1.1 Влияние забойного давления на процесс бурения нефтяных и газовых скважин

В настоящее время, не вызывает сомнения тот факт, что в процессе бурения скважин при превышении забойного давления над пластовым в зоне разрушения горных пород (положительное дифференциальное давление) значительно снижается скорость бурения и ухудшаются коллекторские свойства пласта.

Опыт проводки нефтяных и газовых скважин показывает, что с ростом их глу- бины значительно ухудшаются показатели бурения и отработки долот. При углуб- лении скважин, пробуренных в различных районах нашей страны, свыше 1000 м, механическая скорость проходки иногда снижается в 25 раз, а коммерческая ско- рость - в 33 раза. С увеличением глубины скважин рекордные и средние величины коммерческой скорости сближаются, т.е. лучшая организация буровых работ не дает значительного эффекта [17].

Одной из основных причин резкого ухудшения показателей бурения с ростом глубины является ухудшение буримости горных пород и условий очистки забоя из- за возникновения больших нерегулируемых положительных дифференциальных давлениях в системе «скважина - пласт». Многочисленные промысловые данные, освещенные в отечественной и зарубежной литературе, свидетельствуют, что уве- личение дифференциального давления приводит к резкому падению механической скорости проходки. При этом [17]:

- влияние горного давления на механическую скорость проходки не обнару- жено; выявлено очень существенное влияние только дифференциального давления;

- изменение дифференциального давления в пределах от 0 до +7 МПа приво-

дит к снижению механической скорости проходки на 24 - 73%;

- изменение дифференциального давления от 0 до -2,8 МПа приводит к росту механической скорости проходки.

Однако по данным опытного бурения невозможно установить общую количе- ственную зависимость показателей бурения от величины дифференциального дав- ления.

Таким образом, величина дифференциального давления является одним из ос- новных факторов, определяющим результаты бурения.

Влияние перепада давления между скважиной и пластом на механическую скорость проходки, по мнению А.Ж. Гарнье и Н.Х. Ван-Лингена [10], Н.А. Колесни- кова [17], В.Г. Гераськина, А.В. Орлова и В.Е. Дубенко [11] заключается в ухудше- нии буримости горных пород за счет роста их прочности на сжатие и возникновения усилий (угнетающее давление), прижимающих частицы породы (шлам) к забою. Прижимающие силы имеют статическую и динамическую природу и их значения являются сложной функцией почти всех известных показателей, характеризующих процесс бурения.

Статическое, или дифференциальное по современной терминологии, давление, обусловливающее статические силы, удерживающие шлам на забое, независимо от фильтрационных свойств разрушаемых пород, принималось равным разности между гидростатическим давлением на забое скважины и поровым (пластовым) давлением.

Авторы работ [17] и [10] указывают, что динамический перепад давления про- является только после отделения частицы от массива породы перед транспортиров- кой ее на поверхность. Значение динамического перепада давления определяли экспериментально. По утверждению исследователей, во всех опытах он не превысил 4,3 МПа.

В процессе разрушения породы на забое природа перепада давления носит

смешанный характер. На закономерности изменения механической скорости от пе- репада давления ом =f(AP) влияет суммарный перепад давления.

Следует заметить, что утверждения авторов работы [10] о природе влияния абсолютных значений гидростатического и дифференциального давления на меха- ническую скорость проходки базируются на данных опытного бурения микродоло- тами в лабораторных условиях при явном несоблюдении гидродинамического подо- бия в зоне разрушения, а также геометрического подобия породоразрушающих, элементов модели и натуры.

лабораторных условиях, как правило, количественно не подтверждаются практикой бурения.

При выполнении экспериментов в промысловых условиях не учитывается значение возможного динамического перепада давления, а рассматривается влияние на механическую скорость только статического перепада и независимо от фильтра- ционных особенностей разрушаемых пород.

