3. Бурение и особенности коренной породы.

В Карелии где мы живем ,коренная порода залегает на разной глубине ,от 1м до 150м но в основном не очень далеко порядка 15м.при бурении Эксплуатационных скважин бурят для добычи жидких и газообразных полезных ископаемых (вода, минеральные воды, нефть, газ, рассолы и др.).в нашем случае для( воды)важно правильно обсадить трубу в скальную породу, поэтому важно знать состав земной коры.

Применительно к бурению горные породы разделяют на:

– сыпучие или рыхлые (пески, гравийно-щебенистые породы), характеризующиеся почти полным отсутствием сил сцепления между частицами. Пески, насыщенные водой, образуют плывуны;

– связные породы (главным образом глинистые) характеризуются силами сцепления между частицами, нередко достигающими значительных величин;.

– скальные породы весьма разнообразны по своим свойствам. К ним относятся различные по прочности породы – от гипса и соли до сливных кварцитов и яшм. Эти породы характеризуются значительными силами сцепления и, как правило, имеют высокую прочность и твердость.

Все горные породы разделяются на четыре группы по степени устойчивости при бурении.

Ι – весьма неустойчивые (пески, гравий, галечники, особенно насыщенные водой). При бурении в таких породах используются способы с одновременной или опережающей обсадкой скважин трубами, с последующим извлечением из них горной породы.

ΙΙ – с изменяющейся устойчивостью – размываемые или растворяющиеся породы (глины, суглинки, лессы, соли, мерзлые породы). При бурении скважин они растворяются или растекаются, что приводит к обвалам стенок скважин, прихватам бурового снаряда, его затяжкам и обрывам.

ΙΙΙ – слабоустойчивые – трещиноватые, раздробленные породы, легко истирающиеся и размывающиеся при бурении (слабые брекчии, конгломераты, слабые песчаники, сланцы, каменные угли и др.), в таких породах возникают осложнения – обвалы стенок, «желоба», поглощения промывочной жидкости и др.

ΙV – устойчивые – твердые магматические, метаморфические, крепкие осадочные породы, монолитные или слаботрещиноватые. . Основным физико-механическими свойствами пород являются прочность, твердость, плотность, пористость, упругость, пластичность, хрупкость, абразивность.

Прочность горных пород определяется силами сцепления зерен минералов между собой, а также прочностью самих минералов, составляющих породу. Наиболее механической прочностью обладают изверженные и некоторые метаморфические породы (граниты, плотные базальты, яшмы и др.).

Твердость породы – это способность сопротивляться внедрению в нее твердого тела (индентора). Обычно, чем тверже горная порода, тем труднее она разбуривается. Для определения твердости пород используется метод Л.А.Шрейнера, заключающийся в следующем: в отшлифованную поверхность образца породы вдавливается пуансон с плоским основанием (штамп). Твердость породы определяется по нагрузке на пуансон в момент ее разрушения. Количественно твердость по штампу определяется отношением силы разрушения к площади штампа. Во время нагружения штампа прибор фиксирует и вычерчивает диаграмму деформации породы. По этой диаграмме определяют твердость – Р_ш, условный предел текучести δ_r, коэффициент пластичности– К_пл. и удельную работу разрушения – А_s.

Твердость пород изменяется в широких пределах. Гипс, кальцит, каменная соль имеют твердость от 20 до 45 кгс/см², глинистые сланцы – от 30 до 75 кгс/см² , мрамор – 90-150 кгс/см² , известняк и песчаник – 110-300 кгс/см², гранит – от 300 до 500 кгс/см² , диабаз – от 400 до 600 кгс/см², кварцит – 600-800 кгс/см², джеспилит – от 700 до 1000 кгс/см².

Абразивность – свойство пород, выражающееся в способности изнашивать породоразрушающий инструмент в процессе бурения. Абразивность породы зависит от твердости породообразующих минералов, величины их зерен, плотности породы и степени трещиноватости. Наиболее абразивны крупнокристаллические породы, содержащие зерна твердых минералов (кварц, гранат, эгирин и др.). Трещиноватые породы более абразивны, чем монолитные.

Под пористостью горных пород понимают наличие в ней пространства, не заполненного твердым веществом. Пористость оценивается отношением объема порового пространства к полному объему образца - породы. Как правило, чем выше пористость, тем меньше прочность породы.

Упругость – способность породы восстанавливать первоначальную форму и объем после прекращения воздействия внешних усилий.

Пластичность – способность породы необратимо изменять свою форму и размеры под действием внешних усилий.

Хрупкость – способность породы разрушаться под действием внешней силы без заметной пластической деформации.

Под термином «буримость» принято понимать комплексную характеристику горной породы, заключающуюся в способности сопротивляться разрушению в процессе бурения. Буримость породы зависит от ее физико-механических свойств.

По методу ЦНИГРИ для определения буримости горных пород (т.е. сопротивляемости горной породы разрушению породоразрушающим инструментом) рекомендуется учитывать

динамическую прочность пород F_д, 1 /мм или мм^-1) и их абразивность (К_абр, мг) через объединенный расчетный показатель _м.

Объединенный расчетный показатель _м определяется по формуле:

_м = 3F К_абр.

Показатели динамической прочности породы и абразивности определяются лабораторными способами с применением приборов ПОК и ПОАП-2М.1, приведенных в прил. 6.5.

Метод испытаний горных пород на основе анализа акустического спектра и распределения энергии при разрушении вращающимся алмазным инструментом (метод ВИТР-А) положен в основу прибора ПОБ-1. Зная F_д и К_абр рассчитывают объединенный показатель _м. Шкала определения буримости горных пород с помощью объединенного показателя _м по этому методу приведена в табл. 1.1.

Таблица 1.1