Логотип
специальность 130203
На главную Карта сайта Написать письмо
Специальность 130203 «Технология и техника разведки месторождений полезных ископаемых»

Специализация «Технология бурения геологоразведочных скважин»
info@mosgeonet.ru

Библиотека

3. СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД И ГЕОЛОГО-ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

Свойства минерального вещества, слагающего земную кору, весьма и весьма разнообразны. Выделяют физические свойства, характеризующие реакцию вещества на воздействие различных физических полей: гравитационных, магнитных, электрических, тепловых. К наиболее важным физическим свойствам минералов и горных пород относятся следующие:

  • плотность - количество массы вещества в единице его объема;
  • относительная магнитная проницаемость - соотношение величин магнитной индукции и напряженности магнитного поля;
  • удельная электропроводность - способность проводить ток определенной величины через единицу площади поперечного сечения под действием единичной разности электрического потенциала, приложенной на единице длины тела;
  • удельное линейное и объемное термическое расширение - относительное увеличение длины или объема тела при увеличении температуры на одну единицу (°С или К).

Важными характеристиками физических свойств являются температура плавления и замерзания, скорость распространения продольных и поперечных упругих волн, в том числе акустических.

Физические свойства используются главным образом для диагностических целей - на их основе разработаны и успешно применяются специальные геофизические методы поисков и разведки полезных ископаемых, в том числе скважинные: гравиразведка (основана на различии плотности минеральных тел), сейсморазведка (основана на изучении скорости распространения упругих волн), магнито- и электроразведка. Сква жинные варианты геофизических методов реализуются в виде процедуры каротажа - аппаратурного замера величин фи зических полей в стволе пробуренной скважины и на ее стенках.

В технологии разведочного бурения решающее значение имеет другая группа свойств горных пород - физико-механические свойства, характеризующие реакцию горных пород на элементарные механические воздействия: сжатие, разрыв, ударное и статическое внедрение индентора, истирание и т.д.

Элементарные механические воздействия в чистом виде в бурении практически не встречаются. Буровой породоразрушающий инструмент обеспечивает сложное воздействие на забой скважины, в котором сочетается резание с высоко- или низкочастотной ударной нагрузкой, истиранием и вторичным дроблением частиц горной породы. При этом и способность горной породы сопротивляться комплексному воздействию характеризуется особыми технологическими свойствами. К ним относится прежде всего буримость - комплексный показатель степени трудности бурения, возможности быстро осуществлять проходку скважины тем или иным способом.

Однако задача бурения не сводится только к проходке или углублению скважины, но и включает в себя отбор проб вещества горных пород и руд, гидрохимических проб подземных вод, выполнение комплексов гидродинамических исследований (опытных откачек), проведение скважинных геофизических исследований, а также обеспечение заданного положения трассы скважины в пространстве. Влияние горных пород на трудность технологического обеспечения различных задач разведки месторождений, решаемых средствами бурения, характеризуется следующими важными технологическими свойствами:

  • устойчивость - способность сохранять без разрушения стенки скважины в естественном состоянии (без специального крепления);
  • кернообразовательная способность — способность выбуренных проб горной породы сохранять под воздействием разрушающих факторов процесса бурения (вибрации, размыва и других) целостность своего вещественного состава и структуры;
  • проницаемость — способность горных пород фильтровать через стенки скважины жидкость из околоскважинного пространства в скважину и обратно.

Изучение технологических и физико-механических свойств горных пород является одним из основных составляющих предмета технологии бурения.

Целостная совокупность характеристик свойств горных пород на участке буровых работ, определяющая содержание и особенности технологического процесса бурения, именуется геолого-техническими условиями бурения. Изучение геолого-технических условий является обязательным условием правильного выбора бурового инструмента и оборудования, схемы реализации и режима процесса бурения.

На практике технологи оперируют понятием свойства горных пород. Строго говоря, это не совсем точно. Физико-механические и другие свойства в процессе бурения проявляет не горная порода (понятие горной породы в определенном смысле - научная условность), а реальное тело минерального вещества (геологическое тело), в котором так или иначе проявляются свойства и отдельных минералов, и горных пород, и даже геоформаций (в случае, например, проявления закономерностей естественного искривления скважин), В то же время свойства геологического тела существенно зависят от наличия или отсутствия трещин, рассекающих горные породы, активных в физическом и химическом отношении флюидов, природной температуры массива, величины горного давления и т.д.

Но несмотря на это, целесообразно в качестве исходной основы геолого-технических условий бурения использовать характеристики свойств горных пород - усредненные, систематизированные на основе опытных и научных данных особенности поведения различных горных пород в процессе бурения. Прежде всего это обусловлено тем, что горная порода воспринимает практически весь спектр воздействий процесса бурения - от воздействия резца буровой коронки на отдельные минеральные зерна до восприятия крупными блоками горных пород специфического воздействия колонны бурильных труб (например, образование желобов вдоль ствола скважины) и воздействий, обусловленных потерей естественного гидродинамического и механического равновесия в массиве при проходке скважины. В то же время горные породы определенного типа характеризуются большим или меньшим постоянством и определенностью свойств.


"Разведочное бурение" / А.Г. Калинин, О.В. Ошкордин, В.М. Питерский, Н.В. Соловьев, "Недра" М 2000

Вернуться в списку статей