Исследованиями установлено, что при разрушении горных пород в процессе бурения в реальных или лабораторных условиях дифференциальное давление при разрушении АРр зависит от качества бурового раствора, фильтрационных свойств

разрушаемых пород, частоты вращения долота, осевой нагрузки (глубины разруше- ния породы). В лабораторных условиях АРр зависит также и от размера образца.

Таким образом, дифференциальное давление существенно зависит от параметров режима бурения и фильтрационных свойств разрушаемых пород [17].

Известно также негативное влияние положительного перепада давления в сис- теме "скважина-пласт" (РСКв)Рпл) на фильтрационные свойства призабойной зоны пласта (ПЗП) в результате проникновения в пласт промывочной жидкости и ее фильтрата, т.е. ухудшение коллекторских свойств пласта. Изучению механизмов процессов и явлений, происходящих в прискважинной зоне пласта-коллектора в хо- де бурения, а также разработке способов сохранения естественной проницаемости данной зоны посвящены многочисленные теоретические и экспериментальные ис- следования. Это работы Н.Р. Акопяна, В.А. Амияна, А.В. Амияна, В.Т. Алекперова,

А.И. Булатова, ММ. Иванюты, Д.Л. Кеннеди, Н.А. Колесникова, М.Р. Мавлютова, У.Д. Мамаджанова, Г.Т. Овнатанова, В.Ф. Роджерса, К.М. Тагирова, Р.С. Яремийчу- ка, A.M. Ясашина и др. отечественных и зарубежных авторов.

Всесторонний анализ и обобщающие выводы по данному вопросу сделаны К.М. Тагировым в работе [32], в частности:

- установлено, что радиусы зон проникновения фильтрата и кольматации за- висят от целого ряда факторов:

перепада давления между скважиной и пластом,

типа и физических параметров коллектора (пористость, проницаемость, гли- нистость, трещиноватость),

степени дисперсности твердой фазы, содержащейся в промывочной жидкости, физико-химических параметров промывочной жидкости;

- установлено, что в зоне проникновения фильтрата естественная проницае- мость пласта снижается за счет:

набухания глинистого цемента породы пласта, образования нерастворимых осадков в поровом пространстве, пенообразования в пористой среде, капиллярно-поверхностных эффектов;

- установлено, что максимальное сохранение естественной проницаемости ПЗП может быть достигнуто при комплексном решении задач по подбору рецепту- ры промывочных жидкостей с учетом характера физико-химических явлений, про- исходящих в пласте в зоне проникновения фильтрата промывочной жидкости, а также применения технологии вскрытия пласта, обеспечивающей равновесие забой- ного и пластового давлений.

Также следует отметить, что дифференциальное давление и образование на стенках скважины толстой глинистой корки являются основными причинами воз- никновения прихватов бурильного инструмента [22, 40].

ростатического давления столба промывочной жидкости создает необходимые и достаточные условия для образования прихвата бурильного инструмента.

Обобщая вышеизложенное, можно сделать вывод, что забойное давление яв- ляется одним из основных факторов, влияющим на состояние ПЗП и технико- экономические показатели бурения. Его уменьшение благоприятствует сохранению проницаемости ПЗП, стабильности ствола скважины и низкой вероятности возник- новения прихватов бурильного инструмента, а также способствует повышению ме- ханической скорости бурения с одновременным ростом проходки на долото, сниже- нию материальных затрат и сокращению общего времени проводки скважины.

Одним из путей повышения качества и безопасности вскрытия продуктивных пластов бурением является определение действующего забойного давления и созда- ние технологически эффективного перепада давлений в системе «скважина-пласт». Оперативное изменение забойного давления, способствует достижению максималь- ных показателей работы долот с учетом конкретных условий бурения. В связи с этим совершенствование технологического процесса регулирования забойного дав- ления влияет на эффективность углубления и качество последующих операций по проводке скважин, для условий массового бурения с использованием стандартного оборудования.