Разрушение породы при бурении
Геологи и гидрогеологи при участии в проектировании бурения скважины должны представлять, как зависят забойные процессы от свойств и состоянии пород и как происходит разрушение породы на забое скважины в разных породах.
В зависимости от свойств пород и приложенной нагрузки разрушение породы может происходить по-разному.
При вращательном бурении:
- В мягких и слабых скальных породах – резанье и скалывание;
- В скальных твердых породах:
- при недостаточной нагрузке (удельная осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент меньше твердости породы - Fос<рш) – поверхностное истирание – это непригодно! (мизерная скорость бурения и истирание резцов);
- при достаточной нагрузке (Fос>рш) – объемное разрушение - оптимальные условия бурения;
- при нагрузке близкой к достаточной в хрупких породах– уалостное разрушение (возникновение микротрещин) - полезное дополнение к объемному разрушению, т.к. следующий резец разрушает ослабленную породу. Усталостному разрушению пород на забое скважины помогает наличие в очистном агенте поверхностно активных веществ (ПАВ), проникающих в микротрещины и ослабляющих породу на забое.
При добавлении ударных импульсов при бурении шарошечными долотами и при ударно-вращательном бурении гидроударниками и пневмоударниками
- дробление породы.
За счет ударных импульсов повышается эффективность разрушения породы, особенно в хрупких породах.
Ударные импульсы, усиливающие разрушение породы, могут действовать на породу забоя при вращательном бурении шарошечными долотами за счет перекатывания зубьев долота с ударами по забою, или при вращательном бурении с использованием ударных механизмов - гидроударников и пневмоударников.
Чисто ударное разрушение породы характерно для ударно-канатного бурения.
При бурении в мягких породах без циркуляции очистного агента разрушение породы может происходить за счет смятия и уплотнения породы в стенки скважины и внутри керноприемной части бурового инструмента.
Наиболее тесное (иногда сложное) взаимодействие буровиков и геологов (гидрогеологов) касается определения категории пород по буримости
Обобщенное свойство горной породы сопротивляться разрушению на забое скважины и изнашивать породоразрушающий инструмент в процессе бурения называется - буримость.
Буримость – комплексный показатель, зависящий от состава, твердости, прочности, абразивности, структуры, трещиноватости и многих других физикомеханических свойств пород. По буримости для вращательного механического бурения все горные породы делятся на XII категорий. При этом к I категории относятся самые слабые, а к XII категории самые твердые породы.
Эта классификация применяется и при бурении геологоразведочных, и для гидрогеологических и для нефтегазовых скважин.
Существуют методики количественного (приборного) определения вспомогательных показателей для оценки категорий буримости пород. При этом используются специальные приборы и методики. Наиболее принята методика определения буримости по объединенному показателю – pм и коэффициенту абразивности – Кабр…
рм, = 3 Fд0,8 ∙ Кабр, где Fд – динамическая прочность, Кабр – коэффициент абразивности.
При отсутствии специальных приборов для определения величины объединенного показателя категория пород может быть примерно определена по скорости углубки скважины (скорости бурения) при предусмотренных стандартных условиях.
Правильное определение категории буримости важно для решения двух задач:
- грамотный выбор породоразрушающего инструмента и параметров режима бурения.
- объективное нормирование буровых работ.
В полевых производственных условиях геолог может устанавливать категорию пород разреза и по характеристике горных пород, и по собственному опыту. Распределение горных пород по категориям буримости для механического вращательного бурения приведено в таблице 4.
Таблица 4
Важность для геологов грамотного владением методикой определения категории пород по буримости заключается в том, что от правильного определении категории пород по буримости в разрезе, в котором проектируется бурение скважины, зависят и правильность принимаемых технических и технологических решений и, главное, смета расходов и оплата труда буровой бригады.
Лекция 4.