3.Выбор типа буровых долот по механическим свойствам горных пород и определение осевой нагрузки на долото.
3.1.Оценка механических свойств горных пород геологического разреза.
Для выбора типа долота необходимо знание механических свойств горных пород, прежде всего твёрдости и абразивности. Эти свойства могут быть определены по следующим характеристикам пород геологического разреза [3]:
- литолого-петрографическая характеристика, включающая литотип, структурное состояние породы, состав цемента, наличие включений обломочного и кремниевого состава, степень нарушенности массива пород;
-геолого-геофизическая
характеристика пород со средними
значениями плотности
,
определяемыми по диаграммам
гамма-гамма-каротажа.
В первом случае для классификации геологического разреза по твёрдости и абразивности необходимо использовать таблицу 4, разработанную в НИИБТ и построенную на основе анализа и обобщения большого объёма информации [4,5].
Таблица 5
Соответствие классификационных показателей горных пород их геолого-петрографической характеристике
Порода |
Степень уплотнения породы |
Наличие алевро-песчанистого материала |
Наличие кремниевых и железистых стяжений |
Степень трещиноватости |
Категория твёрдости Т |
Категория абразивности А |
Среднее значение твёрдости
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
Известняк “ “ “ “ “ “
“ “ “ “ “ Известняк Долотимизи-рованный То же “ “ “ “ “
“ “ “ “ “ Известняк глинистый То же Доломит “ “ “ “ “
“ “ “ Доломит известковый То же “ “ “ Доломит известковый То же
“ “ “ Доломит глинистый То же Песчаник с кварцевым цементом То же “
“
Песчаник с карбонатно-глинистым цементом То же “
Песчаник с карбонатно-глинистым цементом То же “ “ “ “ “ Алевролит с кварцевым цементом То же “
“ “ Алевролит с карбонатным цементом То же
Алевролит с карбонатно-глинистым цементом То же Алевролит с карбонатно-глинистым цементом То же “ “ “ Мергель карбонатный То же “ “ “ “ “ “ “ “ Мергель глинистый То же “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ Глина карбонатная То же “ “ “ “ “ “ Глина “ Кремень Аргиллит кремнистый То же Аргиллит кремнистый То же “ “ “ “ Аргиллит “ Мел “ Ангидрит “ “ “ Гипс “ Галит “ Галит с примесями карбонатов То же Пески |
Плотная “ “ “ “ “ Пористо-кавернозная То же “ “ “ “ Плотная
“ “ “ “ “ Пористо-кавернозная “ “ “ “ “ Плотная
“ “ “ “ “ “ Пористо-кавернозная “ “ “ Плотная
“ “ “ “ Плотная
Пористо-кавернозная “ “ “ Плотная
“ “
Пористая Пористо-кавернозная Очень пористая Плотная
Пористая Пористо-кавернозная Плотная
“ “ Пористая “ “ “ Плотная
Пористая Пористо-кавернозная “ Плотная Пористая
Пористо-кавернозная Плотная
“ Плотная
“ Пористая “ “ Плотная
“ “ “ “ “ Пористая “ “ “ Плотная
“ “ “ “ “ Пористая “ “ “ “ “ Плотная
“ “ “ Пористая “ “ “ “ Плотная “ “
“ Плотная
“ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “
“ “ |
Нет “ Eсть “ “ “ “
“ “ “ Нет “ Нет
“ Есть “ “ “ “
“ “ “ Нет “ “
“ “ “ Есть “ “ Есть
