Напряженное состояние и устойчивость стенки скважины

Появление в литосфере длинной цилиндрической полости – скважины, заполненной промывочной жидкостью, приводит к изменению компонент тензора начального напряженного состояния. Связано это с тем, что на горную породу забоя и стенки скважины влияние оказывает уже не горная порода, а промывочная жидкость. Практически всегда гидростатическое давление, создаваемое про-мывочной жидкостью в скважине, меньше геостатичесого и бокового давлений. В этих условиях происходит перераспределение напряжений и деформаций в окрестности стенки скважины, образуется дополнительное поле напряжений, которому соответствует новое поле перемещений. Причем давление, оказываемое промывочной жидкостью, может быть как статическим, так и динамическим.

Напряжения на стенке скважины определяются следующими выражениями:

                                                s₁ = s_z = r_пH,

                       s₂ = s_q = H(2lr_п - r_ж),

                                                s₃ = s_r = r_рH,

где r_ж - плотность промывочной жидкости.

Неустойчивость стенки скважины развивается в тех случаях, когда указанные напряжения обеспечивают перемещение стенки скважины, деформирующее геометрию ее ствола, возникшую сразу после работы инструмента. Последствиями неустойчивого поведения ствола скважины являются прихваты бурильных труб и КНБК, увеличение времени спуско-подъемных операций, потеря и ловля инструмента, забуривание второго ствола в обход первого и пр. Урон, наносимый неустойчивостью скважин, нефтегазовой отрасли России эксперты оценивают в один миллиард долларов США ежегодно. Методы обнаружения неустойчивости включа-ют контроль изменения химического состава и плотности промывочной жидкости, скорости ее циркуляции для создания большего или меньшего перепада давления на пласт.