Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния теоретических и промысловых исследований явлений разрыва горных пород 12
1.1. Существующие теории гидравлического разрыва пласта в скважине (по литературным данным) 12
1.2. Теоретическое обоснование способа управления гидравлическими разрывами пластов при цементировании обратным способом в условиях поглощающей скважины 18
1.3. Анализ известных способов и выбор методики определения значений давлений гидроразрывов пластов применительно к условиям цементирования колонн 20
2. Особенности геолого-технических условий крепле ния скважин на площадях Надьм-Пурской нефтегазо носной области 27
2.1. Особенности геологического разреза Надым-Пурской нефтегазоносной области 28
2.1.1. Устойчивость стенок ствола скважины 30
2.1.2. Характер деформации горных пород при гидравлическом разрыве пластов 35
2.2. Анализ технологии крепления ствола глубоких разведочных скважин 40
3. Лабораторные исследования влияния отдельных фак торов на процесс образования трещин и движения по ним растворов при гидравлическом разрыве горных пород 48
3.1. Физико-механические свойства горных пород геологического разреза 49
3.1.1. Значение величины полного горного давления 49
3.1.2. Лабораторные исследования по определению модуля деформации глинистых пород 51
3.2. Лабораторные исследования движения растворов по плоско-радиальным трещинам 57
3.2.1. Обоснование выбора методики лабораторных исследований 58
3.2.2. Описание стенда и моделей трещины 59
3.2.3. Исследование зависимости изменения давления при движении растворов по узким щелям 62
3.3. Лабораторные исследования реологических свойств тампонажних растворов на приборе "Реотест-2"86
3.3.1. Цементного раствора 90
3.3.2. Специального облегченного цементно-бентонитового раствора 92
4. Промысловые исследования определения глубин и градиентов давлений разрыва и поглощения геологического разреза скважины 97
4.1. Исследования поглощений тампонажних растворов при цементировании колонн 97
4.1.1. Интервалы поглощения при прямом способе цементирования 97
4.1.2. Интервалы поглощения при гидравлических разрывах в процессах обратного закачивания бурового и тампонажного растворов 105
4.1.3. Расположение и ориентация трещин при гидравлических разрывах пластов 108
4.1.4. Критические давления разрыва горных пород и давления поглощения растворов при гидравлических разрывах пластов 110
4.1.5. Градиенты давлений разрыва и поглощения горных пород геологического разреза площадей Надым-Пурской нефтегазоносной области 111
4.2. Методика выделения глубин поглощения растворов при цементировании колонн по результатам геофизических исследований скважины 117
4.3. Методика прогнозирования интервалов разрыва горных пород расчетным способом 121
4.3.1. Радиус разгрузки горного давления в скважине 121
4.3.2. Номограмма расчета радиуса разгрузки горного давления 124
5. Технология крепления скважин с низкими градиентами разрыва горных пород комбинированным способом 129
5.1. Принципиальная схема технологии крепления скважин 129
5.2. Методика расчета объемов тампонажных растворов, закачиваемых на поглощение при гидравлических разрывах пластов, в процессе обратного цементи рования 132
5.2.1. Эпюра распределения давления разрыва и поглощения по трещине 133
5.2.2. Примерный расчет раскрытия трещины при закачивании растворов на поглощение 136
5.2.3. Условие равновесия "скважина - поглощающая трещина" 142
5.2.4. Номограмма расчетных значений объемов тампонажных растворов при обратном цементировании в условиях равновесия "скважина - поглощающая трещина" 145
5.3. Оптимальный комплекс геофизических исследований качества цементирования обсадных колонн при комбинированном способе крепления 150
6. Анализ результатов применения комбинированного способа крепления скважин на севере Западной Сибири 153
6.1. Анализ качества цементирования колонн комбинированным способом 153
6.2. Экономическая эффективность использования комбинированного способа крепления 157
Заключение (основные выводы) 160'
Литература 162,
Приложение 175
- Теоретическое обоснование способа управления гидравлическими разрывами пластов при цементировании обратным способом в условиях поглощающей скважины
- Анализ технологии крепления ствола глубоких разведочных скважин
- Лабораторные исследования движения растворов по плоско-радиальным трещинам
- Методика выделения глубин поглощения растворов при цементировании колонн по результатам геофизических исследований скважины
Введение к работе
Интенсивное развитие нефтяной и газовой промышленности в нашей стране обеспечивается вводом в разработку новых нефтяных и газовых месторождений, главным образом на севере Западной Сибири .
