Поглощение промывочной жидкости и тампонажного раствора.

Поглощения в скважинах буровых растворов является одним из основных видов осложнений.

ПРИЧИНЫ ПОГЛОЩЕНИЙ ЖИДКОСТЕЙ В СКВАЖИНАХ

Установить какие-либо закономерности возникновения погло­щений и выбрать эффективные мероприятия и технологию проведения работ по предупреждению и ликвидации поглощений из-за большого числа факторов, обусловливающих явление поглощения, очень сложно. Поэтому стали использовать вероятностно-статистические методы для прогнозиро­вания зон поглощений и выбора наиболее эффективных технологических мероприятий по предупреждению и борьбе с поглощениями.

Поглощения буровых растворов и иных жидкостей в поглощающие пласты обеспечиваются наличием пор, каналов, трещин, пустот в проходи­мых скважиной породах и |или) недостаточной устойчивостью (сопротив­ляемостью) пород к давлению столба жидкости в скважине, в результате чего возникает гидроразрыв пород, и в щели проникает жидкость.

Поглощающие пласты в бурящихся скважинах могут быть представле­ны пористыми, трещиноватыми и кавернозными породами. Пористые песчано-алевритовые породы имеют трещины и обладают поровой трещинной проницаемостью, трещиноватые породы имеют межзерновую пористость, а кавернозные породы разбиты микротрещинами различной раскрытости.

Проницаемость песчано-глинистых пород зависит от размеров пор, которые могут быть субкапиллярными, капиллярными и сверхкапил­лярными. Соединяющиеся между собой поры образуют поровые каналы, являющиеся путями движения жидкости и газа.

В мелко- и среднезернистых песчаниках и алевролитах интенсивные поглощения буровых растворов не происходят, так как образующаяся при фильтрации раствора в пласт глинистая корка на стенке скважи­ны имеет низкую проницаемость и препятствует проникновению раство­ра в пласт. В крупнозернистых песчаниках и алевролитах раствор фильт­руется с большой скоростью. Еще больше раствор проникает в пласты конгломератов, имеющих каналы диаметром 1-5 мм и более.

Наиболее часто буровой раствор поглощается в карбонатных (обычно известняки) породах. Различаются известняки с первичной или вторичной пористостью и трещиноватые. К первым относятся мел, раковинные и коралловые известняки. Ко вторым - все известняки и доломиты, порис­тость которых является результатом последующего выщелачивания. Третью группу составляют известняки и доломиты, трещиноватость которых обу­словлена процессами доломитизации, вызывающими сокращение объема породы, или тектоническими причинами.

Раковинные, коралловые известняки и мел имеют высокую порис­тость, но их пустоты не все сообщаются между собой, что снижает их про­ницаемость. Известняки со вторичной пористостью являются хорошими коллекторами. Различаются известняки мелкопористые, крупнопористые и кавернозные. Трещиноватые известняки также обладают высокой про­ницаемостью.

Погружение осадочных пород на большие глубины приводит к их уп­лотнению и отжатию поровых вод.

Область прогибании часто вовлекается в воздымание, и верхняя часть разреза подвергается размыву. Разгрузка пород от геостатического давле­ния приводит к расширению их пустотного пространства за счет дефор­маций скелета. По указанным причинам давления в верхней части разре­за могут установиться аномально низкими.

В областях, где осадконакопление происходило относительно медленно (платформа, плита и т.д.), породы за длительные геологические отрезки времени уплотняются и цементируются так, что при снятии нагрузки упру­гого разуплотнения плотных и крепко сцементированных пород почти не происходит. В таких районах основная причина возникновения АНПД -снижение температуры пород. К таким областям относятся, в частности, районы Урало-Поволжья (до 600-1300 м).

АНПД могут фиксироваться также в артезианских бассейнах. Такие случаи АНПД объясняются тем, что альтитуда устья скважины находится выше линии напора вод от области питания к области разгрузки.

Поглощение буровых и цементных растворов связано также с гидроразрывом пластов (ГРП). Физическая сущность и механизм гидроразрыва изучены главным образом в связи с выявлением возможностей увеличения продуктивности скважин. Давление разрыва и направление развития тре­щин зависят от вертикального и бокового горного давления, наличия естественной и искусственной трещиноватости, значения давления в норо­вом пространстве, пористости, проницаемости горных пород и вязкости жидкости разрыва, подачи насосов. Разрыв пласта сопровождается одно­временно тремя явлениями: упругой и пластической деформацией горных пород, движением вязкой жидкости или суспензии по трещине, фильтра­цией жидкости в горных породах.

