автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Лабораторные и промысловые исследования закономерностей деформации стенок скважин в пластичных породах и их использование для предупреждения осложнений при бурении

ШНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ Р2 ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКДЦЕШЯ ШМИ И ГАЗА им.И.¡¿.ГУБКИНА

лабораторные: и прошсдовыб иссвдованин

законо*0>ношй дмормадои стенок скваЖИН В плас1ичшх городах и их ишольэо-ВАЛИЕ для прщщ1рвдения осложнения при БУРЕНИИ

Специальность 05.15.10 - Бурвкае скважин

автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

альсвпов булат дусупович

УДК 622.248.38

Ыосква-1992

Диссертационная работа выполнена в Государственной академии нефти и газа им.И.М.Губкина г>

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Леонов £.Г.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Крылов В.И. кандидат технических наук Байдюк Б.В/.

Ведущая организация - ПГО "Актобнефтегазгеология"

Залита состоится " 22 " сентября 1992 г. в 15.00 часов на заседании специализированного совета К.053.27.06 при Государственной академии нефти и газа им.И.М.Губкина по адресу: 117917, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 65

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственной академии нефти и газа кы .И. II.Губкина

Автореферат разослан " августа 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы: Ускоренная разведка и освоение залежеп нефти, газа и газового конденсата является важной народно-хозяйственной задачей. Успешное выполнение её во многом зависит от совершенствования технологии буровых работ. Это означает, в частности, необходимость разработки эффективных методов предупреждения осложнений, связанных с нарушением устойчивости стенок скважин.

Известно, что значительные трудности, с которыми сталкиваются буровики на площадях Поволжья, Украины, Белоруссии, Западного Казахстана и др., вызваш неустойчивостью пород в стенках скважин в отложениях пластичных глин и солей из-за проявлений горного давления. Неустойчивость характеризуется пластическим течением этих пород и приводит к осложнениям и авариям, связанными с длительными проработками, посадками, затяжками, прихватами бурильного инструмента и обсадных колонн, смятием последних после перекрытия интервалов сужения.

Отсутствие обарпризванных представлений о механизме деформации стенок скважин в пластичных породах и несовершенство имеющихся методов предупреждения осложнений в них существенно осложняют 1роблему управления горн»! давлением в интервалах проявления пластичных пород.

Наиболее распространенные на сегодня методы предупреждения осложнений в пластичных глинах и солях разработаны для условий :тационарного процесса деформации стенок скважины из несжимаемых иастичных пород, что не соответствует переменной во времени скорости сужения ствола, наблюдаемой в реальных скважинах. В последние годы появились теоретические работы, в которых авторы попыта-шсь учесть отметанные недостатки. Однако широкого экспериментально подтверждения эти исследования не получили.

Поэтому изучение механизма деформации стенок скважин в плас-тачных породах и разработка на основе этого новых методов прогна зирования и предупреждения осложнений является актуальными.

Цель работы: Экспериментальные исследования закономерностей деформации стенок скважин в пластичных предварительно схашх гор ных породах во времени и разработка на их основе методик прогно зирования и предупреждения осложнений.

Основные задачи: I. Исследование на оригинальной лабораторно установке поведения стенок скважины и приствольной зоны во време ни с учете« сжимаемости пород.

2. Проведение промысловых исследований изменения скорости су жекия стенок скважин в пластичных горных породах во времени.

3. Сопоставление результатов экспериментальных исследований процесса развития во времени неупругих деформаций массива пород вокруг ствола и сужения стенок скважин с теоретическими данными, волученнши на основе модели, рассматривающей сужение как нестационарный процесс, обусловленный притокам предварительно сжатой вязко-пластической породы к скважине.

4. Разработка на основе проведенных исследований методики определения реологических свойств пластичных пород по данным измерс ния скорости сужения стенок скважин во времени и методики прогнозирования скорости сужения стенок скважин в пластичных породах.

5. Разработка и внедрение технологии безопасного ведения буровых работ и рекомендаций по прогнозированию и предупреждению осложнений в интервалах проявления пластичных горных пород.

Научная новизна: В лабораторных и промысловых условиях экспериментально исследованы процессы развития во времени неупругих де формаций в массиве и сужения стенок скважин в пластичных породах с учетом их сжимаемости и реологических характеристик.

На основе полученных результатов:

1) Рассмотрена' качественная и количественная картина образования и развития во времени зоны неупругих деформаций э массиве предварительно сжатых пород в окрестности скважины.

