Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 [ 61 ] 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94

а при rjr, = v5

о, = -0,73(р,-р„). (267)

Различие численных множителей в формулах (266) и (267) характеризует степень влияния отношения радиусов rjr на касательное напряжение о., которое, как это видно из приведенных данных,, сравнительно невелико. Разность давлений (Рг-Рп) формулах (266) и (267) можно представить в виде

/эф = ё(рп-рж)> (268)

где Н - глубина залегания пород и высота столба жидкости в скважине; Рп и Рж- соответственно плотность пород в природных условиях и плотность жидкости в скважине.

Если для обш;его представления о величине касательного напряжения на различных глубинах принять Рп = 2,5 г/см, а = = 1 г/см, то выражения (266) и (267) примут вид

о = 0,116Я кгс/см2; о;=-0,108Я кгс/см2, где Н - глубина залегания, м.

В табл. 37 приводятся величины и ох для различных глубин.

Таблица 37

Изменение Ох и а в зависимости от глубины залегания пласта

Если предел прочности горных пород на сжатие в природных условиях превышает расчетную величину касательного напряжения

то стенки Скважины при отсутствии разбухания пород в жидкости должны быть устойчивыми и не требуется их специальное крепление.

Если пустотное пространство в горных породах гидродинамически не сообш;ается со скважиной, заполненной жидкостью, или объем его равен нулю, то давление р на стенке скважины в формулах (260) и (261) равно Гидростатическому давлению столба жидкости в скважине Pi = Hgp. В связи с этим при г = форму.лы (260) и (261) примут вид

0,. = .

(269)

ay = -Hgp. (270)

Здесь, как и в предыдуш;ем случае, о имеет отрпцательное значение, поскольку Рп > Рж> и потому действует на сжатие, а о у направлено радиально в сторону пласта и тоже сжимаюш;ее напряжение. Анализ формул (269) и (270) показывает, что о>>Оу. Прн гj/r2 = = /3 и принятых выше величинах Рж и рп это превышение равно

300% . Наконец, в данном случае в 2,5 раза больше, чем в формуле (266), полученной для проницаемого коллектора.

Сказанное в предыдущем разделе о горном давлении при негоризонтальном залегании смежных отложени!! пород особенно большое значение пмеет в устойчивости стенок скважин. Например, на кривых антиклинальной складки кроме вертикального горного давления действуют тангенциальные силы, которые пе менее разрушительны, чем касательное напряжение а, так как помимо всего прочего они действуют на разрыв. Практика бурения скважин показала, что обвалы в скважинах чаще всего происходят при малопрочных породах (глинах), несогласном их залегании и больших углах падения.

Так как усилия, возникающие на стенке скважины под влиянием горного давления, достигают максимальной величины постепенно вследствие упругих задержек (релаксации), то интенсивность разрушения стенок скважины и обвалов во времени усиливается (при малых скоростях бурения, длительных простоях и т. д.).

КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПО МЕХАНИЧЕСКИМ СВОЙСТВАМ

Практический смысл классификации горных пород по механическим свойствам состоит в том, что в какой-то степени она дает возможность нормировать выбор средств д.ля разрушения горных пород в процессе проведения горных выработок и, в частности, при бурении скважин. Поэтому разработке и выбору соответствующей классификации горных пород на протяжении многих десятилетий уделялось большое внимание. Как отмечалось выше, первой попыткой решения этой задачи была классификация пород по крепости, предложенная вначале Б. И. Бокий, затем М. М. Протодьякоповым (старшим) и др. Л. А. Шрейнер с сотрудниками посвятил классификации горных пород по механическим свойствам целый раздел книги [184]. В связи с тем, что ни один показатель механических свойств горных пород не является всеобъемлющим для характеристики их сопротивляемости разрушению, Л. А. Шрейнер с сотрудниками в общую классификацию пород по механическим свойствам включил классификации их по твердости, по пределу текучести, по модулю Юнга, по коэффициенту пластичности и по удельной контактной работе.

Согласно этой классификации горные породы разделяют на 12 категорий по твердости и пределу текучести, на восемь категорий по удельной контактной работе и модулю Юнга и на шесть категорий по коэффициенту пластичности. При твердости и пределе текучести менее 100 кгс/см горные породы относят к мягким, при твердости и пределе текучести 100-400 кгс/см - к средним и при величине этих показателей более 400 кгс/см - к твердым. Весь диапазон напряжений, которыми характеризуются горные породы по твердости и пределу текучести в этой классификации, укладывается в пределы 10-700 кгс/см. По пределу текучести к группе пород с напряжением до 100 кгс/см относятся глинистые песчаники, алевролиты, известняки и сульфатные породы.

Глава VII ТРЕЩИНОВАТОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД

ОБРАЗОВАНИЕ ИСКУССТВЕННОЙ ТРЕЩИНОВАТОСТИ

Из анализа формул (260) и (261) следует, что при давлении на породу в скважине, равном боковому горному давлению р(„ напряжение сжатия Ох = Оу = -Рт- Иначе говоря, напряженное состояние горных пород на стенке скважины становится таким же, как и вдали от нее. Следовательно, чтобы разорвать породу в призабойной зоне скважины, необходимо преодолеть боковое горное давление " предел прочности породы на разрыв Ораз, т. е.

/ра, >Ораз + Рг6, (271)

где Рраз - давление разрыва.

Боковое горное давление рс определяется формулой (257) или, если имеется внутрипластовое давление р, формулой (259). Исходя из этого, выражение (271) можно представить в виде

Рраз>(раз + Рг (272)

Рраз > <pa3 + Y~7 Рг - Рп)- (273)

В табл. 36 показано, что при изменении коэффициента Пуассона V от О до 0,5 множитель v (1-v)" * изменяется от О до 1. Это означает, что в горных породах, в которых деформация происходит без заметного изменения объема, т. е. когда величина v близка к нулю, предел прочности их на разрыв Ораз становится соизмеримым с произведением Рг на V (1-v)"*, особенно при внутрипластовом давлении р„ > 0. Наряду с этим стремление v к нулю является условием для образования преимущественно вертикальных трещин. Если v = 0,5 или близко к нему, выражение v (1-v)"* приближается к единице и боковое горное давление становится практически равным полному геостатическому давлению рг или эффективному горному давлению (Рт-Рп)-

Следовательно, для образования трещины в стволе скважины давление разрыва Рраз в этом случае должно превышать предел прочности на разрыв и полное рг или эффективное рф г горное давление. В этих условиях в изотропной равнопрочной горной породе возникают равные возможности для образования вертикальных и горизонтальных трещин.

Однако горные породы, как известно, анизотропны и неравнопрочны. В частности, предел прочности их на разрыв в перпендику-