Высокие темпы развития нефтяной и газовой промышленности и непрерывное совершенствование техники и технологии бурения скважин требуют от инженеров глубоких технических знаний, широкого применения теоретических положений в решении практических задач.
Задачи, которые стоят перед объединениями Главтюменьгеоло-гии, требуют увеличения прироста запасов нефти, газа и газоконденсата, а это в свою очередь ведет к резкому увеличению объемов бурения скважин.
Увеличение объема бурения, выраженное в метрах проходки горных пород, а также увеличение глубин бурения требуют качест-венного сооружения стволов скважин, заключительным этапом которого является цементирование обсадных колонн.
Качество цементирования обсадных колош является одной из наиболее важных задач в процессе сооружения скважины.
Фактическое положение с вопросами крепления, сложные географические и технологические условия, отсутствие необходимых данных о геологическом разрезе глубоких разведочных скважин требуют комплексного подхода к решению проблем заключительного этапа сооружения скважины.
Проведенный нами анализ промысловых материалов крепления скважин в пределах Надым-Пурской нефтегазоносной области показывает значительные недоподъемы тампонажных смесей за техническими и эксплуатационными колоннами.
Очень часто отсутствуют данные о глубине залегания и гидродинамических характеристиках поглощающих горизонтов на разведочных площадях, а в связи с этим отсутствует научно обоснованная технология крепления скважины с низкими градиентами давления поглощения.
Диссертационная работа предусматривает провести ряд экспериментальных и промысловых исследований на площадях буровых работ Надым-Пурской нефтегазоносной области и,на основании анализа фактического состояния цементирования эксплуатационных колонн, выработать научно обоснованную технологию крепления ствола скважины с низкими градиентами давления разрыва горных пород на севере Западной Сибири.
Наличие низких градиентов разрыва и поглощения пород не позволяет произвести подъем тампонажной смеси в глубоких разведочных скважинах (забой до 3300 м) в один прием.
Техническими проектами на сооружение глубоких разведочных скважин предусматривается спуск эксплуатационных колонн двумя секциями и прямой способ цементирования каждой из них. Возможно применение приспособлений для производства двухступенчатого цементирования (муфты и т.п.) [81] ; однако их применение в промысловых условиях глубокого разведочного бурения часто приводит к увеличению времени крепления скважин и дополнительным затратам.
Применение облегченных цементов в случае обеспечения ими геологоразведочных предприятий севера Западной Сибири, а также соблюдение предельных режимов цементирования требуют сосредоточения тампонажной техники в большом количестве, что представляется мало возможным из-за все еще недостаточной технической оснащенности и отсутствия дорог, пригодных для их
оперативного размещения на постоянно передвигающихся объектах буровых работ.
Недоподъемы тампонажних растворов по сравнению с фактическими закачиваемыми объемами при цементировании обсадных колонн Во скважинах повсеместно связаны с гидравлическими разрывами пластов.
В связи с этим исследование и установление отдельных закономерностей явлений разрыва горных пород и разработка рекомендаций по технологии управления гидроразрывами при цементировании представляют значительный научный и практический интерес. Целью настоящей диссертационной работы является повышение качества крепления глубоких разведочных скважин путем применения комбинированного способа, сущность которого заключается в спуске обсадной колонны одной секцией и последовательном проведении прямого и обратного способов цементирования.
