Руководство для обучения инженеров по буровым растворам - часть 90

 

517 

Термин «переходная зона» очень важен при изучении геодавления во время бурения. 

Переходным может быть: 

1.  Интервал  от  кровли  геодавления  до  кровли  первого  проницаемого  песчаника  в 

разрезе геодавления. 

2.  Любое  быстрое  увеличение  давления  в  непроницаемом  (обычно  сланцевом) 

разрезе. 

 

3.  Интервал  от  кровли  геодавления  до  глубины,  где  в  скважине  отмечается 

максимальное поровое давление, рис.14. 

 

Начальная  переходная  зона  обычно  выбирается  как  место  посадки  промежуточной 

или  защитной  обсадной  колонны  по  двум  причинам.  Во-первых,  поровое  давление  в 
первом проницаемом песчанике в разрезе геодавления выше градиента растрескивания на 
поверхности башмака обсадной колонны. Бурение этого песчаника, вероятно, приведет к 
разрушению  верхнего  пласта.  Прежде,  чем  скважина  будет  под  контролем.  Во-вторых, 
градиент  растрескивания  увеличивается  с  глубиной  и  поровым  давлением.  Чем  глубже 
установлена  защитная  обсадная  колонна,  тем  меньше  риска  разрушения  седла  защитной 
обсадной колонны после её установки. 

Резкое  повышение  давления  в  нёпроницаемом  разрезе  может  вызвать  осложнения, 

если  вес  бурового  раствора  недостаточен  при  переносе  в  следующий  песчаник. 
Следующий за этим выброс требует больших затрат на контроль ситуации. 

Максимальное поровое давление в скважине определяет минимальные требования к 

обсадной  трубе.  Профили  градиента  разрыва/порового  давления  определяют  место  по 
садки обсадной колонны и её размер. 

Наиболее  критической  из  трёх  типов  переходных  зон  является  начальная  часть. 

Объясняется это слабыми верхним пластами, большим интервалом необсаженного ствола. 

 

 

518 

 

Индикаторы давления 

Возникновение  аномально-высокого  давления  вызывает  множество  проблем  в 

бурении. Осложнения изменяются в зависимости от географического нахождения, веса и 
типа  раствора,  типа  буровой  установки  и  типа  скважины  (прямая  или  искривленная). 
Однако  есть  несколько  индикаторов,  предупреждающих  об  изменении  пластового 
давления.  Все  индикаторы  могут  не  быть  одновременно,  т.к.  они  могут  быть 
замаскированы  или  полностью  исключены  в  результате:  1)  недостаточного  режима 
бурения,  2)  неподходящего  веса  бурового  раствора,  3)  несоответствующего  для 
разбуривания пласта долота, 4) неподходящей гидравлики. Чаше всего присутствует один 
или два индикатора. 

С  помощью  правильно  регулируемого  оборудования,  методики  бурения  и 

достаточно  обученного  персонала  индикатор  можно  расшифровать  для  измерения 
пластового давления на долоте до 0,2 ф/гал. 

Следует  сделать  ссылку  на  аномальное  сжатие.  Основным  принципом,  на  котором 

основывается большая часть индикатором, является изменение пористости с глубиной. В 
нормально  сжатом  разрезе  пористость  сланцев  уменьшается  с  глубиной.  Но  по  мере 
формирования изоляции пористость сланцев теряет эту тенденцию. Пористость  сланцев в 
переходной зоне остается той же или лишь слегка уменьшается с глубиной. 

Индикаторы переходной зоны делятся на две группы: 
А. Инженерные. 
Б. Геологические. 

 
А. Инженерные параметры

. 

1. Скорость проходки. 
Во  время  бурения  сланцевых  разрезов  с  нормальным  давлением  наблюдается 

довольно равномерное снижение скорости бурения с глубиной, если вес долота, обороты, 
тип  долота,  гидравлика  и  вес  бурового  растворе  остаются  постоянным.  Снижение 
скорости связано с  увеличением плотности или сжатия сланцев. Этот тренд прерывается 
при вхождении в зону с аномально-высоким давлением. Скорость проходки уменьшается 
при разбуривании изоляции давления, после чего будет равномерное увеличение в зоне с 
аномально высоким давлением. Теория аномально высокого давления состоит в том, что 
нормальное  сжатие  прервано  и  создает  повышенную  пористость  в  зонах  с  повышенным 
давлением,  т.к.  жидкости  не  могут  выйти  из  них.  Повышенная  пористость  обеспечивает 
ускорение бурения.    