2) Установлен нестационарный затухающий во времени характер деформации стенок скважин в пластичных горных породах.

3) Определены зависимости скорости сужения стенок скважин в пластичных породах от времени и депрессии на пласт.

4) Разработаны методика определения реологических свойств пластичных пород по данным изменения скорости сужения стенок скважин во времени и методика прогнозирования скорости сужения стенок скважин в интервалах проявления пластичных пород.

Основные защищаемые положения; На защиту выносятся:

- методика экспериментального исследования деформации стенок скважин в пластичных породах во времени, учитывающая их сжимаемость;

- результаты экспериментальных исследований развития во времени неупругих деформаций в массиве и сужения стенок скважин в пластичных породах с учетом их сжимаемости;

- методика расчета реологических свойств вязкопластичных пород по данным изменеиия скорости сужения стенок скважин во времени и методика прогнозирования скорости сушения стенок скважин в пластичных горных породах.

Практическая ценность; На основа результатов исследований разработаны: технология безопасного ведения буровых работ и спуска обсадных колонн в зонах проявления пластичных пород; методика расчета реологических свойств пластичных пород по данным измерения скорости сужения стенок скважин от времени и методика прогнозирования скорости сужения стенок в проектируемых скважинах; прогнозная схема (карта) области распространения и интенсивности проявлена;: пластичных глин и связанных с ними осложнения; новый способ

определения времени безопасного спуска обсадных колонн через интервал сужения стенок скважин.

Реализация работы: Результаты исследований использованы при составлении мероприятий по безаварийному бурению и спуску обсадных колонн в условиях сужения стенок скважин в пластичных глинах на разведочных скважинах )№ 13, 17, 41, 67 площади Жанажол. Разработанная технология безопасного ведения буровых работ и спуска обсадных колонн включена в "Технологические регламенты бурения скважин на площади Жаншхол, Кожасай, Урихтау". Составлена "Временная инструкция по безаварийному прохождение интервалов пластичных глин", принятая к внедрению в ПГО "Актобнефте газ геология". Новый способ определения времени безопасного спуска обсадных колонн, учитываа-тай нестационарный затухающий характер деформации стенок е;;валин, использован при спуске колонны и цементировании скважины $ 7 Елемас КЭ "¿¡антшлакнефтегазразведка". Прогнозирование в виде рекомендации "Прогноз области распространения пластичных глин, их напряженно-деформируемого состояния и связанных о ними осложнений" бьи принят к внедрению в ПО "Актабинскнефть". Мэтодике прогнозирования скорости сужения стенок скважин в плаотичных горных породах включена в "Проект технико-технологических решений строительства скважин в условиях активной тектоники Прикаспийской впадины на базе научно обоснованной концепции деформации горного массива", утвержденный Министерством геологии СССР в 1991 году.

В период 1960—1991 г.г. общий экономический эффект от внедрения разработок составил более 930 тыс.руб.

Апробация работы; Основные положения диссертации доложена на Зсесояоном научно-техническом совещании "Повышение эффективности оурения глубоких скважин в аномальных геологических условиях" ¿г.Оренбург, 1983 г.), на семинаре школы передового опыта ¡ИНГ и. И.Ц.Губкина "Технология проводки глубоких скважин на подсоле-

вые отделения и пути её совершенствования" (п.Ералиево, 1986 г.}, на совещании технологов производственных организаций ПГО "Актсб-нефтегазгеолотия" Сг.Актюбинск, 1966 г.), на семинаре Всесоюзной школы по обмену производственно-техническим опытом Министерства геологии СССР "Опыт внедрения научно-технических достижений при поисках и разведке нефти и газа" (г.Москва, 1968 г.), на Всесоюзном научно-практическом совещании "Научные исследования и технология проводки скважин в интервалах залегания пластичных пород" (г.Гурьев, 1983 г.), на конференции технологов Актюбинской НГРЭ "Резервы повышения скоростей бурения" (г.Актюбинск, 1989 г.), на координационном Совещании ПУ "Прюсаспийгеология" по целевой программе Торное давление" (г.Актюбинск, 1990 г.), на научном семинаре кафедры бурения нефтяных и газовых скважин ШНГ им. И.М.Губкина (г.Москва, 1990 г.).

Публикации; По результатам диссертации опубликовано 9 работ.

Объем работе; Диссертация состоит из введения, 5 разделов, ос-новшх выводов и результатов объемом 124 стр. основного текста, 40 рис., 16 табл., списка литературы из 288 наименований и Ь приложений.