Преимущества комбинированного способа крепления заключаются в следующем: I) имеется возможность спуска обсадных колонн одной секцией
без применения муфт или других приспособлений ; Z) процесс цементирования разделяется во времени на две последовательные операции, что сокращает задалживание количества тампонажной техники в два раза, так как техника используется при прямом и повторно при обратном способах цементирования ; 3) при сочетании преимуществ, перечисленных выше., первого и второго пунктов, выявлена возможность качественного крепления глубоких разведочных скважин (3300 м), имеющих низкие градиенты поглощения пластов, расположенных в отложениях глинистых пород вартовской свиты (2750 м) ; все это позволяет рас-* положить тампонажные смеси по всей высоте сооружаемого ствола скважины ;
последовательное применение прямого и обратного способов цементирования облегчает возможность подбора рецептуры там-понажных растворов с регулируемыми физико-механическими свойствами, отвечающего температурным условиям всего ствола скважины, в том числе и зоны многолетнемерзлых пород, так как закачивание смесей в этом случае ведется непосредственно с "дневной поверхности", что обеспечивает более высокое качество крепления ствола скважины;
применение комплекса геофизических исследований, отличительной частью которых является совместный анализ временных замеров термометрии с кавернометрией, позволяет с большей точностью контролировать качество цементирования обсадных колонн ;
экономический эффект от применения комбинированного способа крепления по сравнению с базовым секционным спуском эксплуатационной колонны составляет 15 тыс.рублей на одну скважино--операцию.
Для решения поставленной цели определены задачи, которые состоят в следующем:
I) установить влияние основных физико-геологических факторов на возможность управления процессом образования трещин в горных породах и закономерности движения по ним растворов при гидравлических разрывах пород ;
Z) определить критические глубины и градиенты давления разрыва и поглощения растворов при технологических операциях по цементированию обсадных колонн ;
3) разработать эффективную технологию крепления разведочных скважин комбинированным способом, определить методы надежного контролирования качества цементирования обсадных колонн;
разработать "Временную инструкцию по креплению разведочных скважин с низкими градиентами разрыва горных пород на севере Западной Сибири" ;
определить технико-экономическую эффективность опытно--промышленного внедрения комбинированного способа крепления скважин на разведочных площадях Надым-Пурской нефтегазоносной области севера Западной Сибири и объем внедрения практических рекомендаций.
Теоретическое обоснование способа управления гидравлическими разрывами пластов при цементировании обратным способом в условиях поглощающей скважины
Рекомендуемый к практическому внедрению комбинированный способ крепления, составной частью которого является обратный способ цементирования, основан на двух теоретических предпосылках. Первая из них соответствует гипотезе академика С.А.Христианевича и профессора Ю.П.Желтова о том,что в пробуренной скважине с увеличением глубины градиент расслоения пород,а соедовательно и градиент поглощения по контакту упруго-деформирующийся пласт (песчаник) - пластически деформирующаяся порода (глина) уменьшается,что хорошо подтверждено для отложений неокома исследованиями на фактическом материале. Это дает основание считать, что при равномерном нагружении незацементирован-ной части разреза давлением нагнетаемой жидкости в затрубное пространство, расслоение по контакту пород, сопоставимое по своему механизму с гидравлическим разрывом, произойдет на максимально возможной глубине.
Применительно к геологическим разрезам территории Западной Сибири, представленным чередованием песчано-алевритовых глинистых разностей, схождение цемента от прямого и обратного способов возможно с точностью до мощности одного отдельного проницаемого пласта (песчаника), либо оказывается совершенно полным. Поэтому в технологии работ для равномерной передачи давления на буровой раствор и стенки скважины в незацементированной части разреза перед началом обратной заливки предусматривается нагнетанием жидкости в межтрубное пространство при минимальных расходах получить условие расслоения пород по их контакту (или условие локального гидравлического разрыва) на максимально возможной глубине, исключая при этом глубокий гидравлический разрыв, который можно получить случайным образом на любой глубине при интенсивном нагнетании жидкости разрыва.
