В настоящее время наблюдается тенденция постоянного увеличения числа прихватов в наклонно направленных и горизонтальных скважинах вследствие сужения открытого ствола, что обусловленно вязкопластической деформацией (ползучестью) горной породы. В статье рассмотрена задача упруговязкопластического перемещения стенок скважин во времени в изотропной сжимаемой горной породе при равномерном боковом горном давлении. Для решения задачи применены методы теории упругости, теории ползучести и механики горных пород. Получена зависимость приращения осевого напряжения в сжимаемой изотропной горной породе. Для выполнения расчетов упруговязкопластического перемещения стенок наклонно направленной и горизонтальной скважин во времени разработана программа для ЭВМ в среде MS Excel. Для расчета используются следующие исходные данные: диаметр скважины, зенитный угол, горное давление, давление бурового раствора в рассматриваемом сечении интервала, модуль упругости при вдавливании штампа, коэффициент Пуассона, коэффициенты ядра ползучести Абеля.
Выполнен расчет упруговязкопластического перемещения стенки наклонно направленной скважины (сужение ствола) в пласте каменной соли Астраханского газоконденсатного месторождения. Получены зависимости упруговязкопластического перемещения стенки наклонно направленной скважины от времени (на примере интервала с зенитным углом 300) и от зенитного угла (при прочих равных условиях). В первые 2 ч перемещение верхней стенки скважины линейно возрастало во времени, что характеризует преимущественно упругую стадию деформации горной породы. Далее перемещение возрастало нелинейно, т.е. происходит вязкопластическая деформация горной породы. Упруговязкопластическое перемещение во времени верхней стенки скважины по модулю значительно (более чем в 5 раз) превышает упруговязкопластическое перемещение боковой стенки, вследствие чего поперечное сечение открытого ствола скважин приобретает форму эллипса. С увеличением зенитного угла упруговязкопластическое перемещение верхней стенки непрерывно увеличивается, тогда как упруговязкопластическое перемещение боковой стенки уменьшается до нуля с увеличением зенитного угла до 250. При зенитном угле более 250 перемещение боковой стенки увеличивается.
Результаты исследований могут быть применены для прогнозирования и предупреждения прихватов бурильной колонны при бурении нефтяных и газовых скважин.
Список литературы
1. Попов А.Н., Могучев А.И., Попов М.А. Деформирование стенок наклонной скважины и его влияние на работу и изнашивание буровых долот // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2008. – № 3. – С. 6–13.
2. Попов А.Н., Могучев А.И., Попов М.А. Согласование шкал твердости горных пород в категориях с показателями их механических свойств // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2009. – № 2. – С. 18–23.
3. Губайдуллин А.Г., Могучев А.И. Смещение стенок наклонно направленных скважин при воздействии тектонических напряжений // Газовая промышленность. – 2015. – № 12. – С. 88-91.
5. Губайдуллин А.Г., Могучев А.И. Упруговязкопластическое смещение стенок наклонно-направленных и горизонтальных скважин // Территория Нефтегаз. – 2016. – №3 – С. 56–61.
6. Попов А.Н. Уточнение расчета упругих компонент напряжений в вертикальной скважине // Изв. вузов. Нефть и газ. – 1990. – № 3. – С. 21–24.
7. Методика расчета упругого перемещения стенок скважины после вскрытия горной породы бурением / Сост. А.Н. Попов, Ф.З. Булюкова, А.И. Могучев, Н.И. Крысин. – Уфа: УГНТУ, 2011. – 24 с.
8. Работнов А.Н. Элементы наследственной механики деформируемых твердых тел. – М.: Наука, 1978. – 384 с.
9. Ержанов Ж.С. Теория ползучести горных пород и ее приложения. – Алма-Ата: Наука, 1964. – 173 с.
10. Ержанов, Ж.С., Каримбаев Т.Д. Метод конечных элементов в задачах механики горных пород. – Алма-Ата: Наука, 1975. – 241 с.
11. Кашников Ю.А., Ашихмин С.Г. Механика горных пород при разработке месторождений углеводородного сырья. – М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2007. – 467 с.