СОДЕРЖАНИЙ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, нзложе-хеш оековныз положения выполненной работы, отмечена новизна г: практическая значимость проведенных исследований.

В первом разделе содержится анализ работ, посвящзнныг исследование) проявлений горного давления в вертикальных глубоких скважинах, и ставятся задачи исследований.

Главные нормальные напряжения вокруг вертикальной выработки круглого сечения не заполненной жидкостью для условий упругой среда определил А.Н«Дчинмн, воспользовавшись формулами Лямэ. Позже

С.Г.Лвхницкий получил математичес кос решение задачи о распределении напряжений вокруг вертикальной выработки, заполненной жидкостью.

Исследования напряжений в околоствольной зоне применительно к нефтяным скважинам отражены в работах Б.В.Байдвка, А.А.Йшюва, Л.В.Макарова, Г.А.йатаева, В.П.Прокопьева, М.К.Сеид-Рза, Т.Г.Фа-радже ва, М.Д.Фаталиева, Л.А.Шрейнера и др., где они стремились определить условия и параметры, при которых достигалась устойчивость стенок скважин. Однако, использование модели упругой среды оказалось ограниченна«, поскольку в глинистых породах и солях проявляются пластические свойства. Последние развиваются и в других горных породах с ростом глубига залегания.

Впервые решение задачи об упруго-пластическом распределении напряжений в невесомой пластинке, ослабленной круговым вырезом, было получено Л.А.Галиным. Применительно к горкъм выработкам аналогичная задача решена К.ВЛ^лпенейтом на основе гипотезы Р.Фен-нера, согласно которой вокруг скважины образуется некоторая предельная область» где породи претерпевают неупругие деформация я движутся в ствол скважиш. Размеры предельной области я скорость движения пород в ствол скважины зависят от диаметра скважины, геостатического давления, давления столба промывочной жидкости и других факторов.

С.А.Хркзтианович исследуя пластические деформации пород в околоствольной зоне установил, что вокругскважикы образуется область разгрузки горного давления, ограниченная радиусом

7* - 0М1сехР[(Ря2Т^ Л ш

где 1С - радиус скважины, средневзвешенная плотность по-

рода, ,Рр - плотность раствора, £ - ускорение силы тяжести, И - глубина залегания пород, ^ - предельное напряжение сдви-

- & -

га.

Образование и развитие неупругих деформаций в околоствольноГ: зоне предопределяет деформацию стенок скважин. Исследованию связи неупругих деформаций и перемещения стенок скважины посвяшень работы Б.В.Байдюка, В.С.Бойтекко, Д.В.Даныта, Ж.С.Аржанова, М.К.Се-ид-Рэа, Г.А.Стрельца, В.Д.Терентьева, К.Х.Хёфера, Т.Г.йараЕжева, Р.С.Яремийчука и др.

И.К..Майоров, И.А.Гриценко и Н.П.Гребенников рассматривая связь между разностью геостатического давления и давления столбе бурового раствора и.радиусом зоны пластичности определили конечное смещение стенок скважины.

и . .

где Рг - гесстатическое давление, Рс - давление столба бурового раствора, &г - предел текучести породы, & - модуль сдвига.

Для определения скорости деформации стенок скважин в пластии-" ных породах В.С.Войтенно, £.Г.Леонов л Б.С.Филатов принимая связь компонент напряжений и деформаций линейной и, заменив условие Сен-' . Венана на условие ¿Зизеса, получили формулу

% фЯехр*"^^ - //

где , - соответственно предел текучести и пластическая

вязкость породи при одноосном сжатии.

Помимо теоретических работ в разделе приведен анализ экспериментальных исследований распространения неупругих деформаций б приствольной зоне и перемещения стенок скважин.

Однако рассмотренные работы основывались на предположении о стада сжецвди характере деформации несжимаемых горных пород, что не в полной мере соответствовало поведению стенок реальных скважин. Этот недостаток бая учтен в работах Е.Г.Леонова и В.М.Тра-

адского, и позднее П.А.Вислобицкого и Б.Т.Шемеляка, которые показали, что по своей физической сути процесс течения пластичных пород аналогичен неустановившейся фильтрации упругой вязкой или вяз-. копласт«ческой жидкости в пласте, исследованной М.Ыаскетом,В.Н.Щел-кечевш, Г л! .Баренблаттом и др.