Вторая теоретическая предпосылка основана на сочетании использования эффекта снижения градиента расслоения пород в пробуренной скважине с глубиной и эффекта клина от нагнетания в интервал локального гидравлического разрыва или поглощения тампонажного раствора с более высокими динамическими напряжениями сдвига. В результате градиент дальнейшего поглощения пород в этом интервале резко начинает возрастать и в любом случае, в конечном итоге, превысит градиент разрыва по нижележащему контакту, куда и начнется поглощение впереди перемещаемой жидкости, обладающей меньшими напряжениями сдвига, т.е. бурового раствора. Здесь подчеркивается, что в случае использования в качестве первой порции тампонажной смеси некоторого объема жидкости с более высокими напряжениями сдвига, технологический процесс в смысле достижения условия максимального сближения цементов от прямого и обратного цементирований, становится управляемым, что подтверждается работами в скважинах.
При разработке мероприятий по предупреждению осложнений, вызываемых колебаниями гидродинамического давления, необходимо знать значение градиента давления, при котором происходит гидравлический разрыв пласта (PR /H) и градиент давления поглощения (Рп/Й), при котором происходит последующее поглощение растворов в образованную трещину.
Определению величины давления разрыва пластов вязкими жидкостями, а также влиянию отдельных факторов на его значение посвящено большое количество работ как отечественных, так и зарубежных исследователей, основные положения и анализ которых приведены в работах [12,30,20,26,33,39,52,53,59,61,62,76,83,84, 85,86,95,96,102].
Многие исследователи основное внимание уделяют выделению поглощающих горизонтов непосредственно при бурении скважин.Эти методы в условиях проводки глубоких разведочных скважин на площадях Надым-Пурской нефтегазоносной области не пригодны,так как поглощений бурового раствора при соблюдении технологии бурения не наблюдается. Поэтому из всего разнообразия имеющихся методик и приборов нами произведен анализ способов, которые можно применять при обработке промысловых данных цементирования обсадных колонн.
При вычислении значения градиента разрыва пластов для каждой площади и месторождения, а также в целом для нефтяного рай--она многие исследователи применяют методы математической статистики, рассматривающие Рктэ/й как случайную величину, зависящую от суммарных воздействий многих зависимых факторов.
При этом способе, градиент давления разрыва PKD/H рассчитывается с тем предположением, что давление от бурового и тампонажного растворов ло стволу распределяется согласно прямолинейного закона.К недостаткам этого способа следует отнести то,что глубина, на которой произошел гидравлический разрыв пласта,неизвестна,и это также вносит случайность в величину Ptfr/H.
К этому следует добавить, что в глубоком разведочном бурении не имеется достаточного количества данных о гидравлическом разрыве пластов на площади, поэтому изложенный выше метод как основной, применять не следует.Другой метод выделения интервала поглощений - контроль за выходом количества промывочной жидкости.
Сущность метода заключается в том, что в процессе цементирования существующими способами осуществляются замеры вытесняющего потока промывочной жидкости, значения которых сравниваются с производительностью закачивания или продавливания тампонажного раствора. Устанавливается момент несоответствия закачивания и вытеснения по суммарному столбу растворов в затрубном пространстве ; в момент несоответствия закачиваемой и вытесняющейся жидкости определяют гидродинамическое давление начала поглощения скважины.
Недостатком этого метода является то, что производительность продавливания тампонажного раствора по техническим причинам часто меняется и строгой равномерности не соблюдается, т.е. трудно четко определить момент несоответствия выходящего потока, и, кроме того, метод не обеспечивает выявление места или зоны поглощения.
Определение зон поглощения при помощи электротермометра является самым распространенным методом.
