью  пропитывающего 
раствора,  оператор  должен  решить  дальнейшие  действия:  отвинчивать  инструмент  над 
точкой  прихвата  и  промыть  прихваченную  трубу  или  затрамбовать  скважину  и  начать 
зарезку    нового  ствола.  Это  решение  основывается  на  экономике.  Расчётная  стоимость 
операций    по  промывке  сравнивается  со  стоимостью  замены  прихваченной  трубы  и 
повторного бурения на ту же глубину.  

 

 

 

502 

 

 

ГЛАВА 15. 

15. 

Осложнения в глинистых сланцах 

При  разбуривании  разрезов  глинистых  сланцев  нелегко  сохранять  стабильность 

ствола. Простых решений этой проблемы  нет, но правильный режим бурения в сочетании 
с  подобранными  свойствами  бурового  раствора  очень  полезны.  Глинистые  сланцы 
различаются  как    осыпающиеся  разбухающие,  бентонитные,  для  изготовления  бурового 
раствора, пластично-текучие, газонасыщенные и сжатые. 

Осыпающиеся глинистые сланцы вызывают расширение  ствола, которое часто: 
1)  затрудняет  очистку  ствола;  2)  ведет  к  прихвату;  З)  образует  перемычки  и 

заполнение; 4) увеличивает объём бурового раствора и стоимость работ при обработке;  5) 
некачественное  цементирование  и  увеличение  стоимости  цемента;  6)  затрудняет 
проведение  каротажных  работ  и  интерпретацию  диаграмм;  7)  отбор  керна  боковым 
грунтоносом. 

Глинистые  сланцы  -  это  осадочные  породы,  осевшие  в  морских  бассейнах.  Они 

состоят  из  спрессованных  пластов  глин,  алевритов  и  ила.  В  мягком  или 
несцементированном виде  - это ил или глина; в сцементированном виде  - это глинистый 
сланец  или  аргиллит;  в  метаморфной  форме  —  это  аспидный  сланец,  филлит  или 
слюдяной  сланец.  На  больших  глубинах  сланцы  становятся  более  прочными  под 
действием веса вышележащих пород. Сланцы могут испытывать тектоническое давление 
вместе с увеличивающейся температурой и образовывать новые разновидности. 

Сланцы,  содержащие  песок,  называются  песчанистыми,  содержащие  карбонат 

кальция  –  кальциевыми.  Содержащие  железо  -  называются  железистыми.  При  большом 
количестве органического материала сланцы становятся карбонатными. 

Всем  известна  степень  гидратации  сланцев  и  наличие  связывающего  цементного 

материала.  Важно  знать  наклон  плоскостей  залёгания  и  усиления,  действующие  на  или 
внутри  сланцевого  пласта.  Для  решения  осложнений  в  этих  породах  иногда  требуется 
сложная химическая обработка, да и то теоретическая. 

Глинистые сланцы содержат различные глинистые минералы с разной структурой. 
Некоторые  из  этих  минералов  гидратируют,  другие  нет.  Сланцы,  содержащие 

монтмориллонит,  значительно  гидратируют.  Группа  монтмориллонитовых  глин  имеют 
высокую способность замещения обменного комплекса, где один катион замешает другой 
для увеличения или уменьшения степени гидратации. На эту степень влияет тип катиона и 
рН  жидкости.  Действие  массы  высококонцентрированных  солей  подавляет  гидратацию 
глин, таких как хлористый натрий. 

Сланцы    могут  содержать  иллитные  глинистые  минералы.  Их  структура  очень 

сходна  со  слюдяной  и  не  гидратирует  до  некоторой  степени  в  пресной  воде.  Основная 
структура  иллитов  идентична  монтмориллонитовой.  Они  видимо  состоят  из  двух 
четырехгранных кремнезёмных слоев и центрального восьмигранного глинозёмного слоя. 
Иллит развивает отрицательный заряд замещением кремния на глинозём на поверхности 
кремнезёмного  слоя.  Этот  дефицит  заряда  покрывается  калием,  который  входит  в 
наружные  кислородные  слои.  Диаметр  камня  почти  точно  соответствует  отверстиям  в 
поверхности. 

Хлоридные глинистые минералы подобны иллитным и гидратируют незначительно. 

Они  также  состоят  из  трёх  слоёв.  Дефицит  заряда  развивается  замещением  кремния 
глинозёмом  и  уравновешивается  зарядом  отдельного  слоя  брусита,  получаемого 
замещением магния глинозёмом, 

Каолинит  несколько  отличается  от  мориллонита,  иллита  или  хлорита.  Структура 

глины  состоит  из  одного  четырехгранного  слоя  кремнезема  и  восьмигранного 
глиноземного  слоя,  т.е.  из  двух  слоев  вместо  трёх.  Дефицита  заряда  нет,  частицы 
электронейтральны. Каолинит не разбухает в воде. 

 

503 

Гидратирующие  типы  сланцев,  содержащих  монтмориллонит,  залегают  на 

небольшой  глубине.  На  больших  глубинах  их  способность  к  гидратации  уменьшается  в 
результате  разрушения  внутренней  решетки.  Они  приближаются  к  иллитному  или 
хлоритному  типу,  почти  не  разбухают.  Они  могут  быть  каолинитного  типа,  не 
разбухающего совсем. 

В  глинистых  сланцах  осложнения  при  разбуривании  устраняются  только  буровым 

раствором,  т.к.  вызвано  это  больше  физическим  или  механическим  действием,  а  не 
химическим. 

Ниже  приводится  перечень  механических  факторов,  связанных  с  осложнениями  в 

сланцах. 

