Предупреждение осложнений, связанных с потерей устойчивости стенок глубоких скважин в Прикаспийской впадине Семенычев, Герман Аркадьевич

Введение к работе

Актуальность. Территория Прикаспийской впадины, особенно Западного Казахстана, в ближайшие годы будет вторым после Западной Сибири регионом по интенсивности развития геологоразведочных работ, в том числе глубокого бурения.

Проблема строительства глубоких скважин в зонах активного проявления горного давления, несмотря на применение специально разработанных буровых растворов, высокопрочных труб, современной технологии бурения, остается актуальной. Особенно этот вопрос обострился с выходом бурения на площади юго-восточного бортаПрикаспийской впадины ( Тенгиз, Королевская, Арман, Елемес, Айршагыл, Маткен, Карачунгул и др. ) с их активной соляной тектоникой и высоким геотермическим градиентом.

Только за последнее время при проводке скважин в соленосної! толще произошло нарушение обсадных колонн в двух скважинах на площади Елемес, в четырех скважинах на площадях Тенгиз, Королевская, и в двух разведочных скважинах на Карачаганакском месторождении. Необходимо признать, что предупреждение аварий л осложнений, связанных с нарушением устойчивости пород приствольной зоны, является нерешенной проблемой, так как из-за этих аварий и осложнений ежегодно буровым организациям Прикас-пия наносится ущерб в миллионы рублей.

Научно-исследовательскими и учебными институтами, буровыми организациями немало сделано в исследованиях причин деформации стенок скважин и крепи в зонах залегания пластичных пород -исследованы реологические свойства пород в условиях всестороннего сжатия и высоких темпепатур; влияние соляного тектогенеза и изменения температурного поля на напріженно-деформированное состояние массива в околоскважинном пространстве. Достигнута возможность расчленеїшя соленосного интервала по составу хлоридов . пс данным промыслово-геофизическпх исследований. Широкое распространение получила методика ПО УкрШГРИ по предотвращению смятия обсадных колонн в зоне пластичных пород путем установки временных цементных мостов внутри труб.

Тем не менее,до настоящего времени среди исследователей не выработана единая точка зрения на процесс деформирования осадочной толщи вокруг вертикальной сквакины в условиях воздействия различ-

- 4 -ных факторов: противодавления на стенки скважины.гидратации пород фильтратом бурового раствора ;не изучены прочностные и деформационные характеристики пластичных пород региона при бурении скважин.

Поэтому исследования неустойчивости стенок ствола глубоких скважин с учетом воздействия бурового раствора и разработка на основе этих исследований эффективных методов прогнозирования и предупреждения осложнений являются актуальными.

Цель работы. Разработка методов прогнозирования и предупреждения осложнений, связанных с потерей устойчивости стенок глубоких скважин в Прикаспийской впадине.

Основные задачи исследования.

1. Исследование напряженно-деформированного состояния упруго-пластичных пород приствольной зоны скважин во взаимодействии их с буровыми растворами,различными по плотности и составу.

2. Разработка метода определения параметров устойчивости пород приствольной зоны скважин по данным геофизических исследований.

3. Экспериментальные исследования деформации солей и глинистых пород с учетом минералогического состава пород,слагающих осложненный интервал разреза скважин, в среде буровых растворов при высоких температурах и давлениях.

4. Экспериментальные исследования разупрочнения горных пород для сравнительной оценки эффективности типов буровых растворов.

5. Разработка технологии бурения глубоких скважин в юго-восточной части Прикаспийской впадины в условиях активного проявления горного давления, сужений стволов и обвалов пород в пластичных солях, глинах и неустойчивых аргиллитах.

Научная новизна. Разработан метод определения параметров устойчивости пород приствольной зоны скважин в результате исследования напряженно-деформирсваиного состояния массива горных пород во взаимодействии с буровыми растворами.

Экспериментальными исследованиями установлен показатель разупрочнения пород в среде буровых растворов при температурах и давлениях, приближенных к забсйнш, и обоснован выбор оптимального типа бурового раствора для подсолевых отложений и соленосной толщи юго-восточной и южной частей Прикаспийской впадины.

Практическая ценность. Разработаны методы прогнозирования и предупреждения осложнений при бурении в зонах активного проявления горного давления.

Предложен метод определения параметров устойчивости пород приствольной зоны скважин но данным промыслово-гесфизических исследований.

Обоснована методика исследования пород в среде буровых растворов при высоких температурах и давлениях. По результатам исследований разупрочнения пород в среде буровых растворов в условиях, приближенных к скважиным, обоснован выбор типа бурового раствора для бурения без осложнений в подсолевых и солевых отложениях юго-восточной и южной частях Прикаспийской впадины.

Реализация работы. Результаты исследований использованы при бурении глубоких скважин в сложных геологических условиях на площадях юго-восточной и южной частей Прикаспийской впадины: Елемес, Айршагыл, Кум, Междуречье.

Основные положения проведенных исследований включены в "Проект техннко^гехнояогических решений строительства скважин в условиях активной тектоники Прикаспийской впадины на базе научно обо* снованной концепции деформации горного массива",утвержденный Министерством геологии СССР в 1991 году.

Апробация работы; Основные положения диссертации доложены на Всесоюзном научно-практическом семинаре-совещании "Научные исследования и технология проводки скважин в интервалах залегания пластических пород" (г.Гурьев, 1968г.); DC Всесоюзной конференции по механике горных пород (г.Фрунзе,1989г.); X отчетно-научной конференции Института математики и механики АН КазССР (г.Алма-Ата, 1990г.); Сибирской школе по современным проблемам механики деформируемого твердого тела (г.Якутск,1990г.); координационном Совещании по целевой программе "Горное давление" (г.Актюбинск,1990г.); X Всесоюзной научной конференции вузов СССР с участием научно-исследовательских институтов "Физические процессы горного производства" (г.Москва,1991г.), Объединенном семинаре по механике Института математики и механики АН КазССР (Алма-Ата,1991г.); научно-практической конференции АН КазССР (г.Шевченко, 1991г.), У11 Всесоюзном сгезде по теоретической и пркладной механике (г.Москва,1991г.).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в десяти печатных работах и двух изобретениях.

Структура и объем работы. Диссерация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений.

Работа содержит // страниц машинописного текста, 1 рисун-» ков, 12 таблиц и 3 приложения на б страницах. Список использованной литература включает (00 наименований.

Экспериментальные исследования проводились в Апрелевском отделении ВНШта. Автор выражает благодарность инж.Якубовичу А.Л. за оказанную помощь в проведении экспериментальных работ.