НЕУСТОЙЧИВОСТЬ И НАПРЯЖЕНИЯ

На рис. 1.9 отражен традиционный взгляд на устойчивость бурового ствола, при этом градиент давления гидроразрыва пласта для горизонтального участка принимается постоянным. Предлагаемое решение более сложно.

Рис. 1.9 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 их 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 имеют тенденцию преуменьшать прочность пород».

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

Рис. 1.10 Критические напряжения и устойчивость буровой скважины.

При рассмотрении устойчивости ствола критические напряжения существуют в поперечном сечении скважины (рис. 1.10). Напряжение, направленное по оси ствола, здесь не рассматривается.

Su - тангенциальное (кольцевое) напряжение.

Sr - радиальное напряжение.

Sasb - напряжения в земной коре.

Pw - давление в скважине.

Р - поровое давление.

Sa - вертикальное напряжение.

Sb - горизонтальное напряжение.

Тангенциальное ( ), или обручевое, напряжение ведет как к разрушению при сжатии, так и к разрушению при растяжении. Как и следует из его названия, это напряжение действует по периметру ствола.