“ Нет “ “
“ Есть “ Есть или нет Есть или нет
То же
“ Нет “ “
“ Есть
Есть “
“
“
“ “
“
“ “ “ “ “ “ Есть
“ “
“ “ “
“
“
“ Есть
“ “ “ “ Нет
“ Есть “ Есть или нет То же “ “ “ “ Нет
“ Есть или нет
Есть “ Нет “ Есть или нет То же “ “ “
“ Есть “ Нет “ Есть или нет То же “ “ Нет Есть или нет
То же Есть или нет
То же Есть “ Есть или нет То же “ “ Нет “ “ “ Есть “ Нет “ “ “ “
“ “ |
Нет “ “ “ Есть “ “
“ Нет “ “ “ Нет
“ “ “ Есть “ “
“ Нет “ “ “ “
“ “ “ “ Есть “ Есть
“ Нет “ “
“ “ “ Есть Есть
“
“ Нет “ “
“ Есть
Есть Нет
Есть
“
“ “
“
Нет “ “ “ Есть “ Есть
“ Нет
Есть “ “
“
“
“ Есть
“ Нет “ Есть Нет
“ “ “ Есть “ Нет “ Есть “ Нет
“ “ “ “ “ “ “ Есть “ “ “ “
“ Нет “ “ “ Есть “ Нет “ “ Есть
“ Нет
“ Есть “ нет “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “
“ “ |
Слабая Сильная Слабая Сильная Слабая Сильная Слабая
Сильная Слабая Сильная Слабая Сильная Слабая
Сильная Слабая Сильная Слабая Сильная Слабая
Сильная Слабая Сильная Слабая Сильная Слабая
Сильная Слабая Сильная Слабая “ Сильная Слабая
Сильная Слабая Сильная Слабая
Сильная Слабая Сильная Слабая Сильная
Слабая
Сильная Слабая Сильная Слабая
Сильная Слабая
Слабая “
“
“
“ “
Сильная
Слабая Сильная Слабая Сильная Слабая Сильная Слабая
“ “
“ “ “
“
Слабая
Сильная Слабая
Сильная Слабая Сильная Слабая “
Сильная Слабая Сильная Слабая Сильная Слабая Сильная Слабая Сильная Слабая
Сильная Слабая Сильная Слабая Сильная Слабая Сильная Слабая Сильная Слабая Сильная Слабая
Сильная Слабая Сильная Слабая Сильная Слабая Сильная Слабая “ “ “
Сильная Слабая
Сильная Слабая Сильная Слабая Сильная Слабая Сильная Слабая Сильная Слабая Сильная Слабая Сильная Слабая Сильная Слабая Сильная Слабая
Сильная “ |
5 – 6 5 – 6 6 6 7 – 8 7 – 8 5 – 7
5 – 7 3 3 3 – 4 3 – 4 5 – 6
5 – 6 6 6 7 – 8 7 – 8 5 - 7
5 – 7 3 3 3 – 4 3 – 4 5
5 7 – 8 7 – 8 8 – 9 9 – 10 9 – 10 6 – 7
6 – 7 5 – 6 5 – 6 7 – 8
7 – 8 8 – 9 8 – 9 9 – 10 9 – 10
6 – 7
6 – 7 5 – 6 5 – 6 4 – 5
4 – 5 8 – 10
5 – 7 3 – 4
5
7
5 - 6 5
5
3 – 4 3 – 4 2 – 3 2 – 3 3 – 4 3 – 4 8 – 10
5 – 7 3 – 4
5 8 5 – 6
3 – 4
5
5 4 – 5
4 – 5 2 – 3 2 – 3 3 – 4 4
4 4 4 5 5 2 – 3 2 – 3 4 4 3 – 4
3 – 4 3 – 4 3 – 4 4 4 2 – 3 2 – 3 4 4 4 4 3 – 4
3 – 4 2 2 1 – 2 1 – 2 2 2 1 – 2 2 – 3 9 – 11 5
5 5
5 6 6 3 – 4 3 – 4 3 – 4 3 – 4 1 1 4 – 5 4 – 5 5 5 3 3 3 3 4
4 1 |
2 – 3 2 – 3 5 – 6 5 – 6 8 8 7
7 5 – 6 5 – 6 1 – 2 1 – 2 2 – 3
2 – 3 5 – 6 5 – 6 8 8 7
7 5 – 6 5 – 6 1 – 2 1 – 2 2
2 3 – 4 3 – 4 6 – 7 8 – 9 8 – 9 7 – 8
7 – 8 2 2 3 - 4
3 - 4 6 – 7 6 – 7 8 – 9 8 – 9
7 – 8
7 – 8 2 2 1 – 2
1 – 2 10 – 11
9 – 10 8
6 – 7
8
7 – 8 8
8
8 8 5 – 7 5 – 7 6 6 10 – 11
9 – 10 9 – 10
6 – 7 6 – 7 7 – 8
6
8
8 7 – 8
7 – 8 5 – 6 5 – 6 6 1 – 2
1 – 2 4 4 7 7 1 1 5 – 6 5 – 6 1 – 2
1 – 2 2 – 3 2 - 3 4 – 5 4 – 5 2 2 4 – 5 4 – 5 4 – 5 4 – 5 2 – 4
2 – 4 4 – 5 4 – 5 2 2 4 – 5 4 – 5 2 2 11 5
5 3 – 4
3 – 4 6 6 3 3 3 3 1 1 2 2 5 5 1 1 1 – 3 1 – 3 2
2 5 |
2130 2130
750
570
2500
1500
1000
1000
750 750 1000
3500
750
3000
750
1250
2500
1500 750
380
2500