В настоящее время термометрию в период ОЗЦ применяют для определения высоты подъема цементного раствора в заколонном пространстве [9, 27, 41, 54, 74, 78, 82] .В то же время возможность термометрии-, как перспективного метода детального исследования распределения цементного раствора за колонной используется недостаточно _ 9 J .Авторы L54, 74, 78]обосновали возможность применения термометрии для определения блокированных цементным раствором проницаемых зон. На основе промысловых исследований показана перспективность комплексной интерпретации зарегистрированных во времени термограмм для выявления проницаемых зон, блокированных тампонажным раствором в результате его поглощения.Особенность изменения температуры в скважине в период ОЗЦ состоит в том, что одновременно с восстановлением темперятуры до естественной происходит тепловыделение гидратирующим цементом, вследствие этого результирующее поле температур в стволе
Анализ технологии крепления ствола глубоких разведочных скважин
Согласно техническому проекту на сооружение разведочных скважин трехколонной конструкции (324 х 400, 219 х 1300, 146 х 3300) Уренгойской площади крепления эксплуатационных колонн предусматривается осуществлять спуском обсадных труб двумя секциями с последующим цементированием каждой секции прямым способом. Место установки стыковочного приспособления - выше башмака технической колонны на 50 метров.
При цементировании обсадных колонн используются цементировочные агрегаты (Щ-320, ЦА-400) и смесительные машины (СМН-20), число которых выбирается с учетом потребного количества затворения массы сухого цемента. Из-за недостаточного количества цементировочных агрегатов растаривание смесительных машин производится последовательно. По этой же причине при продавливании тампонажных растворов задалжи-вается буровая техника (насосы и емкости буровой установки). Емкости- системы циркуляции бурового раствора используются в качестве мерников для продавочной жидкости. Последняя порция продавочной жидкости (2-3 м3), как правило, закачивается цементировочным агрегатом.
Устройства для оснащения обсадных колонн - стандартные. В конструкцию низа обсадных колонн входят: башмачная пробка, башмак или короткий патрубок с боковыми отверстиями, обратный клапан типа ЦШЗД, который одновременно служит упорным кольцом при применении продавочной пробки. Пробка - резиновая самоуплотняющаяся, манжетная. Цементирующие фонари не применяются.Первая секция обсадной колонны спускается на бурильных трубах соответствующих марок стали и толщины для обеспечения прочности на страгивание. Стыковочное приспособление изготавливается в мастерских объединения.
Конструкция устройства для спуска колонн секциями дана в справочнике [8і] на стр. 408. При цементировании первой секции продавочная пробка не применяется.
Опыт применения муфт для двухступенчатого цементирования колонн крайне ограничен. Причиной этому является то,что при использовании муфт были получены большие цементные стаканы ; операция цементирования заканчивалась получением преждевременного "стопа" или другими осложнениями.
В качестве буферной жидкости применяется техническая вода. Объем буферной жидкости выбирается из расчета, что противодавление на пласты будет больше пластового давления, максимальное количество технической воды берется не более 6 м3.Для приготовления цементного раствора применяются там-понажные цементы для "холодных скважин".
Длительное хранение цемента в заводской упаковке (бумажные мешки) в климатических условиях севера Тюменской области приводит к его порче, требует дополнительных затрат на просеивание при затаривании смесительных машин. В весен-, ний период применяются цементы лежалые, частично схватившиеся, т.е. применяются некондиционные материалы.С целью обеспечения безопасных сроков загустевания цементных растворов в температурных условиях скважины применяются химические реагенты.Предельный режим продавливания цементного раствора не применялся.
Качество цементирования, в основном, определялось методом акустической цементометрии (АКЦ).
В 1979 году из-за отсутствия бурильных труб достаточной прочности для спуска первой секции обсадной колонны обсадные трубы стали спускать одной секцией и цементировать в один прием прямым способом. Расположение вяжущих смесей в этом случае предусматривалось: в интервале продуктивных пластов с перекрытием 00 м располагались цементные растворы (интервал 3300-2600 м),выше располагались гельцементные смесиоплотности 1,55 - 1,65 г/см .
