Влияние всестороннего сжатия

В условиях забоя горная порода находится под действием горного, гидростатического и пластового (порового) давления. Из этих трех параметров мы можем управлять только гидростатическим давлением столба жидкости в скважине.

Горное давление (Р_г кг/см²) определяется как давление от веса вышележащих пород и определяется по формуле:

Р_г = 0,1g_nL,

где g_n - средний объемный вес горных пород в г/см³;

L - глубина залегания породы в м.

Гидростатическое давление (Р_гид кг/см²) - это давление столба промывочной жидкости, определяемое по формуле:

Р_гид = 0,1g_жL,

где g_ж - удельный вес промывочной жидкости в гсм³;

L - высота столба промывочной жидкости в м.

Пластовое давление (Р_пл кг/см²) - это давление поровой жидкости в пласте. Если пласт открытый (т. е. выходящий на поверхность), то

Р_пл = 0,1g_плL₁,

где g_пл - средний удельный вес поровой жидкости в гсм³;

L₁ - пьезометрическая высота в м.

В свою очередь

L₁ = L_скв + (А_п - А_у),

где L_скв - глубина залегания пласта в скважине в м;

А_п - альтитуда пьезометрического уровня пласта в м;

А_у - альтитуда устья скважины в м.

В закрытых пластах Р_пл определяется путем непосредственных замеров в скважине. Тогда Р_пл для любой другой скважины (на одной площади) будет определяться по формуле:

Р_пл = Р_пл^/ + 0,1(А₁ - А₂),

где Р_пл^/ - замеренное пластовое давление в кг/см²;

А₁ - альтитуда пласта, где замерялось давление в м;

А₂ - альтитуда пласта, для которого подсчитывается Р_пл в м.

Различают еще боковое давление (Р_бок кг/см²), которое можно определить по формуле:

Р_бок = lР_г,

где l - коэффициент бокового распора (l близка к 1).

Чаще Р_пл незначительно отличается от Р_гид, но иногда бывают аномально высокие пластовые давления (например, на промыслах Чечено-Ингушетии в верхнемеловых и нижнемайкопских отложениях Р_пл в 1,5 ¸ 2,2 раза выше Р_гид.

Исследования показали, что с ростом Р_гид, Р_г и Р_пл скорости бурения значительно снижаются. При этом максимальное влияние оказывает гидростатическое давление Р_гид (известно, что при переходе с глинистого раствора на воду механические скорости растут до 20 ¸ 40 %, а проходка на долото возрастает на 10 ¸ 15 %).

Наибольшее снижение Р_гид достигается при применении аэрированных жидкостей или газообразных агентов. При этом механическая скорость увеличивается в 2 ¸ 6 раз, а проходка на долото - в 1,5 ¸ 10 раз.

Сопротивляемость разбуриванию горных пород под действием давлений в забойных условиях В. И.Тарасевич предлагает определять по формуле:

s_L = s₀ + а₁ (Р_гид - Р_пл) + аР_г,

где s₀ - сопротивляемость разбуриванию пород вблизи дневной поверхности;

а₁ - коэффициент, учитывающий ухудшение буримости под действием Р_гид и перепаде давления на поверхности забоя;

а - коэффициент, учитывающий ухудшение буримости под действием Р_г.

Из сказанного можно сделать вывод, что на упругие, пластические, прочностные характеристики горных пород и на энергоемкость их разрушения значительное влияние оказывает давление (его величина). (Следует также отметить, что ряд исследователей, проводя эксперименты при высоких давлениях, недостаточно полно моделируют напряженное состояние горных пород в условиях забоя, не учитывают влияние жидкой среды, перепадов между давлениями и другие факторы).