При изучении неупругих деформаций и скорости смещения стенок скважин в пластичных породах Е.Г.Леонов и В.Ы.Триадский учли кро- ■ ме реологических свойств сжимаемость горных пород, толщину пласта,' депрессию на пласт и время процесса. Согласно их решения развитие радиуса неупругих деформаций пород вокруг скважины Й.И) и снижение скорости сужения стенок во времени £ описываются зависимостями:

т = - гхр[- ф^)} («.

В этих формулах «Е - коэффициент пъозопроводности; ¡г «—Л.— , где Л - полумощность пласта, Ч - пластическая вязкость пр~ рода; * -время; Л«^-; 5 - радиус,

зависящий от времени и разделяющий пласт на невозмутеиную ивоз-мутчэнную о Сласти.

3 разделе отмечено, что аналитические решения (4) и (5) нз получил;! достаточной экспериментальной апробации в лабораторных и промысловых условиях.

Таким образом, .б диссертации 'показано, что, несмотря на достигнутые успехи в изучении механизма неупругих деформаций и смо-¡аения стенок скважин в пластичных породах, многие вопроси этой.

проблемы ещё окончательно не решены. В частности, имеющиеся теоретические решения недостаточно апробированы, нуждается в совершенствовании принятая технология предотвращения осложнений и поэтому разработка рекомендаций и методик по их предупреждению осг тается актуальной.

Во втором разделе на основании анализа промыслового материала по 60 скважинам на различных площадях Прикаспийской впадины рассмотрены особенности проявления пластичных горных пород и связанных с нюги осложнений.

Проводка глубоких скважин в слсжкых горно-технических условиях Прикаспийской впадины сопровсздается прохождением мощных солевых отложений,, в низах которых встречается слои вязкопластичных глин. Бурение в этих отложениях несмотря на применение утяжеленных буровых растворов характеризуется пластическим течением пород, которые приводят к осложнениям и авариям.

Анализ промысловых материалов позволил установить, что наибольшее количество аварий и осложнений в соленссных отложению; приходится на глубины скважин свыше 3500 м. Это объясняется тем, что с глубиной скважины увеличивается н&пряженно-детсрмируемое состояние пород, которое проявляется при вскрытии массива скважиной. Деформация солевых пород в таких условиях усиливается, требуется применение утяжеленных буровых растворов, возрастает число проработок ствола спвкхины. На преодоление осложнений в солях з&-трачйвявтся значительные средства и время, многие скважины ликвидируется по геологическим кла техническим причинам.

Особенности проявления межсолешх пластичных глин заключается в том, что кэсмотря на относительно малую по сравнении с солями мощность» ока интенсивнее деформируются в стенках скважин, привода к многократным прихватам инструмента, непрохождению обсадных колонн, продолжительным проработкам ствола скважин. Анализ про-

мысловых данных показал, что пластичные глины кунгурского яруса пределах солянокупольной структуры имеют локальное распространение различной конфигурации. В связи с этим дня правильной разработки технологии бурения необходимо создание прогнозных схем рас ространения глин по площади.

Проявления горного давления в солях и пластичных глинах Прикаспийской впадины нередко приводят к смятию обсадных колонн, ра считанных на полное горное давление.

5 третьем разделе описана лабораторная установка, моделирующая нестационарное течение пород в окрестности скважин и методик проведения опытов на ней,•приводятся результаты определения рео-логрптеских свойств и коэффициента сжимаемости пластичных горных пород.

Экспериментальные исследования деформации пластичных пород при сложном напряженном состоянии на полых цилиндрических образцах проводили Б.В.Байдюк, В.С.Войтенко, Н.П.Гребенников, Д.В.Да-ьыш, С.А.ьремеев, Е.ГЛеонов, Г.А.Стрелец и др. Отмечено,. что су чествует множество вариантов моделирования приствольной зоны скважины. Однако, несмотря на разнообразие схем нагружения и ко* струкций установок, все они обладают существенным недостаткам, который заключается в том, что в них допускается при эксперимет перемещение пуансонов под действием вертикальной нагрузки. Подос яый фактор в реальных условиях бурения отсутствует, так как пор« мощения кровли и подошвы интервала пластичных пород не наблюдал ся. . .

В диссертации предложена новая схема нагружения образца и м( делирования околостводьной зоны. Принципиальное отличие установ! построенной по предлагаемой схеме пт ранее применяемых состоит I то«, что после нагружения образца до необходимого напряженного Состояния, пуансоны установки сиксирогали, что исключало продол

ную деформацию при эксперименте. Эта схема лучше соответствует геологическим условий поведения пластичных пород в реальном массиве и позволяет учесть в эксперименте упругий запас энергии предварительно сжатых пород. ■

Для реализации выбранной схемы моделирования создан стенд высокого давления« включающий в себя 250-тонный гидравлический пресс для нагружения образцов, систему гидравлических устройств, позволяющую создавать необходимое гидростатическое воздействие на приствольную зоцу, и систецу дистанционного контроля и записи деформации внутренней полости образца во времени.