1. Эрозия в результате высокой скорости восходящего потока. 
2. Вибрация труб бурильной колонны, отбивающая сланцы со стенок ствола. 
З.  Во  время  спуско-подъёма  бурильная  колонна  смещает  глинистый  сланец  или 

прямым контактом, гидравлическим ударом или сва6ирующим действием. 

4. Локализованные внутренние силы в пласте. 
5. Давление изнутри пластов, например, давление газа. 
6. Растворяющиеся соли, содержащиеся в пласте. 
7.  Вторжение  фильтрата  или  всего  бурового  раствора  -  механическое  действие. 

Последующий  эффект  жидкости  на  сланцы  после  вторжения  может  стать  механическим 
или химическим. 

Исследования  увеличения  ствола  и осложнений  в  глинистых  сланцах  показали,  что 

существует  два  типа  проблем:  в  которых  осыпи  связаны  с  давлением,  и  которые 
чувствительны  к  буровому  раствору.  Этот  тип  может  быть  подразделен  на 
чувствительные  к  химическому  окружению  бурового  раствора  и  осыпающиеся  под 
действием физических свойств раствора. 

 

Сжатые глинистые сланцы 

Этот  тип  сланцев  ограничивается  географическими  зонами  молодых  пород.  Это  в 

основном  пост.меловой  период:  массивные,  но  не  однородные.  Это  морские  сланцы  и  с 
геологической  точки  зрения  вероятные  источники  нефти  и  газа.  Исходя  из  этого 
предположения,  можно  объяснить  наличие  давления  внутри  пород.  В  геологический 
период  с  чередованием  большой  влажности  с  засухой  клинические  изменения  вызвали 
локализованное  оседание  посторонних  осадков  в  больших  осадочных  бассейнах.  Они 
были достаточными для образования песчаных валов  у побережья, которые позже могли 
стать изолированными запаянными песчаными линзами в других массивных сланцах. 

В  процессе  геологического  развития  эти  алевриты  сжимались  под  действием 

растущей  массы  вышележащих  пород.  Во  время  сжатия  жидкость  из  сланцев 
выталкивается  в  пористые  проницаемые  тела.  Песчаные  линзы  и  пористые  и 
проницаемые, но не сжаты и не спрессованы. Любой поступающий в них флюид остается 
и  полностью  изолируется  окружающими  глинистыми  сланцами.  На  рис.1  в  разрезе 
геологического  времени  поровое  пространство  полностью  заполняется  и  захваченная  в 
нём жидкость испытывает давление почти или равное горному. 

 

504 

 

Рис.1. Сжатые сланцы. 

Во время разбуривания такого песчаника внезапный выброс флюида в ствол может и 

не  произойти.  Часто  на  поверхности  почти  нет  проявлений  разгазирования  бурового 
раствора 

из-за  очень  низкой  проницаемости  линз.  В  большинстве  случаев 

гидростатический напор столбе бурового раствора намного меньше пластового давления. 
Разность давлений сказывается вдоль путей наименьшего сопротивления, т.е. плоскостей 
напластования,  отделяющих  глинистые  сланцы  от  песка,  вызывая  отслаивание  сланца  и 
оседание  его  в  стволе.  Ослабленные  таким  образом  сланцы  продолжают  осыпаться  до 
истощения  давления  или  снижения  до такого предела,  при  котором  уравновешиваются  с 
гидростатическим напором. 

Решение  проблем,  связанных  с  давлением  в  сланцах  довольно  просто,  т.е. 

увеличение  веса  бурового  раствора  для  создания  достаточного  гидростатического 
давления  до  давления  пластового.  Эта  мера  может  быть  невозможной  из-за  потери 
циркуляции  или  наоборот  необходима  для  сокращения  затрат  на  утяжелитель.  Кроме  
регулирования плотности существуют другие методы решения проблемы. 1) При подъеме 
инструмента  из  скважины  сохранять  заполнение  скважины,  при  этом  гидростатическое 
давление будет постоянно высоким. 2) Снизить вязкость, низкое  статическое напряжение 
сдвига  бурового  раствора,  предотвращая  свабирование,  а  также  уменьшая  толщину 
глинистой  корки  уменьшением  фильтрации.  3)  Медленно  поднимать  инструмент  из 
интервала осыпей. 

 

Сланцы для приготовления бурового естественного раствора. 

Еще    один  тип  сланцев,  способствующий  расширению  ствола,  находятся  под 

влиянием  химических  веществ  бурового  раствора.  Гидратирующие  сланцы,  типа 
бентонитовых,  используются  для  приготовления  естественного  бурового  раствора. 
Химические вещества бурового раствора влияют даже на такие не гидратирующие сланцы 
как иллит,  хлористые или каолинитные сланцы. 

Идеальным  раствором  считается  тот,  который  никоим  образом  не  изменяет 

глинистые  сланцы.  Испытывались  различные  типа  буровых  растворов:  известковые, 
гипсовые,  хлоркальциевые,  силикатные,  калиевые,  с  гидроокисью  бария,  ацетатно-
кальциевые,  с  муравьиной  кислотой,  нитратно-кальциевые,  солёные,  с  IIАВ, 
лигносульфонатные,  с  полимерами  и  на  нефтяной  основе.  Ни  один  из  них  не  был 
полностью удовлетворительным во всех случаях. Один оказывался лучше в определенных 
интервалах,  другой  -  в  других.  Наиболее  успешными  оказались  растворы  с  калием, 
полимерами и на нефтяной основе. 

Фундаментальная  теория  не  позволяет  сланцам  гидратировать  в  некоторых 

химических  окружающих  условиях.  В  этом  случае  используются  растворы  с  высоким