Факторы, влияющие на осложнения горных пород.

Существенное влияние на потерю устойчивости горных пород оказывает гидродинамическое давление. Особенно опасны колебания давления жидкости в скважине, возникающие при различных операциях: спуске, подъеме и расхаживании снаряда, восстановлении циркуляции промывочной жидкости и т.д.

Колебания давления жидкости в скважине приводят к усталостному разрушению ее стенок, гидроразрыву пластов, образованию новых и расширению (размыванию) существующих трещин, обрушению горной породы, поглощению промывочной жидкости, прихватам снаряда.

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

Величина допустимого давления в скважине должна быть ограничена в соответствии с уравнением: ,

где p_кр»(0, 49 - 0, 91)p_г, p_г - горное давление.

При бурении на прочность глинистых пород оказывают влияние амплитуды колебаний гидродинамического давления и температуры.

“Наибольшее влияние на гидродинамическое давление в скважине оказывает спуск снаряда, его скорость, зависящая от диаметра скважины, вида и реологических свойств очистного агента..." [10].

На длительную прочность горной породы стенок скважины оказывает влияние не только амплитуда колебаний давления, но и частота спускоподъемных операций (СПО). Так, В.А. Глебовым [10] установлено: при изменении частоты СПО от 0, 58 до 1, 1 рейсов/сут. за очень короткий срок каверна увеличилась в 1, 4 раза.

Исследованиями влияния скорости спуска на гидравлическое давление занимались многие исследователи: А.Х. Мирзаджанзаде, А.А. Мовсумов, В.А. Глебов, М.К. Сеид Рза, В.И. Крылов, Л.М. Ивачев, А.П. Руденко, П.М. Тян и др. Однако по исследованиям этих ученых полученные для условий проходки нефтяных и газовых скважин аналитические формулы не подтверждены производственными наблюдениями. В отдельных случаях при сопоставлении рассчитанных по эмпирическим формулам данных с фактическими относительная погрешность превышала 100% [10]. " Предлагаемые (В.И. Крыловым и Л.М. Ивачевым) двучленные формулы (с учетом динамического сопротивления сдвига) громоздки и сложны. Целесообразность использования двухчленных формул в практике разведочного бурения сомнительна, т.к. структура промывочной жидкости разрушается в первый же момент спуска колонны и тем интенсивнее, чем меньше кольцевой зазор; тем более что при бурении глубоких разведочных скважин применяют в основном полимерсолевые и гидрогельмагниевые растворы с низкими структурными свойствами (θ = 0) [10]."

В оценке гидродинамического давления нет единого мнения. Одни исследозатели (П.М. Тян) считают зависимость гидродинамического давления от скорости спуска прямолинейной, другие (М.К. Сеид Рза) - более сложной, поэтому автором работы проведены специальные исследования.

Гидродинамическое давление в затрубном пространстве (между бурильной колонной и стенками скважины) можно определить по величине потерь давления в соответствии с формулой Вейсбаха-Дарси:

, (11.1)

где скорость восходящего потока промывочной жидкости u на глубине H

, (11.2)

где u_c - скорость спуска бурового снаряда; - сечение бурильных труб; S - сечение ствола скважины:

, (11.3)

D - диаметр скважины, d_н и d_в - наружный и внутренний диаметры бурильных труб.

Подставляя значения S_с и S в формулу (11.2);. получим

, (11.4)

Так, при спуске бурильной колонны диаметром 50 мм в скважину диаметром 60 мм со скоростью 5 м/с скорость восходящего потока на глубине Н = 500 м составит:

Гидродинамическое давление в скважине

,

т.е. гидродинамическое давление оказывается сопоставимым с давлением, возникающим в процессе промывки скважины.

Более значительно гидродинамическое давление при спуске снаряда под колонковой трубой.

При спуске груза весом Р и сечением S в сосуд с водой " неограниченных" размеров со скоростью u скорость восходящего потока относительно груза равна скорости спуска груза u_c плюс скорость восходящего потока u_в, равная скорости спуска, т.е. u_c+u_в=2u, а давление жидкости

, (11.5)

что подтверждается проведенными опытами (табл.11.1).

Таблица 11.1