Образцы пород для экспериментов готовили методом воздушно-сухого прессования. Размеры образца были следующие: наружный диаметр 0.104 м, внутренний диаме*р 0,01 ми высота 0,06 м. Вещественный состав и плотность глинистых пород и солей в образцах соответствовали выбуренному керну и плану. В опытах также использовали образцы из легко деформируемого оптически активного парафина, которые готовили путем расплавления и „заливки парафина в матрицу. Образцы из парафина перед опытами остывали при комнатной температуре в течении 10 суток. ' '

¿¿зтодика проведения экспериментов заключалась в следующем. На предварительно подготовленный образец с центральным отверстием - создавали вертикальную нагрузку и синхронно с ней гидравлическое противодавление в отверстии образца. Поогё нагружения образца-модели до заданного напряженно-деформируемого состояния пуансоны установки фиксировали для исключения их продольного перемещения.

• Сужение стенок внутренней полости образца осуществляли снижением давления в отверстии до величин, обеспечивающих необходи-шй режим проведения эксперимента. За счет создания условий повышения напряжений £ околоствольной зоне над пределом текучести по-, род в стенках скважины происходила деформация, обусловленная вы-

деланием энергии сжатия. Уменьшение диаметра фиксировалось щупаг дефорыометра и записывалось во времени самописцем.

В образцах-моделях из парафина создавали объемное напряжекш состояние <э = 8,0 Ша и перепад давления л Р. = -4,4 Ша. В о( разцах из жанажольской глины создавали объемное напряженное сос яние и перепад давления, соответствующие скважинным условиям: б = 74 Ша и лР = 37 Ша. На рис. I показан характерный график изменения скорости перемещения внутренних стенок образцов из жа! /кольской глины во времени.

гМо?м/с з 2 I

1 2 3 4 Т-Ю~?с

Рис. I. Зависимость скорости сужения стенок скважичьг в образце из жаналольской глины от времени. -

Из опытных данных видно, что процесс сужения стенок скважин яыи ется нестационарным и затухающим во времени и удовлетворительно описывается формулой С5>.

Оценку развития во времени радиуса неупругих деформаций в околоствольной зоне массива проводили на образцах-моделях из парафина, время деформации которых регламентировала. Опытным путек выбраны следующие промежутки времени, через ксторкз эксперимент прекращали: 30, 60, 90, 180, 270 и 360 с. После каждого опыта ОС разец выпрессовывади из матрицы и распиливали вдоль оси на две

жш части. Поверхность распила полировали на мягкой ткани. Пос-патировки на поверхности образца визуально о-тачалось область :пространения неупругих деформаций, которая выделялась от цвета гозного массива более светлым током. Радиус распространения зо-нсулругих деформаций заверяли обычной линейкой. На рис. 2 по-зоен график характерной зависимости радиуса распространения зо-

2 Зависимость распространения радиуса неупругих деформаций в. околостзольной зоне от времени.

Кривая 2 характеризует траекторию перемещения вглубь массива :оторой податной границы радкуса ffli), разделяющий в каждый юнг процесса движения весь пласт на возмущенную и новозмулзен-> области. Таким образом, поведение радиуса области неупруги^ юрмаций и скорости перемещения стенок сквакиш во времени ха~ :теризувт нестационарный к затухающий во времени процесс и удов£г 'ворителыюописываютсяфорцулами (4) и(5).

" ■■: " 16 - /Л- ■ '

Наосновепрослеживаная во времегеГнеупругих деформаций : глубь массива: показана, что период моделирования процессов де< мации в пластичных породах на полых образцах ограничен времен распространения границы зоны возмущения до матрицы модели.

