ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Роль увлажненности глинистых пород в устойчивости стенок скважин из "Физико-химические методы предупреждения осложнений в бурении" Горные породы, слагающие стенки скважин, испытывают напряженное состояние. В отличие от неглинистых горных пород, мало изменяющих прочность при контакте с водными растворами, в слабоувлажненных глинистых породах при их смачивании возникают дополнительные напряжения,, обусловленные набуханием, что способствует их разупрочнению. Следовательно, к одним из основных факторов, влияющих на устойчивость стенок скважин, следует отнести увлажненность глинистых пород [26]. [c.102] При вскрытии таких отложений инертной по отношению к глинистым породам промывочной жидкостью, например совершенно безводным раствором на нефтяной основе или же газообразным агентом, устойчивость стенок скважины будет сохранена за счет больших сил сцепления глинистых пород, что подтверждается отечественной и зарубежной практикой бурения. При применении промывочных жидкостей на водной основе происходит фильтрация в пласт. С течением времени в приствольной зоне скважины поры глинистых пород полностью заполняются водным фильтратом, давление которого становится близким к гидростатическому давлению столба промывочрой жидкости, и перепад давления в системе приствольная зона пласта — скважина приближается к нулю, сохраняя свое гшаченйе только по мере удаления от этой зоны. С уменьшением перепада давлений, т. е. при снижении внешнего давления, создаются более благоприятные условия для увеличения набухания глинистых пород [25]. [c.103] Эти данные показали ошибочность мнения многих исследователей о роли горного давления (напряженного состояния на стенках скважины) в устойчивости глинистых пород, слагающих стенки скважин. Следовательно, рекомендуемое часто мероприятие — повышение плотности промывочных жидкостей с целью компенсации напряженного состояния с ростом глубин скважин, вытекающее из предстаилений механики сплошных сред, при разбуривании малоувлажненных сланцевых глинистых пород, часто является малоэффективным (порой вредным) дорогостоящим мероприятием, так как всегда влечет снижение технико-экономических показателей бурения. [c.105] Объяснить ЭЮ можно, исходя из данных П. А. Ребиндера, показавшего, что все твердые тела обладают дефектами структуры — слабыми местами, распределенными таким образом, что участки твердого тела между ними имеют в среднем коллоидные размеры (порядка 10 см), т. е. один дефект встречается в среднем через 100 правильных межатомных (межмолекулярных) расстояний. Такие дефекты, очевидно, имеются и в сланцевых глинистых породах. С повышением гидростатического давления возрастает перепад давленш в системе скважина — пласт и, следовательно, глубина проникновения фильтрата промывочной жидкости. Проникающий по этим дефектным местам или микротрещинам фильтрат промывочной жидкости в зависимости от химического состава будет вызывать тот или иной эффект понижения твердости глинистых пород со всеми вытекающими последствиями для устойчивости стенок скважин. Проникновение фильтрата промывочных жидкостей в глинистые отложения за счет высокой гидрофильности глинистых минерале3, составляющих глинистые породы, имеет место и при отсутствии перепада давлений в системе скважина — пласт, но при наличии перепада давлений в системе скважина — сланцевые глинистые породы этот процесс интенсифицируется. Для полного увлажнения сланцевых глинистых пород, обладающих малой удельной поверхностью, требуется значительно меньше водной среды, чем для высококоллоидальных глин с их огромной удельной поверхностью. Поэтому требования к величине водоотдачи при разбуривании сланцевых глинистых пород должны быть значительно выше. Величины водоотдачи и перепада давлений хотя и играют значительную роль, но не являются определяющими в сохранении устойчивости стенок скважин, сложенных глинистыми породами. Устойчивость стенок скважин и основном определяется физико-химическими процессами, протекающими в глинистых породах при их контакте с фильтратами промывочных жидкостей на водной основе. Влияние этих процессов на изменение свойств малоувлажненных глинистых пород в значительной мере может быть оценено величинамп показателей набухания и предельного напряжения сдвига. [c.105] Эти показатели или сведенные в один показатель устойчивости глинистых пород, как показано ранее, в зависимости от химического состава фильтрата промывочной жидкости, могут изменяться в широких пределах. Для обеспечения устойчивости стенок скважин, сложенных глинистыми породами (малоувлажненными глинами, глинистыми сланцами, аргиллитами), при применении промывочных жидкостей на водной основе, очевидно, необходимо, чтобы фильтраты их обусловливали значительные величины обобщенного показателя устойчивости глинистых пород. Численные значения этого показателя в зависимости от конкретных условий залегания глинистых пород должны составлять от несколько единиц до десятков и сотен единиц. В определенной мере такими свойствами обладают промывочные жидкости известковые, гипсовые, хлоркальциевые, малосиликатные и др. [c.106] Автором было изучено влияние моделей фильтратов промывочных жидкостей, применявшихся при бурении указанного интервала скважины СГ-1 Аралсор, на показатели набухания глинистых пород и предельное напряжение сдвига систем глина — жидкость. Анализ результатов исследований показал, что ни одна из применявшихся систем промывочных жидкостей не обеспечивает величины обобщенного показателя больше единицы. [c.106] Исследования изменения свойств