Вопрос №29

Способность горной породы сопротивляться разрушению под воздействием внешней нагрузки называют механической прочностью. Чем выше механическая прочность горной породы, тем бòльшая энергия расходуется на её разрушение. Буримость, как эквивалент механической прочности при разрушении горной породы бурением, определяется, прежде всего, твердостью горной породы, её абразивностью, упругостью, а также соотношением параметров пластичности – хрупкости.

Вопрос №30

В скважине горные породы находятся в состоянии всестороннего сжатия, при этом верхняя граница объема испытывает напряжение σ_г от гидростатического давления со стороны столба очистного агента, а со всех других сторон объем породы находится в напряжении под действием горного давления.

По мере роста величины горного давления (с глубиной скважины) повышается предел прочности породы на сжатие (см. рис. 1.9), то есть порода упрочняется. Для различных пород подобное упрочнение разновелико. Возрастают также модуль упругости и другие параметры механических свойств горных пород. Из данного материала можно сделать вывод о повышении сопротивляемости горной породы разрушающему воздействию со стороны бурового инструмента.

Так, согласно результатам исследований Р.М.Эйгелеса [40], проводившего эксперименты на специальной установке, может происходить снижение механической скорости бурения в несколько раз при повышении горного давления. При этом в различных условиях, при использовании различных типов бурового инструмента и очистных агентов, изменение механической скорости будет различно и строго индивидуально в силу комплексного влияния ряда факторов.

Вопрос №31

В скважине заполненной жидкостью на забой воздействует гидростатическое давление, которое на глубине H определяется по формуле

, (1.9)

где ρ_ж – плотность жидкости;

p₀ – атмосферное давление.

Суммарное давление бурового раствора складывается из гидростатического давления столба жидкости (зависимость 1.9) и перепада давления, связанного с перемещениями в скважине бурового снаряда и динамикой струй промывочной жидкости у забоя

Более того, скорость бурения существенно возрастает, если давление бурового раствора становится меньше пластового, т.е. величина дифференциального давления будет меньше нуля (рис. 1.11) [18]. С учетом этого разработаны технологии бурения с нулевым перепадом давления в системе «разбуриваемый пласт – ствол скважины» (σ_г = р_f) и с отрицательным перепадом (σ_г < р_f).

Вопрос №32

Особый интерес представляет влияние давления бурового раствора на буримость, поскольку это давление можно регулировать изменением плотности бурового раствора.

Имеющиеся данные указывают [18], что с увеличением давления на забой скважины буримость горных пород снижается. При этом на скорость бурения влияет разница между забойным давлением бурового раствора σ_г (зависимость 1.9) и пластовым поровым давлением р_f : p_t = (σ_г – р_f).

Это давление (р_t) называют дифференциальным, и оно играет значительную роль в процессе удаления продуктов разрушения из зоны породоразрушающего действия, а также влияет на объем лунок, образующихся при разрушении породы на забое.

В твердых породах с большими значениями σ₀ увеличение сопротивляемости породы разрушению, обусловленное дифференциальным давлением, незначительно. В мягких породах дифференциальное давление имеет более выраженное влияние. Этим объясняется, что мягкие породы, встречаемые на значительных глубинах, разбуриваются столь же трудно, как и твердые породы. Это связано, прежде всего, с упрочнением горных пород, а также с процессом удаления образующихся при разрушении горной породы обломков. Эти обломки могут быть вытеснены с забоя достаточно быстро или остаться на месте, подвергаясь повторному разрушению. Это зависит, прежде всего, от результирующих сил, воздействующих на частицы. Удержанию обломков на забое способствуют силы давления бурового раствора F_n и сила трения обломков о поверхности лунок и забоя F_f (рис. 1.10). Эти силы пропорциональны дифференциальному давлению.

Если дифференциальное давление поддерживать постоянным, механическая скорость бурения не будет зависеть от давления промывочной жидкости на забой и всестороннего горного давления.

В то же время рост скорости бурения при снижении дифферен-циального давления наблюдается в основном только в проницаемых пористых породах (позиция 1 на рис. 1.11). В плотных мало-проницаемых породах, например, глинах, скорость бурения при изменении дифференциального давления меняется незначительно (позиция 2 на рис. 1.11).

Снижение дифференци-ального давления до минимальных значений позволяет не только повысить производительность бурения, но и качество вскрытия продуктивных горизонтов, поскольку при превышении пластового давления над давлением в скважинном призабойном пространстве практически полностью исключается явление кольматации продуктивного пласта.