Понятия о давлениях. Геостатическая температура пород

Геостатическая температура пород
Тг (°С) - это температура в естественных условиях залегания пород в земной коре, т.е. до начала бурения или после весьма длительного простоя скважины без промывки.
С увеличением глубины залегания пород ниже нейтрального слоя она возрастает, причем интенсивность роста, как правило, изменяется чаще в сторону уменьшения.
В районах, где геотермический градиент с глубиной изменяется весьма незначительно, распределение геостатических температур приближенно можно рассчитать по формуле
где Тпл - известная температура на глубине Нпл, °С; Г — геотермический градиент — прирост Тг на каждый метр глубины залегания породы, °С/м (с глубиной несколько изменяется).

Для ориентировочной оценки распределения температур в скважине при
промывке можно воспользоваться экспресс-методикой ВНИИКРнефти.Температура на забое скважины после нескольких циклов циркуляции
Температура на забое скважины после нескольких циклов циркуляции
Т0 — температура нейтрального слоя Земли, °С);
Температура выходящего из скважины потока

температура бурового раствора, закачиваемого в бурильную колонну (температура нисходящего потока на входе в бурильную колонну)
ΔТвых — уменьшение температуры раствора в наземной циркуляционной системе, зависящее от температуры атмосферы и конструкции этой системы и равное 7 °С);

средняя температура восходящего и нисходящего потоков при промывке
средняя температура в скважине
Температуру циркулирующего бурового раствора на любой глубине h в скважине можно вычислить по формуле

Кривые распределения температур в нисходящем (1) и восходящем (2) потоках
при промывке скважины.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О НАПРЯЖЕННОМ
СОСТОЯНИИ ПОРОД В ПРИСТВОЛЬНОЙ ЗОНЕ.
УСТОЙЧИВОСТЬ СТЕНОК СКВАЖИНЫ

Напряженное состояние пород в приствольной зоне.
В скважине, пробуренной через толщу пород буровым раствором с плотностью меньшей плотности породы, напряженные состояния в окрестности и вдали от нее отличаются друг от друга. Распределение напряжений в упругих изотропных беспористых породах (без учета температуры), по С.Г. Лехницкому, описывается системой следующих уравнений (в МПа):

Деформации и разрушение стенок скважины обусловлены главным образом касательными напряжениями:
Радиус несущей зоны, подверженной пластическим деформациям, вычисляется по формуле
Приведенные зависимости позволяют с достаточной для практики бурения точностью прогнозировать устойчивость стенок скважины.

В глубоких скважинах, разрезы которых представлены мощными толщами глинистых формаций, проблема устойчивости ствола имеет очень большое значение. Бурение таких пород сопровождается образованием каверн, сужением ствола скважины, прихватами и сложностью сохранения керна.

Термические напряжения в горных породах. Выше отмечалось, что температура циркулирующего раствора не равна температуре горных пород.
Охлаждение или нагревание стенок при промывке скважины приводит к возникновению термических напряжений в горных породах. При перепаде температур более 100С термические напряжения имеют тот же порядок, что и напряжения, обусловленные разностью между боковым давлением породы и давлением в скважине.

Анизотропностью называется способность твердых тел в разной степени проявлять одни и те же свойства в зависимости от направления, в котором они определяются. Существуют различные методы оценки анизотропности механических свойств пород.
А.Лубинским введен буровой индекс анизотропии, определяемый как
где А — показатель анизотропии (А=0 соответствует изотропной породе); - буримость горных пород соответственно параллельно напластованию и перпендикулярно к нему.