В объединении Уренгойнефтегаз нашли широкое применение гельцементные смеси, которые приготавливаются затворением цемента через СМН-20 на разжиженном буровом растворе плотности 1,04 - 1,06 г/см3.
Начиная с марта месяца 1980 г , крепление эксплуатационных колонн разведочных скважин площадей Большого Уренгоя осуществляется на основании "Временного руководства", принятого на научно-техническом совете Главтюменьгеологии, где предусматривается совмещение прямого и обратного на поглощение способов цементирования (комбинированный способ).
Эксплуатационная колонна спускается одной секцией.Этим же "Руководством" предусмотрен необходимый комплекс геофизических исследований скважины по определению качества цементирования, который заключается в определении цементного кольца (ОЦК) с разрывом во времени (4 замера) в эксплуатационной колонне после прямого и обратного цементирования и АКЦ 10 - 15 дней после окончания цементирования.
Нами проведен анализ осложнений при креплении скважин. Анализ показывает, что использование стыковочных приспособлений при спуске эксплуатационной колонны секциями требует обязательного разбуривания устройства, для чего необходим завоз
7 труб 2- , долот и других материалов, а цементирование нижней секции без продавочной пробки обуславливает спуск долота дляопределения искусственного забоя и приводит к подбуриваниюоставленных цементных стаканов (скв. 96 - 220 м и др.) илиоголению башмака (скв. 109 и др.).
Кроме того, применение несовершенных по конструкции стыковочных приспособлений приводит к нарушению целостности обсадных колонн и требует больших затрат на изоляционные работы, что видно на примере скважш 95, 117, 120]и др.Отсутствие бурильных труб высокой прочности для использования их в качестве подвески при спуске нижней секции
Лабораторные исследования движения растворов по плоско-радиальным трещинам
Процессы образования трещин при гидравлическом разрыве и движения по ним растворов рассмотрены в отечественной и зарубежной литературе теоретически, на основе понятий, принятых наукой о механике горных пород.
Нами поставлена задача моделирования скважинных условий движения растворов, применяемых при закачивании на поглощение по плоско-радиальной узкой щели при установившемся режимеи постоянном расходе (GL = COtlSi ).
Моделированию должны подлежать: деформация горных пород, режим установившегося движения по трещине и фильтрация растворов в горные породы [36].
Для выбора модели плоско-радиальной трещины и её ориентации использовались два круглых металлических диска, расположенных в горизонтальной плоскости, к которым приклеена резина, и, обеспечивая их параллельное вертикальное фиксируемое перемещение, нами смоделирована горизонтальная трещина с изменяемыми параметрами высоты.
Деформация горных пород или величина раскрытия трещины моделировалась расположением дисков на заданном фиксированном расстоянии друг от друга.Для моделирования ствола скважины использовалась металлическая труба, смонтированная в вертикальном направлении по оси, проходящая через центр дисков к их плоскостям.
Режим установившегося движения растворов по плоско-радиальной щели между резиной, приклееной к дискам, моделировалась аналогично скоростям движения растворов по щелям в скважинных условиях при помощи изменения производительности стендовогонасоса.
Для ликвидации "концевых эффектов" ЦЗб] диаметр дисков был взят размером в двадцать раз более внутреннего диаметра металлической трубы (скважины).Фильтрация растворов в горные породы не моделировалась и не учитывалась.Исследованиям подвергались растворы применяемые в промысловых условиях: буровой, цементный и специальный облегченный цементно-бентонитовый.
Методически решение этой задачи заключалось в исследовании зависимости давления от величины раскрытия трещины при постоянном расходе закачивания.Конечная цель эксперимента состояла в том,чтобы на модели плоско-радиальной щели получить условие равновесия сил действующих и противодействующих.
Для сравнения величины давления продвижения раствора по плоско-радиальной щели,нами построена вторая модель трещины,размеры которой соответствуют развернутой длине окружности начального "живого", сечения потока жидкости,имитирующего движение из скважины в трещину.Модель этой трещины не имеет плоскостей трения растворов о верхнюю и нижнюю поверхности в радиальном направлении.