С целью исследования влияния депреосии на изменение окоро

■ 1 ■ - -

сужения стенок скважин проведена серия опытов на образцах-мод из парафина о различными значениям» перепада давления. Объемы напряженное состояние в образцах ввдерживалн равным 8,0 ffîa, давления в отверстии образцов меняли от 3,5 Ша до 6 Ша. Опы данные позволили выявить прямо цроаорциональцую зависимость с ти сужения от величины депрессии. /.'Для расчетов по формулам (4) и (5) радиуса R(t) и скорост и сравнения с результатами измерений этих величин на мо лях околоствольной зоны пород оцрздолявн реологически? сбойст То и q и коэффициент сжимаемости пород JS>o Hïi споциаль установках. ,';V., "

. Реологические свойства образцов пород наход>ии с помощ пытания их на ползучесть при одноосной сжатии по методике, ос ной в работах С.С.Вяловв, В.С.Войтенко и др. По кривьм ползу* строили реологические кривые образцов, на основе которых опрс ли предел текучести <5г и пластическую вязкость парод ^ : каменной соли <5Г - I2B,5«IQ5 Па; q « 3,03-IQ15 Па-с; длз нажольской глины <5Т - 15,58-I05 Па; q - 1,57-Ю12 Па-с; парафина <эг - 2.42.I05 Па; q - 1,09-Ю10 Па-с.

Определения коэффициента сжимаемости пород проводили на • дофазной установке высокого давления типа поршень-циливдр и i дике, разработанными в лабораторяи высоких давлений Институт! зики Земли АН (ХХР "под руководством М.П.Воларовкча. Установи тоиг иэ камеры высокого давления, двух наковален и двух порш изготовленных из твердого сплава ВК-8. Исследуемый образец п

в камеру высокого давления. Для определения сжимаемости измели смещение порошей в процессе опыта двумя индикаторами часово-типа с ценой деления скалы 10 м. Давление в камере создавали и помощи 250-тонного пресса, плиты которого через наковальни додавали усилие на пороки установки. При определении коэффициен-1 сжимаемости парафина на образцы прилагали усилия в пределах ,7-8,0 Ша, при которых исследовали процессы сужения стенок сква-щ в модели. Диапазон изменения давлений на образцы из соли и (аотжчной шиш подбирали с учетам реальных условий залегания по-эд. Коэффициент сжимаемости пяасткчжх глин в пределах давлений 7-74 Ша оказался равен 4,6« ОТ*1®. ХД1а, каменной соли в диапазо-а давлений 74-92 Ша - 4,2-10""** 1/Па и парафина при давлениях ,7-8 Ша --г.г-КГ^ Х/Па.

В четвертом разделе содержатся результаты промысловых иссле-ований деформации стенок скважин в пластичных породах.

Основной намеряемой характеристикой процесса деформации ств-юк скважин в пластичжх породах во времени выбрана скорость су-тшя .

Определения скорости сужения стенок скважин были проведены в штервалах залегания пластичных глин и солей на ряде площадей Прикаспийской впадины: Какажол, КояасаД, Урихтау, Елемес, Ыаткен, Нзнгаз и др. Установлено« «то величина в межсолевых пластичных глинах (ох. Жанажол, Кокасай ■ др.) на поредок превышает ана-

«огичнуг величину в солях, причем диапазон значений скорости суп и

жения в пластичшх глинах составляет 2,9-КГ -16,6-10" м/с, а в соаях 2,6*

1<Гв-12,6«НГ® м/с. В моана отложениях солей (пл. Мат-иен, Бяемес, Тенгкз) о ростом гаубинм залегания отмечается увеличение скорости сужения стенок скважин.

Промысловые исследования поаволхли выявить вависимость изменения скорости сужении стенок скважмнвсояяхотвелич*»» депрессии,

которая хорошо согласуется с аналогичными лабораторными результа теми.' .■

Повременные замеры деформации стенок скважин » 4 Жанажол, » Еяемес, V 44 Тенгиз и.др., проведенные в ходе прохождения иктерв лов сужения, показали нестационарный и затухаюдай во времени характер поведения стенок скважин- Грсфии изменения скорости сухв ния стенок скважин от времени, основанные на промысловых данных, аналогичвд граф5кам» лсютроенньм по лабораторным опытам. Таким образом, промыслов*» исследования подтвердили результаты лабораторных экспериментов. Это позволяет считать, ото модель, предложенная Е.Г Леонов»! и В.М-Триадсгаш. удовлетворительно описывав! механизм сужения стенок скважин в вязкопяастических горных породах. .'• ■ .

В пятом разделе описана методика определения реодегичаских свойств пластичных пород и прогнозирования скорости сузения стенок скважин по прошсховым даннш.

На основании решения (б) прямой задачи относительно скоросп сужения по иавеотиым реологическим параметрам, рассмотрена обра' ная вадача - по веданной скорости сужения найдены предел]

нов напряжение сдвига ^ и пластическая вязкость ^ пород.

