Гідророзрив пласта

При суттєвому збільшенні тиску у свердловині може статися гідравлічний розрив пласта або розкриття існуючих раніше тріщин, що спричинить поглинання пластом промивної рідини. Зовнішньо в процесі буріння гідророзрив пласта проявляється як різке збільшення поглинання рідини свердловиною при перевищенні певного тиску. На рис. 8.4 показано характерний графік залежності зміни тиску в свердловині при виконанні експериментального розриву пласта нагнітанням в свердловину рідини з постійною витратою.

Спочатку тиск монотонно зростає до певної величини K_кр, а потім зменшується і надалі залишається постійним (цей тиск називають тиском нагнітання p_П. Скачок тиску Dp= p_кр- p_н зумовлений утворенням початкової тріщини. Промислові ж дослідження показують, що у більшості випадків цього скачка немає. Це можна пояснити так: при гідророзриві в промислових умовах відбувається в основному розкриття природних тріщин і порушень суцільності масиву гірських порід.

У випадку гідророзриву на стінках свердловини повинні бути розтягуючі напруження. Основний фактор, що протидіє гідророзриву – гірський тиск.

При пружному розподілі напружень довкола свердловини розтягуючими можуть бути лише тангенціальні напруження.

При з виразу (64) випливає, що

, (8.18)

де р_с – тиск у свердловині на розглядуваній глибині.

Звідси випливає, що умові s_q>0 відповідає умова

. (8.19)

Для більшості осадових гірських порід коефіцієнт Пуассона m=0,1 ¸ 0,3, чому відповідають значення коефіцієнта бокового розпору l=0,11 ¸ 0,43.

Підставляючи ці значення у вираз (71), отримаємо

.

В нормальних умовах пластовий тиск

.

Нагнітання рідини в пласт можливе при p_C >p. Звідси

.

Таким чином, логічним є припущення про виникнення або розкриття вертикальних тріщин в гірських породах. Таке пояснення гідророзриву висовувалося Скоттом, Вірденом, Говардом та ін.

Християнович С.А. висунув іншу гіпотезу. В результаті пластичних деформацій найменш міцних порід (як правило, глинистих) може статися розвантаження гірського тиску довкола свердловини. Тоді при тисках менших за гірський можливе розкриття і горизонтальних тріщин.

Важливою характеристикою порід є критичний тиск гідророзриву р_кр. Оскільки визначити його аналітично не можна, то значення р_кр визначають експериментально.

Коливання температури і гідродинамічного тиску в свердловині є причиною зменшення критичного тиску гідророзриву. В зв’язку з цим повинно розглядатися питання про тривалу міцність стінок свердловини.