Стендовая установка (рис. 6) включает компенсатор пневматический (2) ; манифольд (3), к которому подсоединяется модель трещины (4,5), емкость для испытуемого раствора (б) и всасывающая линия (7).
Параметры насоса ГР 16/40 имеют производительность0=(0,3342,5) 10 м и максимальное рабочее давление Р=3,92 МПа.В установке используется компенсатор прямоточный пневматический (рис. 7). Движение раствора обеспечивалось по кольцевому пространству, между стенками корпуса (I) и воздушной камеры (2), которая соединяется с баллоном высокого давления через вентиль (3) и патрубок (4). Такая конструкция позволяла путем изменения давления в воздушной камере влиять на величину пульсации давления в исполнительной линии стенда.
Насосно-компрессорная труба по ГОСТу "633-63 служила мани-фольдом и имела параметры: наружный диаметр Ю = 48,3 10 м, толщина стенки t = 4,0 10 м, внутренний диаметр d я 40,3 Ю""3 м.Модель горизонтальной щели (рис. 8) состоит из корпуса (I) и двух планок - подвижной (2) и неподвижной (3). Раскрытие щели устанавливается с помощью калиброванных щупов.Модель плоско-радиальной щели (рис. 9) представляет со -3 бой два металлических диска (3) толщиной 40 10 м каждыйи наружным диаметром 0,5 м. К внутренним торцам их приклеены-3 листы резины соответствующего диаметра и толщиной 10 10 м(2). Раскрытие щели устанавливается с помощью трех метров (5), которые расположены по окружности дисков под углом 120 и регистрировались индикаторами часового типа ИЧ-10 (предел измерения от 0 до 10 10 м, цена деления 0,01 10 м (I). Для фиксации раскрытия трещины служат б шпилек с гайками (4). Имитацией ствола скважины является бесшовная труба с внутренним диаметром и = 26,5 10 м.
Исследование закономерностей движения растворов по плоско-радиальной и "открытой" щелям производились на стендовой установке, описанной выше.Опыты производились с глинистыми,цементными и специальным облегченным цементно-бентонитовым растворами.
Схемы проведения опытов были одинаковы: исследуемый раствор с помощью насоса (см.рис.6) прокачивался через модель плоско-радиальной щели,раскрытие которой устанавливалось с помощью винтов и индикаторов и фиксировалось шпильками.Циркуляция растворов производилась на протяжении всего опыта без остановок на перенастройку размеров модели щели.Исследовалось движение растворов по щелям с размерами (СО ),-3 соответственно равными 0,6 ),7 ; 0,8 ; 0,9 ; 1,0 и 1,1 Юм
Методика выделения глубин поглощения растворов при цементировании колонн по результатам геофизических исследований скважины
Все многообразие существующих методов определения поглощающих зон имеет общую особенность - необходимость проведения в открытом стволе скважины специальных исследований,что в условиях разведочного бурения в Западной Сибири нежелательно.
В основе предлагаемой нами методики рассматривается совместная интерпретация результатов геофизических исследований скважины: записей кавернометрии. и временных замеров термометрии (см. рис. 23 и рис. 24).
Сущность методики заключается в следующем:- запись термометрии,проведенная до начала реакции гидратации цемента,в трещинах поглощения цементного раствора фиксирует аномальное понижение температуры окружающего массива горных пород, так как восстановление температуры в скважине в интервале залегания поглощающей трещины происходит значительно медленней, чем в интервалах отсутствия поглощений ;- в дальнейшем, при схватывании растворов происходит выделение тепла при гидратации цемента и нагрев окружающего поглощающую трещину массива горных пород, что фиксируется записями термометрии как аномальное повышение температуры ;- выделение интервала поглощения следует производить там, где временные записи термометрии, показывающие охлаждение горных пород и их последующее нагревание,имеют зеркальное друг к другу изображение ; - выделение конкретной глубины поглощающей трещины следует производить совместным анализом записи кавернометрии на нижнем контакте каверны, сложенной глинистым материалом, с песчаником-коллектором в интервалах зеркально друг к другу расположенных временных записей термометрии. Необходимо соблюдать условие максимального приближения первой записи термометрии во времени к моменту окончания цементирования ; последнюю запись термометрии проводить во время максимального выделения тепла при.гидратации цемента.
