Умови стійкості стінок свердловини

Втрата стійкості і руйнування гірських порід, з яких складені стінки свердловини, є небажаним ускладненням при бурінні. Це може статися у випадку, коли напруження в породі досягнуть граничного стану. При цьому буде мати місце або крихке руйнування, або пластична течія породи. Малачіханов Т.Б. пропонує використовувати для оцінки граничного стану умову текучості Мізеса

(8.13)

де s_s – межа текучості гірської породи при одноосьовому стиску.

Для того, щоб не допустити втрати стійкості гірських порід на, потрібно відповідно підібрати тиск у свердловині. А вибір тиску у свердловині можна звести до вибору питомої ваги рідини, що заповнює свердловину. Якщо має місце лише різниця між гірським і гідростатичним тиском, для вибору питомої ваги промивальної рідини можна скористатися нерівністю

. (8.14)

Якщо межа текучості породи суттєво залежить від величини усестороннього стиску, то у вираз (8.13) потрібно підставляти величину s_is, що відповідає середньому напруженню

. (8.15)

В цьому випадку при розрахунках слід користуватися методом послідовних наближень. В першому наближенні можна прийняти

. (8.16)

При напруженому стані гірських порід, близькому до граничного, на їх стійкість суттєво впливає режим роботи свердловини. При промиванні свердловини температура стінок змінюється в одному напрямі, а при припиненні циркуляції спостерігається зворотна зміна температури порід, з яких складаються стінки свердловини. Циклічне нагрівання і охолодження навіть із невеликою амплітудою може спричинити до втомних явищ на стінках свердловини. Тому слід звернути увагу на питання тривалої міцності гірських порід стовбура свердловини. Це питання вивчено недостатньо. Як показали експериментальні дослідження Сеїд-Рзи М.К. спочатку (в межах десятка циклів навантаження) спостерігається збільшення межі текучості зразків (зміцнення), а далі – зменшення межі текучості.

Закономірності зміни межі текучості породи при зміні температури такі ж, як і при зміні тиску.

Тривала міцність зразків порід менша за початкову. Ступінь зменшення міцності залежить від амплітуди коливань тиску температури, а також величини різниці температури між рідиною і породою. Тривала міцність порід для умов свердловини за даними деяких дослідників складає 0,85 – 0,95 від початкової.

Симонянц Л.Є. для встановлення умов міцності пропонує експериментально визначати різницю між гірським і гідростатичним тиском, яка відповідає початку руйнування,

.

Показник Р_ст − статична міцність гірської породи.

Далі визначення умов стійкості стінок свердловини зводиться до визначення питомої ваги промивальної рідини за формулою

(8.17)

1,5 – запас міцності.