1500 750
2500
1500
380
2500
380
2500
750 2500
1500 750
750
750
560
560
280
130
5500 1250
1250
380
80
1000
380
380
560
75 |
,МПа
В случае, если проектируемая скважина закладывается на месторождении, по которому имеется значительная информация по детальным геолого-геофизическим исследованиям, то классификацию пород разреза следует проводить с помощью таблицы 5. При этом результаты классификации необходимо сравнивать с данными, полученными по литолого-петрографическому признаку (табл. 4).
Диагностическая таблица по определению классификационных характеристик горных пород на основании их геолого-геофизической оценки
Таблица 6
Порода |
Общая пористость породы, % |
Плотность породы, δп кг/м3*10-3 |
Категория твёрдости, Т |
Среднее значение твёрдости рш, МПа |
Категория абразивности, А |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Известняк
Известняк доломитизированый
Известняк глиносодержащий
Известняк кремнистый
Доломит
Доломит известковистый
Доломит глиносодержащий
Песчаник с кварцевым цементом
Песчаник с глинистым цементом
Песчаник с карбонатным цементом
Песчаник с карбонатно-глинистым цементом
Алевролит с кварцевым цементом
Алевролит с глинистым цементом
Алевролит с карбонатным цементом
Алевролит с карбонатно-глинистым цементом
Глина
Глина алевролитовая
Глина карбонатная
Аргиллит
Аргиллит карбонатный
Аргиллит кремнистый
Мергель карбонатный
Мергель глинистый
Мергель алевритистый
Мел
Ангидрит
Гипс
Соль
Соль с примесями
Кремень
Пески
Рифогенные и трещиноватые породы
Породы трещиноватые с открытыми карстовыми каналами |
0–3 3-10 10-20 Выше 20
0-3 3-10 10-20 Выше 20
-
0-3 3-10 10-20 Выше 20
0-3 3-10 10-20 Выше 20
0-3 3-10 10-20 Выше 20
-
0-3 3-10 10-20 Выше 20
0-3 3-10 Выше 10
0-3 3-10 10-20 Выше 20
0-3 3-10 Выше 10
0-3 3-10 10-20 Выше 20
0-3 3-10 Выше 10
0-3 3-10 10-20 Выше 20 0-3 3-10 Выше 10
- -
- -
- -
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
|
2,72-2,67 2,67-2,55 2,55-2,38 Ниже 2,38
2,76-2,71 2,71-2,58 2,58-2,41 Ниже 2,41
-
2,70-2,65 2,65-2,53 2,53-2,36 Ниже 2,36
2,87-2,81 2,81-2,68 2,68-2,50 Ниже 2,50
2,83-2,78 2,78-2,65 2,65-2,46 Ниже 2,46
2,83
2,65-2,60 2,60-2,49 2,49-2,32 Ниже 2,32
2,67-2,62 2,62-2,50 Ниже 2,50
2,67-2,62 2,62-2,50 2,50-2,34 Ниже 2,34
2,67-2,62 2,62-2,50 Ниже 2,50
2,37-2,62 2,62-2,50 2,50-2,34 Ниже 2,34
2,65-2,60 2,60-2,50 Ниже 2,50
2,67-2,62 2,62-2,50 2,50-2,34 Ниже 2,34 2,67-2,62 2,62-2,50 Ниже 2,50
- -
- -
- -
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
|
7-6 5 4 4-3
7 6-5 5-4 4
4-5
8-7 6-5 5-4 4
9-7 7-5 5-4 4
8-7 6-5 5-4 4
5
7 6-5 4 3
6 5-4 4-3
7 6-5 4 3
7 6-5 4
7 6-5 4 3
6 5-4 4-3
7 6-5 4 3 7 6-5 4
3-2 2-1
4-3 3-2
4-3 3-2
3
3-4
5
4
4-3
4
1
5-4
3
3
4-3
9-11
1
1-6
1-6 |
2130 1250 750 570
2500 1500 1000 750
1000
3000 1500 1000 750
3500 2000 1000 720
3000 1500 1000 750
1250
2500 1500 750 380
1750 1000 560
2500 1500 750 380
2500 1500 750
2500 1500 750 380
1750 1000 560
2500 1500 750 380 2500 1500 750
