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 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 [ 217 ] 218 219 220 221 222 223 224 225

Роль показателей свойств бурового раствора в процессе разрушения породы на забое проявляется на всех указанных стадиях, однако существенна она на третьей стадии.

Плотность бурового раствора порождает гидростатическое давление на забой, которое может быть больше или меньше порового давления в разрушаемой породе, но всегда меньше горного давления. Для плотных непроницаемых пород разбаланс между гидростатическим и горным давлениями приводит к возникновению равнодействующей сил на ограниченный объем призабойной зоны массива пород, направленной вертикально вверх. Чем больше разность между горным и гидростатическим давлениями, тем более благоприятны условия для разрушения забоя зубьями долота.

Для проницаемых пород эти процессы гораздо сложнее. Скважина и массив породы на забое оказываются гидравлически сообщающимися системами. Если гидростатическое давление бурового раствора на забой скважины выше поро-вого в породах призабойного массива (положительное дифференциальное давление на забой), то буровой раствор фильтруется через поверхность забоя в породу. С одной стороны, проникновение фильтрата бурового раствора в породу на забое сопровождается улучшением условий ее разрушения долотом за счет выравнивания давления над и под частицей породы, расклинивающего действия, проникающего в естественные и искусственные трещины фильтрата, а с другой - ухудшением условий разрушения из-за образования на поверхности забоя фильтрационной корки, представленной твердой фазой бурового раствора, закупорки забоя этой коркой и создания благоприятных условий для прижимания к забою сколотых частиц дифференциальным давлением на забое. В этом случае в зависимости от соотношения плотности бурового раствора, его вязкости, фильтрации, толщины корки, содержания и состава твердой фазы, а также пористости и проницаемости разрушаемой породы и порового давления в ней эффективность работы долота может изменяться как в лучшую, так и в худшую сторону.

Основной причиной резкого ухудшения технико-экономических показателей бурения с ростом глубины, по мнению большинства отечественных и зарубежных исследователей, является изменение забойных условий разрушения горных пород. При этом подразумевается влияние таких факторов, как наличие порового рр, пластового рпл, дифференциального Арр(Ар), угнетающего ру и суммарного на забое скважины рс (гидростатического) давлений; качество бурово-

го раствора; частота вращения долота и динамика его работы.

Влияние Ар на vм, по мнению А.Ж. Гарнье и Н.Х. Ван-Лингена, заключается в ухудшении буримости горных пород вследствие роста их прочности на сжатие и возникновения усилий, прижимающих частицы породы (шлам) к забою. Прижимающие силы имеют статическую и динамическую породу, и их значения являются сложной функцией известных показателей, характеризующих процесс бурения.

Статическое, или дифференциальное, по современной терминологии, давление, обусловливающее статические силы, удерживающие шлам на забое, независимо от фильтрационных свойств разрушаемых пород принималось равным разности между гидростатическим давлением на забое скважины рс и поровым (пластовым рпл) давлением:

Ар = рс - рпл.(10.3)

В процессе бурения в проницаемых горных породах под действием положительного перепада давления рс > рпл в системе скважина - пласт фильтрат бурового раствора проникает в породу. При фильтровании дисперсная фаза раствора, частично кольматируя слой породы, отлагается на ее поверхности в виде слоя осадка, образуя фильтрационную корку, которая совместно с породой оказывает дополнительное сопротивление движению давления на глубине зарождения трещин, формирующих лунку выкола и условно названных магистральными. В дальнейшем изложении она именуется глубиной разрушения 5р. В результате по трассе магистральной трещины будет действовать не пластовое, а иное давление, равное давлению на глубине разрушения, - рр. Поскольку рс > рр возникает дифференциальное давление, которое определяется из выражения

Арр = рс - рр.(10.4)

При разрушении непроницаемых горных пород давление на глубине разрушения рр будет равно поровому.

В процессе развития магистральной трещины первоначальное давление в ее полости практически равно нулю. Так как рс > рт, то над частицей по длине l возникает динамический перепад давления, который прижимает частицу к массиву породы, т.е. угнетает ее. Во избежание путаницы, в отличие от дифференциального давления, этот перепад давления предложено именовать угнетающим давлением ру. В общем случае под угнетающим давлением ру, в отличие от представлений о

динамическом перепаде давления, понимается разность между суммарным давлением на забое рс и давлением в трещине:

Ру = Рс - Рт = Рс - ерр,(10.5)

где е = рт/рр - коэффициент восстановления давления в полости трещины.

Для заполнения полости трещины жидкостью и восстановления давления в ней нужно определенное время, поэтому в зависимости от времени контакта зуба долота с породой хк значение рт и соответственно ру будут различными. Если хк меньше времени заполнения з объема трещины флюидом, то рт 0, ру = рс. При хк больше суммы времени с = з + где в - время восстановления давления в трещине до уровня давления жидкости на глубине разрушения рр, давление в трещине рт » рр, ру » рс - рр, т.е. ру будет равно дифференциальному давлению. В общем случае с учетом хк имеем

рс - рр S ру.(10.6)

Угнетающее давление в зависимости от условий разрушения проницаемых пород может изменяться в диапазоне значений от дифференциального давления до давления на забое скважины рс. При разрушении непроницаемых горных пород диапазон изменения несколько меньше.

Для расчета дифференциального и угнетающего давлений необходимо знать закономерности образования фильтрационной корки, эпюру распределения давления в приповерхностном слое разрушаемой породы, время заполнения объема магистральной трещины флюидами, время восстановления давления в трещине до уровня рр.

При разрушении горной породы на забое скважины долотом поверхность забоя непрерывно обнажается, что обусловливает необходимость изучения фильтрации с учетом динамики образования фильтрационной корки.

Перераспределение давления в зоне разрушения проницаемой породы на забое и по пласту вызвано фильтратом бурового раствора, поступающего под давлением из скважины. При этом дисперсная фаза бурового раствора отлагается на поверхности забоя с движением жидкости через фильтрующий слой (осадок) при непрерывном увеличении его высоты.

Роль пористой перегородки при разрушении горной породы на забое играет проницаемая горная порода. Для этого случая получают