21.3.Особенности перебуривания микротрещиноватых порд.

При бурении микротрещиноватых глинистых пород следует принимать меры по предотвращению обрушения стенок скважин в результате размокания породы и предотвращению гидроразрыва пластов.

Для предотвращения обрушения стенок скважин исполь­зуют утяжеленные промывочные жидкости, а для предотвраще­ния гидроразрыва пласта, напротив, следует брать облегченные растворы. Поэтому выбору плотности в этом случае должно быть уделено особое внимание.

Величину плотности определяют из расчета предотвраще­ния гидроразрыва пласта, а предотвращение осыпания добивают­ся повышением крепящих свойств бурового раствора.

Давление промывочной жидкости на пласт при бурении должно быть меньше давления гидроразрыва пласта на 5-6%:

(21.1)

где - гидростатическое давление, Па; - гидродинамиче­ское давление, Па.

Гидростатическое давление определяется весом столба жидкости:

= Н,Па (21.2)

где - плотность промывочной жидкости; g - ускорение свободнопадающего тела; Н - высота столба жидкости.

Гидродинамическое давление жидкости рассчитывают по формуле Вейсбаха-Дарси:

(21.3)

где - безразмерный коэффициент гидравлического сопротив­ления; - плотность промывочной жидкости, кг/м³ ; V - скорость восходящего потока, м/с; Д - диаметр скважины, м; d – диаметр бурильных труб, м.

Давление гидроразрыва пласта ориентировочно определя­ют по формуле:

(21.4)

где к - коэффициент запаса равный 0,95; - градиент горного давления Па/м, Н - глубина залегания пласта, м.

Более точно давление разрыва рассчитывают при опрессовке скважины. Для этого в скважину спускают на бурильной колонне пакер, который устанавливают в кровле исследуемого пласта. Нагнетая промывочную жидкость при различном давле­нии, определяют давление, при котором происходит гидроразрыв пласта.

Подставляя значение и в формулу, решают уравнение относительно :

(21.5)

Таким образом, плотность промывочной жидкости для удержания стенок скважин от обрушения можно увеличивать за счет снижения скорости восходящего потока (расхода жидкости). В этом случае необходимо использовать шламовую трубу для улавливания тяжелого шлама, который может быть не вынесен с забоя в результате снижения скоростного напора. В ряде случаев для закрепления стенок скважин устанавливают ванны из реко­мендованных промывочных жидкостей, длительностью на 4-12 ч и более.

Большое влияние на гидроразрыв пласта оказывают коле­бания гидродинамического давления в скважине. Особенно при спуско-подъемных операциях, в первую очередь при спуске сна­ряда.

Расчеты [8] показывают, что гидродинамическое давление при спуске колонкового снаряда может достигать значительной величины, измеряемой десятками МПа (в то время как для раз­рыва пласта достаточно в ряде случаев единиц Мпа).

Скорость и степень уменьшения длительной прочности горной породы зависит от амплитуды колебаний гидродинамиче­ского давления.

Длительная прочность горных пород в скважине считается достаточной, если текущая прочность составляет 0,85 - 0,90 от первоначальной прочности, т.е.

(21.6)

где (0,49 - 0,01) Р_г, Р_г- горное давление, Па.

При спуске снаряда в глубокую скважину гидродинами­ческое давление промывочной жидкости

(21.7)

где V = V_c + V_в; V_c - скорость спуска снаряда; V_в - скорость вос­ходящего потока промывочной жидкости при спуске:

, (21.8)

здесь d_H и d_B - наружный и внутренний диаметры бурильных труб; Д - диаметр скважины, м.

Для предупреждения раскрытия трещин в аргиллитах необходимо соблюдение следующего условия:

(21.9)

где - тангенциальное напряжение в скважине:

= , Па, (21.10)

здесь = /(1 - ) - коэффициент бокового распора; - коэффи­циент Пуассона; - средняя плотность горной породы; Н— глубина пласта

Используя уравнения (16.7) и (16.9), можно определить максимальную скорость спуска снаряда:

(21.11)

При подъеме колонкового снаряда в скважине создается , разрежение, что может привести к обвалам неустойчивых стенок скважин, поэтому необходимо также снижать скорость подъема снаряда и регулярно (по мере его извлечения) в скважину закачи­вать промывочную жидкость.

Наконец, на устойчивость стенок скважины влияет и часто­та спуско-подъемных операций (СПО).

Для сокращения СПО при бурении скважин глубиной до 300 м используют снаряды с гидротранспортом керна, а глубже 300м - снаряды ССК.

Контроль за ограничением скорости спуска и подъема снаряда можно осуществлять с помощью специальной аппаратуры. В ленинградском горном институте была разработана такая система ограничения скорости спуска для Норильской КГРЭ, но, к сожалению, не внедрена по организационным причинам.

Предотвращение осложнений в неустойчивых глинистых породах, связанных с ударами и трением бурового снаряда о стенки скважин, осуществляют путем снижения параметров технологических режимов бурения, смазкой снаряда КАВС и специальными добавками в промывочной жидкости (СМАД, графит).

Рекомендуются следующие параметры режимов бурения: коронки, СМ-4, СА-5; удельная нагрузка на резец СА-5 30-40 кг; СМ-4-30-50 кг; окружная скорость 0,7 - 1,2 м/с; удельный рас- ход жидкости 7-9 л/мин на 1 см диаметра коронки.