Лекция № 3 Горные породы – объект разрушения при бурении.

При бурении нефтяных и газовых скважин важно знать механические процессы, происходящие в горных породах. Для этого используются фундаментальные положения физики твердого тела, механики сплошных сред, теоретической механики и деталей машин.

Горные породы неоднородны по составу и строению, часто обладают анизотропными свойствами. Поэтому при математическом моделировании используются частные решения, в основе которых лежат гипотезы о применимости упрощенных моделей, удовлетворительно представленных в конкретном случае горную породу.

Месторождение нефти и газа обычно приурочены к осадочным горным породам, которые делятся на 2 большие группы: кристаллические (25%) и обломочные (21%). Глинистые породы (54%) относятся также к обломочным.

Важнейшими геологическими характеристиками пород являются минералогический состав, строение и неоднородность.

Минералов известно на сегодняшний день около 2000, из них лишь несколько десятков являются породообразующими.

В случае хемогенных пород минералы входят в состав горной породы в виде кристаллитов (зерен неправильной формы), в случае обломочных горных пород - в виде моно- и полиминеральных обломков При бурении нефтяных и газовых скважин важно знать механические процессы, происходящие в горных породах. Для этого используются фундаментальные положения физики твердого тела, механики сплошных сред, теоретической механики и деталей машин.

Мономинеральной горной породой называется горная порода, состоящая из одного минерала (доломит, известняк, ангидрит)

Полиминеральной называется горная порода, состоящая из нескольких минералов (гранит, глина)

Строение горных пород характеризуют структурой и текстурой.

Структура породы определяет особенности строения, обусловленные размером, формой и характером поверхностей, слагающих породу кристаллитов или обломков.

Текстура породы определяет особенности строения, обусловленные взаимным пространственным расположением кристаллитов или обломков. Текстурными признаками являются слоистость, сланцеватость, пористость и трещиноватость.

Сплошность является обобщенной текстурной характеристикой горной породы, определяет способность окружающих скважину пород пропускать через себя промывочную жидкость.

4 категории сплошности:

• может уходить промывочная жидкость вместе с обломками (шламом) выбуренной горной породы может уходить.

• могут проникать как дисперсная среда (коллоидные глинистые частицы), так и дисперсионная среда

• может проникать только маловязкая дисперсионная среда (типа воды)

• внутрь горных пород жидкости не проникают.

Осадочные кристаллические породы являются агрегатами минеральных зерен (кристаллитов), которые образуются в результате выпадения солей из водных растворов или химических реакций, происходящих в земной коре. Органогенные породы также относятся к кристаллическим осадочным породам. Органогенные породы являются продуктами жизнедеятельности организмов.

Органогенные породы
карбонатная подгруппа	сульфатная подгруппа	галоидная подгруппа	кремнистая подгруппа
известняки	диатомиты	доломиты	ангидриты
мергели	каменная соль
гипсы	кремний

Обломочные горные породы являются продуктами механического и физико-химического разрушений ранее существовавших горных пород с последующим их переносом водой или ветром и осаждением без растворения и перекристаллизации, а также породы, образовавшиеся на месте разрушения.

По размерам обломков обломочные горные породы образуют 4 основные структурные группы:

Грубообломочные породы (размер обломков более 2 мм.). Это в основном обломки магматических и метаморфических пород. Пространство между ними заполнено песчаными, глинистыми и мелкоземистыми породами. В разрезах нефтяных и газовых месторождений имеют незначительное распространение.

Песчаные породы (размер обломков от 0,1 до 2 мм.) – пески (рыхлые) и песчаники (сцементированные). В зависимости от состава минеральных зерен бывают кварцевыми и полимиктовыми. Кварцевые состоят из зерен кварца, полимиктовые – из зерен различных минералов (слюды, роговой обманки, пироксена, полевых шпатов и др.).

По размерам зерен пески и песчаники подразделяются на:

- грубозернистые (2-1мм.)

- крупнозернистые (1-0,5мм.)

- среднезернистые (0,5-0,25мм.)

- мелкозернистые (0,25-0,1мм.)

- однородные (размер зерен постоянен)

- разнозернистые (размер зерен различный)

Мелкоземистые породы (размер обломков от 0,01 до 0,1мм.) являются осадками континентального происхождения (супеси, суглинки и лёсс).

Широкое распространение имеют сцементированные породы – алевролиты.

Цементы по составу подразделяются на:

• Кремнистые

• Карбонатные

• Сульфатные

• Железистые

• Глинистые

• Битумистые и др.

• По строению цементы подразделяются на 4 типа:

• контактовый – содержится в местах контактов обломков;

• пленочный – каждый обломок окружен пленкой цементирующего вещества;

• поровый – цемент заполняет поры между обломками;

• базальный – обломки породы как бы погружены в цементирующее вещество и не контактируют друг с другом.

Глинистые породы (размер частиц менее 0,01мм.) - составляют глины, аргиллиты и глинистые сланцы.