В статье авторы пытаются определить физико-механические свойства горных пород.
Ключевые слова: порода, горная порода, земная кора, механическая прочность, механическая прочность свойств, забой скважины.
Буровой скважиной называется цилиндрическая выработка в земной коре, имеющая поперечное сечение малой величины при относительно большой протяженности [1,5].
Процесс бурения скважин состоит из следующих основных рабочих операций:
– разрушение горной породы на забое скважины;
– извлечение бурового шлама на поверхность скважины;
– взятие образцов породы и замена поврежденного пришедшего в негодность оборудования.
Рассматривая этапы детально разрушение породы происходит путем разбуривания минеральных частиц, связанных между собой цементирующими материалами и силами молекулярного воздействия.
Связанность породы разделяется на несколько видов: скальные, горные, рыхлые (сыпучие) и плывучие.
Горные породы — это минеральные агрегаты, сформированные в результате геологических процессов, залегающих в земной коре в виде самостоятельных тел.
Плывучие породы состоят из насыщенных водой минералов, состоящих из малейших частиц. При бурении плывущих пород необходимо укоренение стенок скважин, для предотвращения обрушения.
Скальные породы отличаются большой силой притяжения между частицами. Кристаллические породы (гранит, кварцит, мрамор) отличаются большой силой сцепления между элементами породы.
Породы с изменяющимися свойствами сцепления частиц в зависимости от содержания влаги называются связными. К связным породам можно отнести глину, мел, и т. д.
Физико-механические свойства горных пород в геологическом разрезе гарантирует правильное решение в выборе способа разработки скважины и ее конструкции, а также правильный подбор оборудования для разбуривания породы и правильный выбор режима в целях предупреждения аварийных ситуаций. Немаловажное значение имеет механическая прочность породы, которая противостоит разрушению извне. Зернистость в породе имеет механическую прочность, и чем крупнозернистее порода, тем меньшая прочность. Пористость породы обусловлена воздушным пространством между частицами минералов, связанных между собой, чем больше воздушного слоя между частицами, тем прочность породы ниже качества. Твердость породы определяется степенью буримости, и чем сложнее проходимость оборудования в слои породы.
В геологии существует шкала Мооса твердости минералов, Капитонов М. А. отмечает, что каждой породе присваивается номер твердости по степени убывания от меньшего к большему.
Самым меньшим по твердости относят тальк, а большим отнесен корунд.
Классификация горных пород Л. А. Шрейнера отличается от шкалы Мооса, тем что свойства пород подвергаются детальному описанию, влияющие на процесс бурения. [1, с. 8]
Л. А. Шнейнер отмечает: «Способность горной породы изнашиваться в процессе трения о разрушающий инструмент». В таблице указан класс абразивности, характеристика и наименование пород [1, с. 11].
В таблице представляется восемь классов абразивности, от весьма малоабразивных до наивысшей степени абразивности.
Породы, относящиеся к классам, достаточно многообразны. К весьма малоабразивным можно отнести такие: известняки, мрамор, глинистые сланцы. К высшей степени можно отнести корундосодержащие, как ранее указывалось.
Несмотря на виды разрушений горных пород большое значение в бурении имеет устойчивость пород при прокладке скважин, основание которой зависит от прочности частиц, связанных между собой. По устойчивости породы подразделяются на группы представлены в таблице: [2, с. 11]
|
Группа |
Устойчивость |
|
I |
устойчивые породы-(метаморфические, изверженные, и плотные осадочные высокой или средней твердости |
|
II |
невысокой твердости породы с недостаточно прочной связью между зернами, а так же трещиноваты, сбрекчированные и раздробленные. |
|
III |
устойчивость изменяется под воздействием жидкости на частицы растворяя или размывая (каменная соль, глинистые породы). |
|
IV |
К четвертой группе относятся неустойчивые породы, не имеющие связи между зернами (песок, гравий, галечник) |
Перемещение забоя скважины под воздействием породоразрушающего инструмента на горную породу происходит углубление. Углубка скважины по породе за единицу времени чистого бурения, т. е. без учета времени, затраченного на вспомогательные операции, называется буримостью. Измеряют буримость в м/ч,см/мин,мм/мин. Разрушение породы зависит от физико-механических свойств породы, чем плотнее соединение порыды и ее разрушение, тем ниже ее буримость.
Буримость пород зависит от типа и качества породаразрушающего инструмента. Твердые, монолитные породы бурятся лучше алмазами, чем твердыми сплавами. При ударно-вращательном бурении таких пород твердыми сплавами буримость выше, чем при вращательном. В основу классификации положена механическая скорость бурения пород. Буримость горных пород устанавливается опытным путем при рациональных режимах бурения и положена в основу норм выработки [3, с. 9].
На сегодняшний день свойства горных пород достаточно хорошо изучены и на сегодняшний день все методы используются на нефтедобывающих предприятиях перед началом буровых работ.
Литература:
- Володин, Ю. И. Основы бурения / Ю. И. Володин. — Москва: Недра, 1986. — 360 c. — Текст: непосредственный.
- Капитонов, А. М. Физические свойства горных пород западной части Сибирской платформы / А. М. Капитонов. — Красноярск:, 2011. — 424 c. — Текст: непосредственный.
- Вадецкий, Ю. В. Бурение нефтяных и газовых скважин / Ю. В. Вадецкий. — Москва: Академия, 2003. — 352 c. — Текст: непосредственный