Промысловые исследования показывают,что проведенные записи термометрии через 4 часа и более от момента окончания цементирования аномального понижения температуры не фиксируют.
Проведение температурных замеров при помощи термометрии через 20 часов и более показывает, что записи выполаживаются, так как уже происходит воздействие естественного температурного поля земли.
Таким образом,если обнаружить две противоположные по знаку температурные аномалии по временным записям термометрии против поглощающей трещины,выделенной по записям кавернометрии, можно определить глубину поглощениям зная фактические столбы тампонажного и бурового растворов,расположенные, выше поглощающей трещины,рассчитать градиент давления поглощения.
Проведенные нами по вышеизложенной методике промысловые исследования в скважине № 123 Ван-Еганской площади и др.позволили выделить интервалы поглощения и рассчитать градиенты давлений поглощения при цементировании прямым способом.
Проведенные нами на большом количестве скважин промысловые исследования по вышеизложенной методике позволяют вьщелять интервалы поглощения, а также рассчитывать градиенты давлений разрыва и поглощения при цементировании обратным способом.
Методика, описанная выше, позволяет с достаточной точностью определить местоположение зон с низкими давлениями разрыва и поглощения горных пород и рассчитать их градиенты. Методика проста и удобна для практического применения в геологических условиях севера Западной Сибири.
При образовании трещин в естественных массивах горных пород основной силой, противостоящей силам, которые распространяют трещины, является горное давление.
Скважина имеет круглое сечение, поэтому напряженное состояние пород в приствольной зоне, вызванное действием сил масс горных пород будет симметричным относительно оси скважины.
Скважину можно рассматривать как полый цилиндр со стенкой бесконечной толщины, находящейся под действием: а) вертикального давления Рр от сил масс горных пород, направленного параллельно оси скважины; б) наружного бокового давления Р ок со стороны остальной части массива горных пород ; в) внутреннего давления Р бурового раствора при отсут ствии в массиве тектонических сил Рг Л т-9шНу где:Яп- плотность горных пород и Н - расстояние от дневной поверхности. Академиком С.А.Христиановичем и д.т.н. Ю.П.Желтовым доказано, что пластическая деформация малопроницаемых горных пород приводит к уменьшению местных напряжений горного давления вблизи скважин,что влияет на последующее проведение гидравлического разрыва пласта, снижая давление разрыва. Образованная вблизи скважины пластическая зона находится вокруг скважины в пределах области, ограниченной усл« Величина Ях является радиусом распространения пластической области или, в соответствии с гипотезой академика С.А.Хрис-тиановича и д.т.н. Ю.П.Желтова о разгрузке горного давления вследствие пластической деформации глин, радиусом разгрузки.. Радиус пластической зоны определится формулой [36] :где: - плотность вышележащих пород, илигде:/?-- полное горное давление рассчитывается по данным работы [ 87] ; гБ.р-статическое давление столба бурового раствора на глубине Н. С.А.Христианович и Ю.П. ЗКелтов [36] полагают, что &уел" РЗДИУС области, вне которой можно считать, что порода не нарушена, не размыта и сохраняет свои средние характеристики прочности. Оценим значение условного радиуса каверны - л .В ре-зультате кавернообразования образуется свод. Форма его до сих пор является предметом дискуссии. Н.й.Титков, И.Г.Юсупов [86] полагают, что величина условного радиуса каверны оценивается как высота свода обрушения плюс радиус каверны:
