Для обеспечения устойчивости ствола скважины необходимо достичь равновесия между механическими (давление и напряжение) и химическими факторами. Ствол скважины должен сохранять устойчивость на всем протяжении процесса строительства скважины, до тех пор, пока не будет спущена обсадная колонна и не будет произведен цементаж. Этому должен способствовать буровой раствор, химический состав и свойства которого должны быть тщательно подобраны для достижения этой цели. В независимости от состава раствора и других факторов, его плотность должна находится в диапазоне величин, необходимых для поддержания равновесия между механическими силами, воздействующими на ствол (пластовое давление, напряжения, связанные с направлением скважины, тектонические напряжения).
О неустойчивости ствола чаще всего можно судить по таким признакам, как сужения ствола, образование пробок и шламовых стаканов при СПО, вызываемых осыпанием пород. В этих условиях, для достижения исходной глубины, может возникнуть необходимость расширять скважину от забоя к устью. (Помните, что эти же признаки могут указывать на наличие проблем с очисткой ствола, если скважина находится под большим наклоном).
Наибольшую устойчивость сохраняет ствол номинального диаметра и цилиндрической формы. Под воздействием эрозии или другого процесса, вызывающего увеличение диаметра, ствол скважины становится менее устойчивым. Расширение ствола ведет к возникновению целого ряда проблем, среди которых снижение скорости потока в затрубье, неэффективная очистка, возрастание объема твердой фазы, образование шламовых отложений, увеличение расходов на поддержание необходимых свойств раствора, неточная оценка параметров продуктивного пласта, высокая стоимость и недостаточная эффективность процесса цементирования.
Расширение ствола скважины при прохождении песчаников происходит, в основном, в силу механических причин, тогда как эрозия, в большинстве случаев бывает вызвана гидравлическими силами и увеличением скорости истечения потока из промывочных насадок долота. Чтобы снизить расширение ствола скважины, бурение в слабосцементированных песчаных породах следует проводить на небольшой репресии, также необходимо, чтобы буровой раствор сформировал качественную фильтрационную корку, содержащую бентонит.
Плотность бурового раствора для бурения в сланцевых глинах должна быть достаточной для того, чтобы уравновесить напряжения в пласте, в этом случае ствол скважины поначалу бывает устойчивым. Бурение на водных растворах, за счет различия химических составов раствора и породы, приводит к возникновению реакции между промывочной жидкостью и пластом, что, в свою очередь, (с течением времени) ведет к набуханию или размягчению глин. В результате, такие проблемы, как осыпания породы и сужения ствола, становятся неизбежными. Крайне неустойчивыми являются такие породы как высокотрещиноватые, сухие, ломкие глины, составляющие пласт с высоким углом падения. Разрывы при бурении в таких хрупких и неустойчивых породах обычно происходят в силу механических причин, и, как правило, не бывают вызваны воздействием воды или химическими процессами.
Для осуществления контроля взаимодействия бурового раствора с глинистой породой вводятся различные химические ингибиторы и другие добавки. Наиболее эффективными для бурения в водочувствительных пластах признаны системы растворов с высоким уровнем кальция, калия или другие виды химических ингибиторов. Для предотвращения набухания и осыпания глин в водные растворы могут добавляться соли, полимеры, асфальтовые материалы, гликоли, масла, ПАВ и другие ингибиторы глин. Какой-либо единой, универсальной добавки, подавляющей набухание глин, не существует, поскольку глинистые породы отличаются большим многообразием в том, что касается химического состава и восприимчивости к воде.
В зонах с осложненными условиями бурения для прохождения водочувствительных глинистых пород обычно используются буровые растворы на нефтяной или синтетической основе, обладающие большим ингибирующим действием по сравнению с водными растворами. Глинистые минералы и глинистые породы не гидратируют и не набухают в дисперсионной фазе, а дополнительное ингибирующее действие обеспечивается фазой эмульгированного рассола (обычно хлоридом кальция) данных растворов. Эмульгированные рассолы снижают активность воды и вызывают осмотическую реакцию, в результате которой вода не адсорбируется глинами.