глинистых пород в моделях фильтратов малосиликатных промывочных жидкостей, применяемых при бурении скважины СГ-1 Аралсор, показали, что при атмосферных ус [овиях опытов они обусловливают величину обобщенного показателя устойчивости, равную нескольким десяткам единиц (от 46 до 160). [c.107] Высокая устойчивость стенок скважин, сложенных малоувлажненными глинистыми породами, достигается при применении обезвоженных газообразных агентов и специальных промывочных жидкостей растворов на нефтяной основе и инертных эмульсий. Эти системы инертны к глинистым породам и не изменяют их естественной влажности, а следовательно, и прочности. Бытующее представление о значительной роли смазывающей способности нефтепродуктов в потере устойчивости глинистых пород малообоснованно. Небольшая величина смазывающего эффекта обусловлена следующими факторами а) трудность проникновения в массу глинистой породы молекул нефтепродуктов вследствие их большого размера б) органические неполярные жидкости в результате малого сродства с глинистыми породами могут оказывать ничтожно малое расклинивающее давление или давление набухания. [c.107] Б этом случае глинистые породы находятся в состоянии набухания, величина которого зависит от пластовых условий давления вышележащих горных пород, тектонических сил, температуры, минерализации и др. Отсутствие жесткого несущего скелета в набухшей массе глин обусловливает наличие аномальных давлений в этих отложениях, равных или близких по величине горному давлению. При вскрытии этих отложений вследствие разности давлений в системе пласт — скважина создаются благоприятные условия для развития структурно-адсорбционных деформаций. Величина их зависит от разности давлений в указанной системе, условий залегания, гидрофильных свойств глин и других факторов. Часть из них будет способствовать вытеканию пастообразной массы в скважину развитию осложнений в значительной мере способствует горное давление (выдавливание вязкой массы глины в скважину). Если глинистые породы представлены высококоллоидальными глинами, то может лроизойти не обвал, а пробкооб-разование. [c.108] Если глинистые породы разреза скважины представлены силь-ноувлажненными аргиллитами, то пробкообразования не происходит, но после их скрытия возникают интенсивные осыпи и обвалы. [c.109] Для борьбы и предупреждения осложнений при бурении в сильноувлажненных коллоидальных глинах наиболее рационально применение утяжеленных промывочных жидкостей с низкой водоотдачей, содержащих в фильтрате химические вещества, способствующие увеличению предельного напряжения сдвига, уменьшению структурно-адсорбционных деформаций, т. е. росту обобщенного показателя устойчивости С и стабилизации объема набухшей глинистой породы. Для сильноувлажненных глинистых пород, представ [енных сланцами и аргиллитами, требования остаются теми же, кроме плотности, поддерживать которую необходимо на минимально допустимом уровне. Последнее обусловлено промысловыми наблюдениями, показывающими, что утяжеление промывочных жидкостей, как правило, не предотвращает кавернообразования при разбуривании сланцевых глинистых пород и аргиллитов различной естественной или приобретенной в процессе проводки скважины увлажненности. [c.109] К системам, 1[аиболее полно отвечающим условиям бурения в сильноувлажненных глинистых породах, относятся гипсовые, малосиликатные юромывочные жидкости и др. При этом не следует повышать скорости бурения, а в наиболее тяжелых случаях периодически останавливать процесс бурения на период, необходимый для заве])шения течения физико-химических процессов в системе промывочная жидкость — приствольная зона скважины. [c.109] Обязательным условием является снижение до минимума колебаний гидростатического давления при спуско-подъемных операциях, что достигается регулированием вязкостных и структурно-механических показателей промывочных жидкостей. [c.110] Первая силикатная ванна в количестве 8 м , содержащая 10% силиката натрия и 2,0% КМЦ-600 (остальное — вода), была закачана перед подъемом бурильного инструмента с гл ины 6429 м. При этом исходили из расчета полного перекрытия всей открытой части ствола скважины с некоторым запасом. После трехсуточной выдержки, вызванной ремонтными работами, инструмент свободно дошел до забоя. Циркулирующий раствор для смешения с силикатной ванной пропускали через гидромешалку системы Папиров-ского. Через три цикла циркуляции обнаружить пачку промывочной жидкости состава силикатной ванны не удалось. По,сле этого дообработки промывочной жидкости силикатом натрия не потребовалось. Об эффективности действия силикатной ванны судили по количеству шлама,-содержание которого в промывочной жидкости значительно снизилось. В последующем, через каждые 3— 4 рейса, перед подъемом бурильного инструмента закачивали небольшие порции (5—6 м ) рабочей смеси, содержащей 7—10% силиката натрия и до 2,5% КМЦ-600 на период до 24 ч, т. е. на время, необходимое для проведения спуско-подъемных операций. Величина добавки КМЦ-600 (расчет на активное вещество) определяется значениями водоотдачи, которая поддерживается в пределах 2—3 см по ВМ-6 за 30 мин. [c.111] Всего было установлено восемь силикатных ванн и замечеьш высокая устойчивость ствола скважины при полном отсутствии затяжек в интервале коллекторов. Спуск 127-мм хвостовика на глубину 6806 м в скважину, пробуренную 141-мм долотами, подтвердил хорошее состояние ствола скважины и отсутствие уступов. Кавернозность ствола скважины в интервале 6001—6806 м была минимальной (коэффициент кавернозности 1,12). [c.111] Вернуться к основной статье