Методика определения реологических свойств пластичных пород захлочается в следующем. В первых скважинах на площади проводил экспериментальное измерение скорости сужения стенок в различные моменты времени. Объем измерений при промысловых испытаниях опр делается необходимостью получения данных для расчета скорости с; женкя формуле

- сужение диаметра от деформации породы за время £ - в

о

, отсчитываемое от момента вскрытия пласта; *м>) - диа-

гр скважнны, измеренный в момент ; - диаметр

заяит, измеренный в момент (£). Для расчета измерение значений текущего диаметра ЪТН) Т)г(£ €) производится с помощью повторной наверно- или про-1еметрии. 3 процессе испытания тапке определяются: глубина задания пласта и его толщина, средневзвешенная по разрезу плот-:ть пород и плотность бурового раствора. Эти данные необходимы, с как они входят в аналитическую зависимость (5). . Предельное напряжение сдвига Ъо и пластическую вязкость содили с помощью экспериментальной зависимости скорости суже-I стенок скважин от времени (6) и формулы (5). Для оценки пара-гров функции представленной экспериментальными данными,

1 выбран метод нахождения такого приближения, чтобы сумма квад-гов отклонения теоретической кривой от экспериментальных данных та минимальной. В качестве метода минимизации выбран метод де-рмируемого многоугольника Недяера-Шда. С помощью последнего и основе формулы (5) была составлена программа для расчета То у порода по заданным значениям на ПЭВМ, Машинная ирог-

<ма работает в диалоговом режиме.

Вычисления реологических характеристик по данным лабораторных фомысловых определения скорости сукекия стенок скважин во вре-ш проиллюстрированы на тестовых примерах. Рассчитанные по дан-I первых скважин на площади реологические параметр» Т0 и у

1стичных пород используются для прогнозирования старости суже-

>

I с помощью формулы (5) при составлении проектов на бурение ^гих скважин. Коэффициент сжимаемости пород _/30 , входящий в :тав расчетов, определяется в лабораторных условиях при давлвки-, соответствуют** реальным условиям залегания пород.

во.

о шестом разделе показано практическое использование результат

-го-

тов исследований при бурении и креплении скважин.

Результаты исследований деформации стенок скважин во Bpexei в пластичных породах положены в основу разработки технологии б< эопасного ведения буровых работ и спуска обсадных колонн через тервалы сужения, которая внедрена при прохождении и перекрытии интервалов сужения на разведочных скважинах площадей Жанажол, жасай, Урихтау, ¿лемес, Синельниковская и др.

промысловые определения скорости сужения стенок скважин в пластичных глинах использованы для обоснования и проведения те ьюлогических операций на разведочных скважинах площади Жанажол 7, II, 13, 14, 41, 67, 107 и др. Для скважины J? 7 йлемес пр демонстрирован пример определения времени безопасного спуска с содной колонны через интервал сужения в солях, учитывающий нес ционарный затухающий во времени характер деформации стенок cki жины.

Разработана и внедрена в промысловых условиях прогнозная < ма (карта) зон распространения пластичных.глин, интенсивности проявлений и связанных с ними осложнений на площадях Шанажол Кожасай.

Прогнозирование скорости сужения и осложнений в пластичны глинах реализовано на & скважинах месторождения Ьанажол.

В общей сложности практическое использование результатов веденных исследований в виде рекомендаций по прогнозированию предупреждению осложнений, связанных с проявлением пластичны? горных пород дало в период I&30-I99I г.г. экономический оффе» свысе 930 тыс.рублей.

СОЮВШь ВЫВОДЫ »1 Р£оУ7изТАТЫ I. Разработана новая схема, мсделиругаая сужение стенок

хин и процесс распространения неупругих деформаций пластичных пород в массиве во времени с учетом их сжимаемости.

2. Созданстенд и разработана методика проведения исследований неустановившегося течения предварительно сжатых пластичных пород к скважине.

3. На моделях окодоствольного пространства из оптически активного материала (парафина) получена качественная и количественная картина образования и развития во времени зоны неупругих деформаций в массиве.

4. Опытным путем показано, что период моделирования процессов деформации стенок скважин в полых образцах пластичных пород ограничен временем распространения границы зоны неупругих деформаций до матрицы модели.

5. На основании испытаний образцов из парафина* каменной соли и пластичной глины на ползучесть в условиях одноосного сжатйя определены реологические свойства этих материалов.

