Механическая стабильность

Трудно определить, что является первостепенной причиной вспучивания и осыпания. То ли химический дисбаланс, то ли механическая нестабильность. Или и то, и это вместе понемногу.

До того как была пробурена секция в забое, на породу действовали три не равных нагрузки в трех различных направлениях. На глубине более чем 1500 футов, наибольшей из них следует считать нагрузку породы, которая действует в вертикальном направлении. Типичной величиной градиента нагрузки является величина, равная 1.0 psi/ft. Горизонтальные составляющие нагрузки могут быть равными в равномерно непрерывной среде, и типичная их величина составляет 0.75 psi/ft. Однако, в геологически - разорванных породах они могут существенно отличаться.

При бурении, цилиндр породы замещается буровым раствором. Буровой раствор, будучи жидкостью, может воспринимать лишь только равные нагрузки в трех направлениях. Обычно вес бурового раствора балансируется с поровым давлением формации. Градиент перового давления в нормально нагруженных формациях обычно равен 0.465 psi/ft (Галф оф Мексике), 0.452 psi/ft (Северное море). Видно, что при весе бурового раствора, равного 0.465 psi/ft давление раствора нигде не равно столь высоким значениям, как нагрузкам в формации, которую этот раствор замещает.

Порода вокруг ствола скважины вынуждена "давать просадку" и противостоять дополнительным нагрузкам. Если порода прочная, то проблемы могут не возникнуть. В молодых формациях, где цементирующая основа матрицы не такая прочная, порода не может легко противостоять дополнительным нагрузкам. Порода будет деформироваться, и ствол скважины начнет давать усадку, хотя изменения диаметра может быть менее чем 0,01 дюйм.

По мере сжатия ствола, песчаник становится склонным к растрескиванию и осыпается в ствол скважины. Если порода очень слабая, то ствол может даже полностью обвалиться. Обычно бывает довольно трудно отличить деформацию ствола скважины, вызванную механическими нагрузками, от вспучивания из-за протекания процессов в химически активных формациях (см раздел 4.2.2).

Тот факт, что вертикальные нагрузки (давление вышележащих пластов) обычно существенно выше горизонтальных, имеет очень существенное значение для отклоняемых скважин.

Рис. 7.19 Вес бурового раствора не достаточен для того, чтобы удержать ствол то сжатия.

Рис. 7.20Ориентация нагрузки вышележащих слоев в вертикальных и горизонтальных скважинах

При бурении вертикальных скважин, вертикальные нагрузки - параллельны стволу. Давление раствора противостоит только нагрузкам, которые имеют только компоненты перпендикулярные поверхности ствола. В вертикальных скважинах горизонтальные нагрузки находятся в диапазоне 0,75 psi/ft. Нагрузки, превышающие эти значения (1,0 psi) мы не рассматриваем.

В горизонтальных скважинах, нагрузки вышележащих пластов - перпендикулярны стволу и должны быть поддержаны давлением раствора. При увеличении наклона ствола, компонента этой нагрузки, действующая на ствол, - возрастает. Так, из - за того, что Вы могли бурить вертикальную скважину на каком - то участке с раствором 9 ppg и не имели при этом проблем со стабильностью, вовсе не следует, что Вы сможете бурить скважину с наклоном в 60 град. с тем же самым весом раствора, равным 9 ppg! Другими словами, может понадобиться более тяжелый раствор для сдерживания формаций в отклоняемых скважинах, чем для вертикальных. Ниже приводится иллюстрация нагрузок, действующих на поперечное сечение ствола скважины.