Механизм влияния дифференциального давления на разрушение горных пород. Угнетающее давление
Механизм влияния дифференциального давления на разрушение горной породы рассмотрим на примере вдавливания штампа (рис. 4.47). Под действием силы F на штамп в горной породе формируется область предельного состояния (ядро всестороннего сжатия) породы, давление в котором передается на окружающую его породу.
Под действием увеличивающегося давления по мере роста силы F образуются трещины отрыва-сдвига. Процесс заканчивается хрупким сколом окружающей породы с образованием лунки. Нетрудно увидеть, что образованию трещины и сколу породы мешает разность давление
| рс – рт = р у, | (4.85) |
где рс –давление промывочной жидкости на забой скважины; рт – давлениефлюида в трещине; ру – угнетающее давление. Этот эффект получил название угнетения процесса разрушения породы, а отсюда произошло и название давления ру.
В проницаемых горных породах под забоем формируется переходная зона до глубины hп, в которой давление постепенно изменяется от рс до рп. Если глубина зарождения трещины hт > hп, то действующее дифференциальное давление (рис. 4.48 б) совпадает с рассчитанным по формуле (4.84). Если hт < hп, то действующее дифференциальное давление (рис. 4.48 в) меньше рассчитанного по формуле (4.84). Если давление в скважине меньше, чем в пласте, то дифференциальное давление будет отрицательным (рис. 4.48 г).
Рис. 4.47. Схема разрушения горной породы под штампом при наличии давления в скважине
|
|
|
При образовании (раскрытии) трещины давление в ней снижается относительно давления переходной зоны, так как мгновенное заполнение трещины невозможно. Трещина заполняется как фильтратом промывочной жидкости, так и пластовым флюидом. При этом формируется угнетающее давление ру. Характер изменения давления при заполнении трещины показан пунктиром на рис. 4.48 в. Возможны три основных случая.
Рис. 4.48. Схемы формирования дифференциального и угнетающего давлений
1) В малопроницаемых горных породах заполнение трещин жидкостью слабое. Поэтому | ру| > | рд|, а в пределе ру = рс. То же имеет место, когда в скважине не фильтрующаяся через забой промывочная жидкость. В этом случае отрицательное влияние угнетающего давления наибольшее.
2) В высоко проницаемых породах заполнение трещины происходит быстро как за счет фильтрата промывочной жидкости, так и за счет пластового флюида. При этом возможно, что | ру| < | рд|, а в пределе возможно ру → 0 В этом случае отрицательное влияние угнетающего давления будет незначительным.
3) В случае | рп| > | рс| будет иметь место отрицательное дифференциальное давление, и, как следует из рис. 4.47, угнетающее давление будет способствовать разрушению горной породы , т.е. его влияние будет положительным. Такая ситуация возможна, например, при продувке скважин воздухом.
|
|
|
Точных методик расчета ру нет, а потому в качестве основных аргументов принимаются для проницаемого забоя величина дифференциального давления, а для непроницаемого забоя – величина давления промывочной жидкости на забой скважины.
Исследования Б. В. Байдюка показали, что с увеличением дифференциального давления имеет место уменьшение угла γс естественного скалывания горной породы при вдавливании инденторов (см. рис. 4.47). Это приводит к уменьшению объема разрушенной породы при каждом вдавливании и, следовательно, к увеличению энергоемкости разрушения горной породы.
Давление рс промывочной жидкости на забой во время бурения складываются из статического давления и гидравлического сопротивления движению жидкости от забоя к устью скважины. Последнее существенно зависит от вязкости бурового раствора.
Таким образом, сопротивление и энергоемкость разрушения горных пород на забое скважины существенно увеличиваются с ростом таких показателей свойств промывочной жидкости, как плотность и вязкость, и со снижением показателя фильтрации.
Напряженное состояние.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 822; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!