Горное (геостатическое) давление

Основные понятия и определения

Курс «Осложнения и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин» являются одним из основных среди специальных дисциплин для студентов специальности «Бурение нефтяных и газовых скважин». Это связано с тем, что глубины скважин постоянно увеличиваются, в результате чего геологические условия бурения становятся сложнее, а вероятность различных осложнений возрастает. Все это требует совершенствования техники и технологии бурения.

К осложнениям относятся нарушения технологического процесса бурения при соблюдении технического проекта и единых правил безопасности, вызванные горно–геологическими условиями. При осложнениях бурение скважины возможно, но для этого необходимо выполнение специальных мероприятий. Если осложнения встречаются редко, или их нет вовсе, то процесс строительства скважин характеризуется как нормальные условия бурения. Если осложнения возможны на каждой скважине, то это осложненные условия бурения. В последнем случае уже на стадии проектирования предусматривается комплекс специальных мероприятий.

К числу осложнений относятся:

- поглощение бурового раствора;

- газонефтеводопроявления (ГНВП);

- нарушение устойчивости стенок скважины;

- прихваты;

- осложнения при разбуривании многолетнемерзлых пород (ММП).

Авария – нарушение технологического процесса бурения, вызываемое потерей подвижности колонны бурильных труб, или ее поломкой, с оставлением в скважине отдельных элементов колонны, а также различных предметов и инструментов, для извлечения которых требуется специальные работы, не предусмотренные проектом.

Аварии условно подразделяются на:

- аварии с бурильной колонной;

- аварии с породоразрушающим инструментом;

- аварии с забойными двигателями;

- аварии, связанные с падением в скважину посторонних предметов;

- аварии при геофизических исследованиях;

- пожары и взрывы;

- прочие.

Практически все осложнения, если не принимать специальных мер по их предупреждению и ликвидации, переходят в аварии. Так, например, проявления и поглощения бурового раствора могут перейти в открытый фонтан – самую тяжелую аварию, посадки и затяжки инструмента, осыпи со стенок скважины – к не освобождаемому прихвату, несоблюдение теплового режима в скважине – к вмораживанию инструмента.

На ликвидацию осложнений и аварий в целом по стране расходуется 10-12 % рабочего времени. Особенно заметен рост числа и тяжести аварий с увеличением глубины скважин. Так, например, в интервале 2000-3000 м на 100 м проходки на ликвидацию аварий тратится в среднем 0,3 часа, а в интервале 5000-5500 м – 3,8 час. Вместе с тем, 95 % всех аварий возникает в результате нарушения технологии бурения, т.е. по вине исполнителей. Следовательно повышение технологической дисциплины позволит существенно повысить производительность труда.

Давления в скважине и околоствольном пространстве

Практически все осложнения и большинство аварий возникает в результате того, что давление в скважине не соответствует необходимому. Так, например, если давление на забое ниже требуемого, то возможны проявления различной тяжести, обвалы стенок скважины. При высоком давлении возникает поглощение бурового раствора. Поэтому необходимо рассмотреть вопросы, связанные с действующими в скважине давлениями, их влиянием на процесс бурения, методикой определения, изменением во времени, способами регулирования.

Горное (геостатическое) давление

Горное давление Р_гор это давление, создаваемое весом вышележащих горных пород. Оно может быть определено из выражения

МПа

где Н – глубина залегания пласта, м;

- средневзвешенный удельный вес горных пород вышележащих горизонтов, Гс/см³.

Удельный вес горных пород может быть определен геофизическими методами или по керну.

На площадях с незначительной тектонической активностью градиент горного давления, т.е. величина его повышения с углублением на единицу длины, составляет примерно 22620 Па/м, а в тектонически активных зонах 18100 Па/м.

Напряжения, возникающие в массиве горных пород под действием горного давления, после бурения скважины существенно изменяются. Это приводит к деформации стенок ствола и, как следствие, к осложнениям.