Перепад  давления  влияет  на  скорость  проходки.  По  мере  уменьшения  разницы 

между гидростатическим давлением столба раствора и пластовым давлением повышается 
скорость  бурения.  Увеличение  приближается  к  гиперболической  кривой  с  критической 
точкой  около  500  psi,    сверхдавления  против  пласта  (рис.15).  Оба  фактора  работают  в 
одном  направлении  одновременно.  Снижение  дифференциального  давления  связано  с 
проникновением  в  зону  сверх  давления  в  повышенной  пористости  и  оба  фактора 
увеличивают  скорость  проходки.  Дифференциальное  давление  более  чувствительно. 
Кривая  идеальная  во  время  бурения,  рис.16, отмечается  при  постоянном  весе  на  долото, 
скорость  вращения,  гидравлике  и  реологии.  По  экономическим  соображениям 
невозможно    держать  постоянными  эти  параметры  длительное  время,  поэтому 
действительные кривые бурения показаны на рис.16В. Если бы было возможно нанести на 
один  график  показания  веса  долота  и  скорости  бурения,  кривую  легче  было  бы 
интерпретировать, рис. 16 С. 

 

519 

 

 

 
 
2. Снижение тренда экспонента. 

Многие  исследователи  предпринимали  попытку  решить  проблему  нормализации 

скорости бурения.  Combs, Nardrow, Bouroone, Jorden, Shirley опубликовали свои работы. 
Все  методы  эффективны  до  некоторой  степени,  но  каждый  имеет  свои  ограничения. 
Каждый  метод  -  это  сложное  математическое  уравнение,  но  к  бурению  более  всех 
подходит метод  Jorden  и   Shirley  известный как d -  экспонент 

d  = 

10

12

log

60

D

W

N

R

 

где          d -  показатель степени в обобщенном ур-нии бурения, 

D -  диаметр долота, дюймы, 
N - скорость ротора, об/мин, 
R - скорость проходки, ф/час, 
W -  нагрузка на долото, фунты. 

Это не точное решение первоначального ур-ния и не подкрепляется математически. 

Но даже при этом результаты точны настолько, насколько в более сложных ур-ниях, если 
введение поправки на плотность бурового раствора, т.е. 

CS

d

d

ECD



9

  

(9 - нормальный градиент давления, ЕСД - эквивалентная плотность циркуляции). Из  

рис. 17 d и dcs   выбираются, а пластовое давление у долота можно получить с точностью 
до 0,5 фунт/гал. 

 

520 

Показатель  степени  d

1

  рассчитанный  из  данной  формулы  корректируется  для 

плотности бурового раствора как 

)

/

(

/

гал

фунт

ЕСД

гал

фунт

давления

градиент

Нормальный

 

График  d

CS

=dx  с  глубиной,  тогда  служит  индикатором  изменения  пластового 

давления у долота. 

Как  уже  установлено, ни один из методов не будет  эффективным без  учёта режима 

бурения.  Срабатывание  долота  может  маскировать  переходную  зону  (рис.  18). 
Чрезмерный  вес  раствора  вызывает  завышение  d

CS

  ‚  для  прогнозирования  давления  по 

сравнению  с  действительным,  т.  к.  знаменатель  в  доле  больше  необходимого. 
Загрязненная  циркуляционная  система  дает  то  же  из-за  высоких  потерь  давлений  в 
кольцевом  пространстве.  Если  вычерчиваются  d  и  d

CS

,  можно  легко  обнаружить 

чрезмерную плотность раствора. График будет справа от экстраполированной нормальной 
линии, а изменение масштаба даст избыточный вес раствора в ф/гал, рис. 17. 

При  избыточном  весе  все  методы  не  действительны,  рис.17,  кривая  реагирования 

бурения.  Точка  изгиба  -500-600  фунтов.  Поскольку  1000  фунтов  превышено  изменения 
нагрузки на долото, скорости ротора и других факторов почти не меняет.