2.5 Оценка порового давления и давления гидроразрыва
Плотность бурового флюида должна соответствовать разбуриваемой породе. Она должна быть достаточной для удержания пластовых флюидов в пласте и сохранения устойчивости стенок скважины. Однако, она не должна быть слишком высокой, чтобы не вызвать риск загрязнения пласта, гидроразрыва и потерь циркуляции.
Необходимо знать поровое давление и давление гидроразрыва проходимых пород, чтобы составить программу крепления (число обсадных колонн, положение башмаков и т.д.) и бурового раствора. В случае поступления пластовых флюидов бурение скважины с некорректной программой крепления вызовет весьма серьезные последствия.
На некоторых месторождениях разница между поровым давлением и давлением гидроразрыва очень мала.
2.5.1 Поровое давление
Имеется множество методов, использующих информацию об индикаторах, указанных в параграфах 2.3.2 и 2.3.3, для оценки порового давления в процессе бурения. Наиболее интересная информация получается от “d” экспоненты, формул с применением механической скорости проходки, газопоказаний и из различных диаграмм. Три метода используют прямую уплотнения пород: метод эквивалентной глубины, метод соотношения и метод Итона. Надежность их спорна. Некоторые формулы (исключая “d” экспоненту) с использованием механической скорости проходки позволяют прямо рассчитать поровое давление, но мы уже отмечали, что пользоваться ими затруднительно.
Единственный способ правильной оценки порового давления пород состоит в испытании этой породы на приток. Неуправляемый приток представляет собой явление, которого следует избегать. Испытания пластов (испытания скважины, отбор проб и измерение забойного давления с помощью приборов на кабеле) дадут правильные величины.
2.5.2 Давление гидроразрыва. Испытание вскрытой зоны на приемистость
В настоящее время невозможно выяснить точную величину давления гидроразрыва в любой точке скважины. В процессе бурения эта величина оценивается в нескольких точках за счет испытания на приемистость, при котором важно не нарушить пласт. Обычно ограничиваются проведением испытаний в открытом стволе после бурения нескольких метров ниже последней спущенной и зацементированной обсадной колонны.
2.5.2.1 Диаграмма гидроразрыва и интерпретация кривой давления
Скважина постепенно подвергается действию давления. Изменение давления на устье скважины отмечается в зависимости от объема прокачиваемой жидкости или времени работы насосов. В случае непроницаемой или малопроницаемой породы типовая диаграмма изменения давления представлена на рис. 2. 22.
Рис.
2.22. Типовая диаграмма
гидроразрыва породы
Участок АВ: |
Давление возрастает линейным образом вместе с прокачиваемым объемом , его увеличение соответствует сжатию бурового раствора, расширению обсадной колонны и породы. (Сжимаемость бурового раствора изменяется в зависимости от типа раствора, температуры и давления. Она составляет порядка 3-7 л/бар / 100 м3). |
Участок ВС: |
Начиная с точки В, рост давления замедляется и обнаруживается тенденция к уменьшению проникновения бурового флюида в пласт в зависимости от прокачиваемого объема. Р1 представляет собой давление начала нагнетания в пласт. |
Участок CD: |
В точке С давление достигает максимального значения, Pof, соответствующего давлению раскрытия трещин или давлению гидроразрыва. Как правило, давление резко падает и стабилизируется на уровне Ppf - давление развития трещин, если прокачивание продолжается. |
Участок DE: |
Если прокачивание останавливается в точке D, давление падает и устанавливается на уровне Pff (статическое давление), соответствующем давлению закрытия трещин. Под таким давлением порода более не поглощает флюида. |
Участок EF: |
Соответствует стравливанию давления в системе. На этом этапе важно измерить объем возврата флюида, чтобы выяснить, поглощает порода флюид или нет. |
Отмечается, что в случае пород с высокой степенью консолидации давление раскрытия трещин Pof близко к давлению начала нагнетания Р1. Давление Pof’, необходимое для раскрытия имеющихся трещин, будет ниже давления Pof. Разность между Pof и Pof’ соответствует сопротивлению Rt породы растяжению. Это сопротивление на растяжение может достигать нескольких десятков бар в случае высокой степени консолидации пород. Если в такой породе происходит гидроразрыв, сопротивление объекта будет значительно снижено. Следовательно, настоятельно рекомендуется избегать гидроразрыва таких пород. Давление распространения трещин Ppf остается идентичным.
Давления Р1, Pof, Ppf, Pff, представляют величины, считываемые на поверхности (в бурильных трубах на устье или на устье в кольцевом пространстве, в зависимости от применяемой процедуры испытаний). Чтобы узнать величину этих давлений в зоне рассматриваемой породы, достаточно добавить гидростатическое давление столба флюида в скважине от поверхности до пласта в момент испытания.
Иначе будет выглядеть диаграмма в случае очень проницаемых пород, естественно трещиноватых или неконсолидированных (см. рис. 2.23). За пределами значения, которое несколько выше Р1, давление стабилизируется, флюид проникает в пласт, но гидроразрыв не обязателен. Если закачивание прекращается, давление падает до Р1. (В случае породы без внутреннего сцепления не может быть и речи о гидроразрыве).
Если пренебречь соображениями относительно сопротивления испытуемой породы растяжению (сопротивление, которое исчезает с первым же гидроразрывом), значение давления начала закачки Р1 и давления гидроразрыва Pof меняется в процессе бурения. Обычно они возрастают по причине увеличения термических напряжений на стенке скважины и кольматации пород (влияние качества глинистой корки и водоотдачи). Эти давления теоретически должны вернуться к исходным значениям, когда скважина вернется к исходному термическому равновесию (то есть, обычно после остановки циркуляции в течение около пятнадцати часов).