Руководство для обучения инженеров по буровым растворам - часть 96

 

541 

безопасности  при  откачивании  выброса  до  появления  пузырьков  газа  над  башмаком 
обсадной  колонны,  которые  свидетельствуют  о  понижении  давления.  Давление  в 
обсадной  можно  увеличить  на  величину  снижения  гидростатического  давления.  Вес 
вторгающегося  флюида  нужно  определить  для  расчёта  раствора  этого  снижения  над 
башмаком. 

Многих проблем можно избежать, используя метод испытания упорного хвостовика 

обсадной, оценивая результаты для правильного решения. 

Рис.30 показывает, что по мере приближения веса раствора к весу трещины (разрыв), 

снижается максимально допустимое давление обсадной при закрытой скважине. Поэтому 
необходимо  планировать  конструкцию  скважины  для  обеспечения  безопасного 
максимально  допустимого  давления  в  обсадной  при  закрытой  скважине,  превышающего 
ожидаемый вес бурового раствора. 

Б.  Методика  заполнения  скважины  во  время  рейса.  Находясь  в  скважине, 

бурильная  колонна  занимает  данный  объём.  Во  время  подъёма  высота  столба  раствора 
снижается па этот объём. При этом снижается также гидростатическое давление раствора, 
достаточное  снижение  вызывает  фонтанирование.  Поэтому  освобождаемый при  подъёме 
объём  должен  замешаться  раствором  для  полного  заполнения  скважин.  Эта  процедура 
должна  быть  частой  и  равномерной  (на  каждые  5-10  свечей).  Объём  для  заполнения 
должен  быть  равен  объёму  поднятой  из  скважины  колонны.  Если  объём  заполняющего 
раствора меньше, разница заполнится вторгающимся флюидом. Продолжение вторжения 
вызовет  переток  и  скважину  нужно  будет  закрыть.  Когда  долото  поднято  с  забоя,  
контроль  за  скважиной  осложняется.  Для  предотвращения  этого  необходимо  рассчитать 
объём  поднятых  труб  из  скважины  и  объём  раствора  для  заполнения  скважины  для 
гарантии приема нужного количества раствора. 

Существует  несколько  способов  измерения  или    расчёта  количества  бурового 

раствора для заполнения скважины. Один из них состоит в отсчёте ходов поршня насоса 
для  заполнения  ствола  после  подъёма  труб  данной  длины  (5-19  свечей)  следующим 
образом 

)

/

(

)

/

(

)

(

ход

бар

насоса

ельность

Производит

фут

бар

трубы

Вытеснение

ф

Длина

= поправке фута хода для заполнения. 

Использование  этой  методики  требует  точного  объёмного  КПД  насоса.  Если  насос 

доставляет меньше расчётного раствора, скважина начнёт испытывать поршневой эффект, 
без этого эффекта скважина принимает аномально высокий объём флюида (поглощение). 

Однако  этот  метод  может  быть  эффективным,  если  количество  ходов  поршня 

сравнивается  с  изменением  объема  в  амбаре,  который  хорошо  регулируется  с  помощью 
суммирующего устройства. В качестве обратной связи бригада должна вести наблюдение 
за амбаром и знать объём, требуемый для заполнения скважины. 

Ещё  один  способ  замера  для  заполнения  скважины  -  резервуар,  используемый  при 

спуско-подъеме.  Емкость  его  невелика,  заполняется  он  под  действием  силы  тяжести 
непрерывно или с помощью насоса. Резервуар обеспечивает точный замер используемого 
раствора и обнаружение аномального заполнения скважины в результате малой емкости. 
Единственное требование - гарантия безопасности при регистрации количества раствора, 
требуемого для вытеснения объёма поднимаемых труб. Этот объём желательно проверить 
другим способом. 

 

Давление разрыва 

Давление  разрыва  -  это  давление,  способное  разрушить  породу  физически 

вертикально или горизонтально. 

Разрываемость зависит от нескольких факторов. 
1. Геологический возраст. 
2. Глубина и перекрывающие породы. 
3. Поровое давление. 

 

542 

 

Геологический возраст. 

По мере старения пород в них происходят изменения: 
1. Степень сжатия с увеличением глубины. 
2.  Степень  цементации  в  рёзультате  сжатия  и  химического  осаждения  в  поровом 

пространстве. 

3. Наличие тектонических факторов - складчатость, сбросы и внедрение соленых или 

магмовых потоков. 

Тектонически ослабленные площади, на Мексиканском побережье, характеризуются 

горизонтальными  разрывами  в  результате  наибольшего  напряжения  в  вертикальном 
направлении, равного подстилающему давлению. 

С  другой  стороны,  укороченные  регионы  в  результате  образования  складок  или 

сбросов,  характеризуются  вертикальными  разрывами,  т.к.  наименьшее  напряжение 
вертикальное и равно горному давлению. Наибольшее напряжение горизонтальное и в 2—
3 раза  больше давления вышележащих пород, что вызвано сжимающими усилиями. 

Глубина и наносы

. 

С  погружением  слоев  на  глубину  повышается  вес  вышележащих  пород, 

вызывающий сжатие, которое уплотняет зерна и делает цементацию более эффективной. 
В результате этих факторов, повышается прочность материнской породы. 