ГРП в песчано-глинистых толщах прогибов и впадин на небольших глубинах происходят при давлениях столба бурового раствора, значи­тельно меньших геостатических давлений. С глубиной давления ГРП воз­растают и на больших глубинах приближаются к гео статическому дав­лению. Подобное явление наблюдается и в районах спокойного зале­гания горных пород, где проявление тектонических напряжений мало­вероятно, и в районах напряженной складчатости. Возрастание давлений ГРП с глубиной различные исследователи объясняют по-разному.

По многим данным, боковые составляющие напряжений в породах σ_x. σ_y меньше вертикальной составляюшей σ_z. на значение коэффициента бо­ковою распора а:

σ_x. = σ_y= а σ_z

Значение а зависит от коэффициента Пуассона V для рассматриваемой породы.

Предполагается, что с глубиной под действием больших геостатиче­ских давлений и температур породы становятся более пластичными, и σ_x. ,σ_y, σ_z постепенно выравниваются, что может обусловить увеличение давле­ний ГРП. Согласно этой точке зрения, образующиеся в пластах трещины гидроразрыва должны быть преимущественно вертикальными.

Рассмотренные причины ГРП при давлениях меньше геостатических позволяют объяснить многие особенности ГРП в осадочных толщах. Так, в монолитной однородной толще пород напряжения в приствольной зоне скважины почти не меняются, и для ее гидроразрыва необходимо создать давление в скважине, близкое или превышающее геостатическое. Если ствол скважины длительное время не закреплен колонной, то деформации глинистых пластов увеличиваются, напряжения в породах вблизи ствола скважины снижаются, что приводит к уменьшению давления ГРП.

На значение давления ГРП большое влияние оказывают реологические свойства жидкостей: чем больше значения динамического напряжения сдвига и структурной вязкости жидкости, тем при меньших давлениях возникают ГРП. Связано это с тем, что слаб о фильтрующиеся жидкости оказывают большее гидродинамическое давление на стенки трещин разры­ва, чем менее вязкие и легко фильтрующиеся в породы жидкости.

Буровые и цементные растворы создают повышенное давление на пласт, что иногда приводит к ГРП и поглощению жидкости.

Буровые и цементные растворы по своим физическим, структурно-механическим свойствам в процессе расширения трещины значительно отли­чаются от жидкостей разрыва, применяемых в нефтедобыче. Они также являются вязкопластическими жидкостями, но имеют высокую водоотдачу.

Водоотдача цементного раствора может быть в десятки раз боль­ше водоотдачи бурового раствора на водной основе.

Цементные растворы при наличии пористой (трещиноватой) прони­цаемой среды склонны не только отфильтровывать свою, но и пропускать

через себя постороннюю воду. Цементные растворы обладают способно­стью загустевать, схватываться и превращаться в прочный камень. Все эти свойства находятся в тесном взаимодействии между собой.

ГРП вызывают и другие технологические факторы. Так, спуск буриль­ного инструмента в скважину с повышенной скоростью приводит к воз­никновению дополнительных гидродинамических давлений в стволе сква­жины, что нередко является причиной раскрытия трещин в породах и по­глощения буровою раствора.

Таким образом, на давления ГРП влияют как геологические особенно­сти разрезов, так и технологические факторы. В таких условиях прогноз давления ГРП в бурящихся скважинах связан со значительными трудно­стями.

 

Контрольные вопросы:

1.Что представляет собой разрушение стенок сквадины?

2. Что такое пластовые флюидопроявления?

3.Назовите причины поглошения промывочной жидкости

 

Литература

1.Булатов АИ, Аветисов А.Г. Справочник инженера по бурению: В 4 т. - М: Недра, 1993-1996.

2.Сеид-Рза М.К. Технология бурения глубоких скважин в осложненных условиях. — Баку: Азернешр, 1963.

3.Малеванский В.Д. Открытые фонтаны и борьба с ними. — М: Гостоптехиздат, 1962.

4.Булатов АИ., Макаренко П.П., Будников В.Ф., Басарыгин Ю.М. Теория и практика заканчивают скважин: В 5 т. — М: Недра, 1997, 1998.

5.Басарыгин Ю.М., Макаренко П.П., Мавромати В.Д. Ремонт газовых скважин. — М: Недра, 1998.

6.Крылов В.И. Изоляция поглощающих пластов в глубоких скважинах. — М: Недра, 1980.

 

 

Лекция 18

Тема: Осложнения и аварий в процессе бурения.

План: 1. Причины, виды аварий и меры по их предупреждению.

2. Ловильный инструмент и работа с ним.