Физические способы разрушения.

1) огневой - в крепких хрупких породах типа кварцита

2) лазерный - концентрированный луч d-20 мм, h = 15-20 см

3) плазменный - дуга с температурой 10000°С, но порода течет

4) акустический - звуковые колебания j

Вышеперечисленные и другие способы разрушения пока не могут составить конкуренцию механическому разрушению забоя скважины элементами ПРИ.

 

Г орные породы.

1) Магматические (Изверженные) – образуются в результате извержения магмы: граниты (отлично бурятся, т.к содержат хрупкие кварц и полевой шпат). Полезные ископаемые: железо, жильное золото, серебро, олово, уран

2) Осадочные породы: пески, глины, суглинки, сланцы, песчаники, известняки, доломиты, углеводороды: нефть и газ (находятся в доломитах, мергелях, сланцах).

3) Метаморфические – образуются в результате изменения осадочных и магматических пород под действием температуры и давления. В результате двух- или трехразового изменения свойств порода меняет плотность (прочность) и пластичность – очень тяжело бурятся. Филлиты, джесилиты.

 

Вывод: в настоящее время в промышленных масштабах применяются механические разновидности разрушения породы забоя породоразрушающим инструментами. Физические способы разрушения при бурении не могут составить конкуренцию механическим.

 

Механические и технологические свойства горных пород.

1) Пористость: есть скелет пород, а между ним поры (капилляры), а в них флюиды - газ, жидкость, жидкость с газом.

 

К_п =Vn/(Vn+Vск) * 100% - коэффициент пористости,

 

где:

V_n - объем пустот, V_CK - объем скелета. Чем больше К_п, тем легче бурить.

2) Гранулометрический состав: например сколько процентов песка какого размера в объеме - как горные породы пропускают в себя флюиды: нефть, газ, воду, уран.

3) Трещиноватость.

4) Проницаемость: зависит от пористости, гранулометрического состава и

трещиноватости.

 

Kпр= μ *Q*l/(P1-P2)*S коэффициент проницаемости, м² или Д (1м² = 10¹²Д (дарси),

где: μ - динамическая вязкость, Пa *с; Q- объемный расход флюидов, м³/с; l - длина образца, через который пропускают флюиды, м; Р1 и P2_ - давление на входе в образец и выходе из него, Па; S- площадь фильтра, м².

К_прнефтяных коллекторов от нескольких милидарсидо 3, 4 дарси. За единицу проницаемости принимают коэффициент фильтрации К_ф, м/сут:

Кф = Кпр*(γ _ж/μ )

где у_ж - удельный вес жидкости, Н/м³.

Для среднезернистых песков К_ф= 10-15 м/сут, для трещиноватых известняков К_ф = 40-60 м/сут.

 

5) Плотность: отношение силы тяжести к объему породы - удельный вес у, Н/м³, плотность р, кг/м³.

6) Прочность горных пород: измерение прочности при сдвиге, сжатии, растяжении, изгибе; сжатие образца на прочность на прессе: δ _сж = Рmax/S

где S - площадь сечения поверхности; пределы прочности на скол, сдвиг, изгиб и т.д. в 6-10 раз меньше, чем на сжатие.

 

7) Горное давление - от вышележащих пород.

£ - коэффициент бокового распора, Па-с.

Для глины £ = 0, 2 - 0, 3, для водоносных пород £ = 1, в крепких горных породах £ = 0, 7 - 0, 9. Формула Динника: δ _z= £ *δ _ху. Коэффициент бокового распора определяет устойчивость горных пород, слагающих стенки скважины против осыпей, обрушения.

8) Твердость: способность горных пород сопротивляться вдавливанию в них более прочного тела (индентора). Для бурения большое значение имеет изучение вдавливания. Метод профессора ШрейнераJI.A. (или по штампу):

Ро - предельная величина упругой деформации, условный предел текучести S_шт в твердых горных породах: 1-2 мм², в мягких до 5 мм²\

 

 

Тема 3

Трещиноватость горных пород, абразивность, буримость, классификации горных пород по буримости при различных способах бурения.

Твердость по штампу. (по Шрейнеру).

Группа пород	Категории	Рш, МЛа
I. Мягкие: пески, глины,	I	< 100
суглинки, торф, лесс.	II	100-250
	III	250-500
	IV	500-1000
И. Средние: известняк,	V	1000-1500
мрамор, доломит, мергель,	VI	1500-2000
сланцы, невысокой	VII	2000-3000
твердости гранит.	VIII	3000-4000
III. Твердые: порфирит,	IX	4000-5000
гранит, диорит, кварцит.	X	5000-6000
	XI	6000-7000
	XII	> 7000

 

Основные свойства горных пород.

Горная	Рш, МПа	δ Т(предел	Е*10-4, МПа	Кпл	As• 105,
порода		текучести)			Дж/м2

Метод Шрейнера позволяет по коэффициенту пластичности выбрать способ разрушения, а по остальным характеристикам породоразрушающий инструмент.

Трещиноватость горных пород при бурении - отношение числа кусков керна к полученным метрам за рейс, шт/м.

Группа горных пород по трещиноватости	Степень трещиноватости	Удельная кусковатость	Выход керна, %
	монолитные	1-5	100-70
о
	исключительно сильно трещиноватые	> 51	60-30 и менее

Абразивность горных пород.

Абразивность - способность породы изнашивать твердые тела (резцы): алмазы, твердые сплавы и другие при их взаимном перемещении при наличии трения.

1) Метод Любимова для определения абразивности: ПОАП-2М, дробь размером 3, 5

мм; происходит потеря массы свинцовых дробинок при износе шламом, К_а = Q/100 (безразмерный), где Q - масса потери дроби.

Абразивность не связана ни с твердостью ни с буримостью горных пород.

2) Метод определения абразивности Барона Л.И.:

 

 

где п - число опытов.

Метод плох, т.к. не подается промывка.Таблица 2.6 (по Барону).

3) Метод определения абразивностиШрейнера и других: только на нефть и газ — в осадочных породах. В жизни метод не пошел.

4) На твердые полезные ископаемые (колонковое бурение) пошел метод Любимова, при бурении на нефть и газ или в мягких породах, или осадочных вошел в жизнь комбинированный метод, который учел все предыдущие методы. Метод создан ВНИИБТ.

5) Динамическая прочность горных пород. ПОК - прибор определения динамической

крепости. Fд = 200/l (безразмерный), где l - высота столбика частиц в объемометре.

Буримость - способность породы сопротивляться породоразрушающему инструменту при внедрении в нее. Метод Цнигри: р_м = 3 • F_д^{0, 8} • К_а. Сиенит - гранит Кольский р_м = 30, категория VIII. По F_д и К_а —> р_м —> категория по буримости. Номограмма, рисунок 3.4.

Классификация горных пород по буримости —> таблица 3.40. Классификация по буримости шнеками —> таблица 3.41 —> (классификация ГОССТРОЯ). Ударно-канатное бурение, классификация по буримости. Классификация по буримости на россыпях для ударно-канатного бурения VI категории. При выборе ПРИна твердые полезные ископаемые пользуемся классификацией по буримости, абразивность по Любимову, трещиноватость по ВИТРу, при выборе типа долота при бурении на нефть, газ и воду пользуемся категорией твердости и категория абразивности по обобщенной шкале ВНИИБТ.

Тема 4.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: