Напряженное состояние, обусловленное механическим воздействием

В большинстве случает обрушение породы происходит из-за чрезмерного касательного напряжения. Хрупкие породы могут обрушиться в скважину сразу же после превышения предела прочности при сдвиге. Более пластичные породы могут обрушиться немного позже. Буровая бригада должна быть начеку, следить за признаками начинающегося прихвата, и быстро реагировать во избежание потери скважины.

Наиболее очевидными признаками являются следующие:

· Тенденции изменения параметров на поверхности

o Обломки обвалившейся породы на виброситах

§ Если обломки имеют криволинейные поверхности, то причиной обрушения являются чрезмерные касательные напряжения.

§ Если обломки массивные и угловатые, то, вероятнее всего, разрушение произошло из-за слабости породы в направлении, параллельном плоскостям напластования.

§ При обрушении неконсолидированных пород обломки могут выглядеть как шлам или быть округлыми и цельными. Они могут разрушиться при движении вверх по стволу.

· Тенденции изменения параметров при наращивании колонны

o Накопление обломков породы в скважине после наращивания или СПО.

o Увеличение нагрузки на крюке после наращивания (обломки породы осели вокруг КНБК после остановки насосов). Если обломки крупные и/или их много, увеличение нагрузки на крюке может произойти при подъеме для наращивания.

o Бросок давления при восстановлении циркуляции (шлам, находившийся у стенок скважины, перемещается к оси скважины после остановки насосов. Это скопление шлама создает дополнительное сопротивление потоку при восстановлении циркуляции). Кроме того, вокруг КНБК или бурильной колонны может образоваться небольшая пробка, для " разрушения" которой требуется кратковременное повышение давления.

· Тенденции изменения параметров при СПО

o Эффект поршневания при подъеме колонны. Поршневание приводит к снижению давления в скважине. Это ведет к уменьшению радиальных напряжений и возрастанию кольцевых напряжений. В результате увеличиваются касательные напряжения на стенках скважины и уменьшается устойчивость.

§ Выталкивание колонны из скважины при циркуляции. Когда начинается образование пробки, давление под долотом возрастает и начинает выталкивать колонну из скважины (рис. 8-69).

o Чрезмерное возрастание и хаотичные изменения сопротивления продольному перемещению колонны.

o Хаотичные изменения крутящего момента, сопротивления продольному перемещению колонны и давления при расширении ствола.

· Тенденции изменения параметров при бурении

o Возрастание и хаотичные изменения крутящего момента и сопротивления продольному перемещению колонны.

o Возможно увеличение скорости проходки с последующим уменьшением. Скорость проходки возрастает из-за уменьшения кажущейся прочности породы по мере приближения пластового давления к давлению в скважине или превышения его. Возрастание давления в скважине вследствие накопления в ней обрушившейся породы приводит к увеличению кажущейся прочности и, как следствие, к снижению скорости проходки (рис. 8-70).

o Броски давления указывают на наличие небольших пробок из обломков обрушившейся породы и слоев таких обломков.

o Поглощение бурового раствора (раствор начинает уходить в пласт при возрастании давления под пробкой).

Буримость зависит от прочности породы. Когда зуб долота внедряется в породу, частицы породы должны сместиться. Порода сжимается, затем разрушается, так же как разрушился образец в лаборатории (см. рис. 8-5).

Репрессия в системе " скважина-пласт" приводит к появлению бокового давления, способствующего увеличению кажущейся прочности породы. При увеличении порового давления или уменьшении давления в скважине репрессия уменьшается. При этому уменьшается кажущаяся прочность породы. С уменьшением прочности скорость проходки возрастает, а устойчивость пород уменьшается.

Рис. 8-70 Прочность и буримость горных пород