6. Создана твердофазная установка высокого давления, с помощью которой найдены коэффициенты сжимаемости парафина,.пластичной глины и каменной соли. ,

7. Экспериментально в лабораторных и промысловых условиях установлен нестационарный затухающий во времени характер деформации стенок скважин в пластичных породах, который удовлетвори-

1 тельно согласуется с моделью Леонова-Триадского.

8. На основе лабораторных и промысловых исследований выявлены зависимость изменения скорости сужения стенок скважин в пластичных породах от величины депрессии на пласт.

9. Установлено, что в соленосных отложениях большой мощности

величина скорости сужения стенок скважин с ростом глубины зале-

■ -. - " :■''■•.••■• л-2

гания увеличивается, причем темп прироста скорости зависит от о

величины депрессии.

1С. Реализованы методикаопределен** реологических параметров пластичных пород по даянш измерения скорости сужения стенок скважин во времени и методика прогнозирования скорости сужения стенок свважин в пластанных породах.

11. На основе проведенных исследований разработана технология безопасного ведения буровых работ и спуска обсадных колонн через интервалы сужения ствола в пластичных горных породах.

12. На базе предложенной гипотезы формирования пластичных глин, промысловых исследований скорости сужения ствола скважин и разработанной методики прогнозирования скорости сужения стенок скважин составлена прогнозная схема зон распространения пластичных глин, интенсивности их проявления и связанных с ними осложнений на месторождении Еанажол.

13. В период 1930-1991 гг. внедрение результатов проведенных исследований в виде рекомендаций по прогнозирования н предупреждении осложнений, связанных с проявлением пластичных горных пот-род в скважинах на площадях Прикаспийской впадины, позволило получить суммарный экономический эффект более 930 тыс .рублей.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

1. Альсеитов Б.Д. Исследование сужения ствола скважин в интервалах залегания пластичных глин /Доз. дока, ресцубл. научн.-прах. кокф. молодух уч. и спец. "Проблемы пошвеквя эффективности нефтяной и нефтехимической промышленности Казахстана". - Алма-Ата-Шевченко, 1981. - С. 71-72.

2. Альсеитов Б.Д. Особенности проводки сквакхн в условиях сужения их стволов против интервалов залегания пласпй&их глин /Дез. докл. республ. науч.-прак. ко*ф. молодых уч. и спец. "Проблемы освоения и комплексного использования мннерально-енрь-

вых ресурсов Актюбинсксй области". - Алма-Ата-Актюбинск, 1962. -• С. 40-41.

3. Альсеитов Б.Д., Бабишев P.A., Леонов Е.Г., Триадсккй В.Ы. собенности поведения неустойчивых глинистых пород и технология х перекрытия промежуточными колоннами на. площади Жанажол /ВНИИОЭНГ. РНТС. Сер. Бурение. - 1981. - № 12. - С. 14-17.

.4. Танкибаев М.А., Альсеитов Б.Д. Определение реологических войств пластичных глин, нарушающих устойчивость ствола скважин /Тез. Докл. науч.-техн. совещания "Повышение эффективности бу-ения глубоких скезлин в аномальных геологических условиях". -ренбург. 1983. - С. 20-21.

5. Леонов 5.Г., Альсеитов Б.Д. Промысловые исследования плас-ичных глин месторождения Жанажол для прогнозирования и предуп-еждения осложнений //Тр. «üiHX и ГП им.И. М.Губкина. - М., 1965. -■ Вып. 180. - С. 56-65.

6. Танкибаев Ы.А., Бакиров К.Х., Альсеитов Б.Д., ^нгатароЕ :.Б. Особенности бурения скважин в пластичных глинах кунгурских тлсясений Жанажольского месторождения //Ш ВИЭМС Техн. и технол. еол.-развед. работ: Отеч. произ. опыт. - Ы., 1935. - Вып. I -

. С. 13-22.. .

7. Альсеитов Б.Д. Лабораторные и промысловые исследования .ефорыации стенок скважин в пластичных породах во времени /Дез. ,окл. Всесовз. научн.-пр&к. 'конференции ^Экология и влияние приходного газа на человека". - Астрахань, 1939. - С. 4-5.

8. Альсеитов Б.Д. Определение коэффициента сжимаемости плас-ичных горных пород //Тез. докл. II Региональной научн. конф-ции. деть У.Физико-технические науки. - Актюбинск, 1991. - С. 19-20.

9. Технология проводки подсолевых скважин в Прикаспийской^» падинз //Сост.: Д.С.Карабалин, Ü.А.Танкибаев, Б.Д.Альсеитов л р. - М.: Недра, 1939. - 160 с.