При  определении  горного  давления  используется  (1).рsi/на  фут  глубины  при  20% 

пористости  и  заполнении  водой  удельным  весом  1,079  и  средним  удельным  2,06(0,80) 
Отсюда, 

ОВ (горное давление) = 2,6(0,80)+1,079(0,20) 
ОВ = 2,296 уд.вес 

или        2,296 х 8,33 = 19,13 фунт/гал 

19,13 х 0,052 = 0,995 рsi/фут или   1  рsi /дут. 

Поровое давление (РР). 

После  образования  изоляции  процесс  сжатия  сокращается  и  пластовый  флюид 

поддерживает часть наносов и повышает поровое давление. Это в свою очередь вызывает 
повышение давления разрыва пласта. 

Во  время  разрыва  породы  прилагаемое  давление  должно  сначала  преодолеть 

пластовое поровое давление (РР), а затем часть прочности матрилы (RМ). Очень похожа 
взаимосвязь  существует  в  случае  равенства  горного  давлении  (ОВ)  поровому  давлению 
плюс прочность материальной породы, т.е. 

ОВ = РР + RМ 

Для определения прочности материнской породы ур-ние решается для 

RМ = ОВ - РР 

Если  полную  прочность  материнской  породы  плюс  поровое  давление  нужно 

преодолеть,  давление  разрыва  будет  всегда  равно  горному  давлению.  Отсюда  давление 
разрыва будет 

FР (давление разрыва)  = РР + (ОВ - РР) 

или 

РР +RМ 

К  сожалению,  известные  градиенты  давления  разрыва  почти  всегда  противоречат 

этому соотношению. Для учёта этого противоречия следующие уравнение корректируется 
переменной глубины (Х), т.е. 

FP = РР + (ОВ - РР)Х 

где        Х - величина меньше единицы для учёта давления разрыва меньше горного (ОВ). 

Точное определение переменной (или поправки) исторически предмет противоречий. 

Один из подходов разработки уравнения предложен Hubbard Willis (1957) 

FР = 1,3Д(ОВ +2РР), где ОВ=1. psi/фут. 

Позже  Matthews    и  Кеllу  разработали  другой  подход.  Они  установили,  что  при 

горизонтальном  разрыве  пласта  требуемое  давление  равно  горному  усилию.  Для 
вертикального  разрыва  давление  может  быть  значительно  меньше  горного.  Уравнение 
выражено где К

1

 -  коэффициент усиления матрицы. 

 

543 

ОR  перестраивается ка FР = градиент + К

1

 (ОВ градиент). 

В  1969  г.  Веn  Еаton  разработал  ещё  один  подход  на    допущении,  что  градиент 

давления  разрыва  является  функцией  градиента  напряжения  горных  пород,  порового 
давления  и  отношения  горизонтального  напряжения  к  вертикальному,  Еаton  назвал  его 
Отношением Роisson?s Ratio  (V), и выразил его, 

V

V



1

 

законченное уравнение имеет вид 

D

PP

V

V

PP

OB

D

FP









1

)

(

)

(

 

Резюме.  

Очевидно, что давление, требуемое для разрыва  пласта, не обязательно объединяет 

поровое и горное давления, (особенно на небольших глубинах). 

Попытки  авторов  заключались  в  учете  этого  явления.  Введение отношения  Poission 

корректирует  переменную  величину  с  помощью  фактора  “сланцеватости».  Отношение 
Poission  лучше  определяет  уравнение  Hubbard  и  Willis  т.е.  фактор  1,3  корректируется  в 
диапазоне 1.3 до 1,2. 

С  другой  стороны  Matthews?s    и  Кеllу?s    свой  фактор  К  приближают  к  отношению 

Poission , но легче определяют истинное давление, требуемое на разрыв пласта. 

 Отсюда  следует,  что  для  каждой  определенной  площади  нужно  строить  график  К 

или,  по  крайней  мере,  рассчитать  возможное  давление  разрыва  из  выше  приведенных 
уравнений для получения ожидаемого диапазона градиентов разрыва для удовлетворения 
требований перепада до забуривания. 

Рекомендуется  следующее  уравнение  для  градиента  разрыва  с  учётом  возможности 

регулировки К. 

FР = РР + (ОВ- РР)К

1

 

FР = РР + (RМ)К

1

 

 

Три категории контроля выброса 

Первичный  контроль  -  правильное  использование  гидростатического  напора  для 

вывода пласта из равновесия и предотвращения нежелательно проникновения флюидов из 
пласта в скважину. Преимущества первичного контроля очевидны. 

Вторичный контроль - правильное использование оборудования в случае неудачного 

первичного  контроля.  Несвоевременно  и  небольшой  выброс  может  быстро  развиться  в 
серьезное 

осложнение. 

Кроме 

подземных 

выбросов 

существует 

опасность 

неконтролируемого потока пластовых флюидов на поверхность. 

Третичный контроль - правильное использование оборудования и гидростатического 

напора  для  возобновления  контроля  выброса.  В  этом  случае  возникает  необходимость 
бурения разгрузочных скважин. 

Несмотря на то, что третичный  контроль ведется экспертами, многое нужно сделать 

во время планирования и бурения скважины для упрощения глушения. 

 
 

 

544