Геофизические исследования

УДК 551.21.3

Аннотация  Литература  Полный текст

МЕТОДЫ ГЕОМЕХАНИКИ И ТЕКТОНОФИЗИКИ ПРИ РЕШЕНИИ ПРОБЛЕМ УСТОЙЧИВОСТИ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ

© 2018 г. А. Гараванд⁽¹⁾, Ю.Л. Ребецкий⁽²⁾

⁽¹⁾ Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина, г. Москва, Россия

⁽²⁾ Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва, Россия

Рассматривается классическая проблема устойчивости стенок скважин в упругой постановке. Анализируются причины, приводящие к тому, что стандартный подход к определению величины давления бурового раствора для глубинных слоев не обеспечивает устойчивости стенок. Показано, что наличие в массивах пород трещиноватости разного генезиса может привести к локальному вывалу в скважину.

Предложено при построении алгоритма расчета использовать модель среды, допускающую наличие разноориентированных трещин и дефектов прочности различного генезиса. Приведены примеры расчета устойчивости стенок скважины. На основе данных о виде тензора напряжений предложены критерии выделения не только участков стенок с трещинами сдвига, но и зон отрывных нарушений.

Ключевые слова: устойчивость скважин, прочность скалывания, кулоновы напряжения.

Литература

Алимжанов А.М. Пространственная осесимметричная устойчивость вертикальной скважины в массиве, содержащем слой с пониженными прочностными свойствами // Электрон. науч. журн. Уфа. Нефтегазовое дело. 2008. URL: http://www.ogbus.ru/authors/Alimzhanov/ Alimzhanov_1.pdf.

Кременецкий А.А., Овчинников Л.Н., Нартикоев В.Д., Лапидус И.В. Комплексные геохимические и петрологические исследования глубоких и сверхглубоких скважин // Глубинные исследования недр в СССР: Докл. сов. геол. на XXVII сессии Междунар. геолог. конгр. (Вашингтон, июль, 1989 г.). Л., 1989. С.212–226.

Марков Г.А. О распространении горизонтальных тектонических напряжений в зонах поднятий земной коры // Инженерная геология. 1980. № 1. С.20–30.

Марков Г.А. Тектонические напряжения и горное давление в рудниках Хибинского массива. Л.: Наука, 1977. 211 c.

Подъячев А.А. Обоснование и разработка математической модели оценки устойчивости ствола наклонно направленных и горизонтальных скважин: Дис. … канд. техн. наук. Самара: СГТУ, 2015. 101 c.

Поль Б. Макроскопические критерии пластического течения и хрупкого разрушения // Разрушение. Т. 2. Математические основы теории разрушения / Под ред. Г. Либовица. М.: Мир, 1975. С.336–520.

Ребецкий Ю.Л. Напряженно-деформированное состояние и механические свойства природных массивов по данным о механизмах очагов землетрясений и структурно-кинематическим характеристикам трещин: Дис. … д-ра физ.-мат. наук. М.: ОИФЗ РАН, 2003а. 455 с.

Ребецкий Ю.Л. Развитие метода катакластического анализа сколов для оценки величин тектонических напряжений // Докл. РАН. 2003б. T. 3, № 2. С.237–241.

Ребецкий Ю.Л. Оценка относительных величин напряжений – второй этап реконструкции по данным о разрывных смещений // Геофизический журнал. Киев: ИГ НАНУ, 2005. Т. 27, № 1. С.39–54.

Ребецкий Ю.Л. Тектонические напряжения и прочность горных массивов. М.: Академкнига. 2007а. 406 с.

Ребецкий Ю.Л. Тектонические напряжения и области триггерного механизма возникновения землетрясений // Физическая мезомеханика. 2007б. Т. 1, № 10. С.25–37.

Ребецкий Ю.Л. Третий и четвертый этапы реконструкции напряжений в методе катакластического анализа сдвиговых разрывов // Геофизический журнал. 2009. Т. 31, № 2. С.93–106.

Ребецкий Ю.Л. Об особенности напряженного состояния коры внутриконтинентальных орогенов // Геодинамика и тектонофизика. 2015. Т. 6, вып. 4. С.437–466.

Турчанинов И.А. Состояния и основные направления исследований в скальных породах // Природа и методология определения тектонических напряжений в верхней части земной коре: Материалы Всес. школы-семинара “Измерение напряжений и их приложение в прогнозе землетрясений”. Апатиты: 1982. С.5–9.

Al-Ajmi A.M., Zimmerman R.W. Stability analysis of vertical boreholes using the Mogi–Coulomb failure criterion // Interenational Journal Rock Mechanics & Mining Sciences. 2006. V. 43. P.1200–1211.

Anderson E.M. The Dynamics of Faulting and Dyke Formation with Applications to Britain // Oliver and Boyd, Edinburgh, 1951. 206 р.

Bjorn L.J. Natural stress value obtained in different parts of Fennosscandien rock masses // Proc. 2-nd Cong. Int. Soc. Rock Mech. Beograd, 1970. N 1. P.209–212.

Brace W.F. Volume changes during fracture and frictional sliding // A Rev. Pure and Applied geophics. 1978. V. 116. P.603–614. 

Brady B., Brown E. Rock mechanics for underground mining. Third edition. Kluwer Academic Publishers, 2004. 688 p.

Byerlee J.D. Frictional characteristics of granite under high confining pressure // J. Geophys. Res. 1967. V. 72, N 14. P.3639–3648.

Byerlee J.D. Friction of Rocks // Pure and Applied Geophys. 1978. V. 116. P.615–626.

Charlez P.A. Rock Mechanics. Petroleum Applications. Paris: Editions Technip, 1997. V. 2. 661 p.

Fjaer E., Holt R.M., Horsrud P., Raaen A.M., Risnes R. Petroleum Related Rock Mechanics. Amsterdam: Elsevier, 1992. 338 p.

Hast N. The state of stresses in upper part of Erath’ crust // Tectonophysics. 1969. V. 8, N 3. P.169–211.

Kirsch G.D. Die Theorie der Elastizität und die Bedürfnisse der Festigkeitslehre // VDIZ. 1898. V. 42. P.797–807.

Mogi K. Pressure dependence of rock strength and transition from brittle fracture to ductile flow // Bull. Earth. Res. In. Univ. Tokyo. 1966. V. 44. P.215–232.

Mogi K. Fracture and flow of rocks under high triaxial compression // J. Geophys. Res. 1971. V. 76, N 5. P.1255–1269.

Schmitt D.R., Currie C.A., Zhang L. Crustal stress determination from boreholes and rock cores: Fundamental principles // Tectonophysics. 2012. V. 580. P.1–26.

Xu Guangquan. Wellbore stability in geomechanics. Thesis submitted to The University of Nottingham for the degree of PhD. February. 2007. 202 p.

Zoback M.D. Reservoir Geomechanics. Cambridge University Press, 2007. 505 p.

Zoback M.D., Barton C.A., Brudy M., Castillo D.A., Finkeiner T., Grollimund B.R., Moos D.B., Peska P., Ward C.D., Wiprut D.J. Determination of stress orientation and magnitude in deep wells // International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. 2003. V. 40. P.1049–1076.