280 130
560 280
560 280
380
560
1250
750
560
750
80
1000
380
380
560
5500
75
-
-
|
3 3 2,5 2,5
3,5 3 2,5 2
2
8 7 6 6
3,5 3 2,5 2
3,5 3 2,5 2
2,5
11 10 10 9
9 8 7
9 8 7 7
9 8 7
10 9 9 8
7 6 5
7 7 6 6 8 7 6
1,5 1
5 4
2 1,5
3
3
6
2
2
4
1
2
1
1
2
11
5
1-4
1-4
|
Необходимо отметить, что для выбора типа бурового долота важное значение имеет абразивность пород, определяемая по таблицам 5 и 6. В целом к числу малоабразивных пород следует отнести глины, глины карбонатные, известняки доломитизированные, глиносодержащие, доломиты известковые, глиносодержащие. Аргиллиты карбонатные, мергели, мел, ангидриты, гипс, соли, соли с примесями. Породы абразивные включают все типы песчаников, алевролитов, известняк кремнистый, пески, глины алевритовые, кремень.
3.2. Выбор класса бурового долота по характеру воздействия на горную породу.
Выбор производится по разработанной в ВНИИБТ диаграмме парных соответствий категорий твёрдости и абразивности классам буровых долот (диаграмма КТС), приведённой в таблице 7 [4,5]. Видно, что в левом нижнем углу диаграммы находится вероятная область применения долот режуще-скалывающего действия (лопастных). В правом нижнем углу размещена вероятная область применения долот истирающе-режущего действия (алмазных, алмазно-твёрдосплавных). Центральная часть диаграммы относится к долотам дробящее- скалывающего действия (шарошечным).
Классификационная таблица соответствия типов долот свойствам горных пород
Таблица 7
Примечание: А – соответствует средневзвешенным значениям категорий твёрдости и абразивности пород для интервала их одинаковой буримости: Г4 меньше, чем Г1, Г2,Г3, поэтому рекомендуется долото ТК.
Порядок выбора шарошечных долот для каждого интервала (пачки) рассматриваемого геологического разреза следующий. Для каждого характерного интервала (пачки) вычисляются средневзвешенные по толщине интервала категории КТ и абразивности КА. Например, пачка состоит на 16% из известняков 3-й категории, на 46% из известняков и доломитов 4-й категории, на 26% из доломитов 5-й категории и на 10% из доломитов 6-й категории твёрдости.
Абразивность пачки в цифровом выражении выглядит так: породы 4-й категории абразивности по толщине пачки составляют 20%, породы 5-й категории 40% и 6-й категории на 40%.
Средневзвешенные по толщине пачки категории твёрдости и абразивности составляют КТ=4,32 и КА=5,2. Считаем эти значения координатами КТС. Наносим значения на диаграмму, получая точку А. Выбор типа долота производится из условия минимальности расстояния от нанесённой точки А до эталонных (табличных) точек, нанесённых заранее на поле диаграммы. В нашем примере наименьшее расстояние от точки А до эталонной точки ТК, поэтому выбирается шарошечное долото типа ТК. В случае, если точка А равноудалена от двух эталонных точек, они объединяются конкурирующими вариантами типов долот. Выбор класса типа долот по диаграмме КТС носит предварительный характер.