4.2. Режими буріння свердловин

Ефективність руйнування породи долотом залежить від: осьового навантаження на долото, частоти його обертання, параметрів промивальної рідини, конструкції долота, властивостей породи та інших факторів. Деякими з них можна оперативно управляти.

Під режимом буріння розуміють сукупність факторів, які впливають на ефективність руйнування породи та інтенсивність зношування долота і якими можна оперативно управляти в період роботи долота на вибої. Ці фактори називають режимними параметрами.

До режимних параметрів належать:

1. осьове навантаження на долото Р_д.;

2. частота обертання долота ω_д.;

3. секундна витрата промивальної рідини Q;

4. параметри промивальної рідини.

Режими буріння поділяють на:

1. Звичайний:

а) оптимальний;

б) раціональний;

в) форсований (швидкісний або силовий).

2.Спеціальний.

Під оптимальним розуміють такий режим буріння, який забезпечує найвищу продуктивність праці при мінімальних затратах і якісне виконання поставленої задачі. Критерієм оптимізації є мінімум вартості одного метра проходки і максимум рейсової швидкості.

Під раціональним розуміють такий режим буріння, який забезпечує найкраще значення одного чи декількох показників при даному технічному оснащенні. (При певних можливостях виконання поставленої задачі відбувається швидше і дешевше).

Форсований режим – це такий, який призводить до збільшення швидкості буріння.

Форсування – це інтенсифікація процесу буріння за рахунок збільшення швидкості обертання долота або осьового навантаження на долото внаслідок чого зростає механічна швидкість буріння.

Швидкісний режим буріння – це такий, при якому інтенсифікація процесу руйнування породи досягається внаслідок збільшення швидкості обертання долота.

Силовий режим буріння – це такий, при якому інтенсифікація процесу руйнування досягається внаслідок збільшення осьового навантаження на долото.

Під спеціальним розуміють такий режим буріння, який забезпечує найкраще виконання тієї чи іншої спеціальної задачі (буріння похилоскерованих свердловин, буріння з відбором керна, буріння в продуктивному пласті, буріння в зонах ускладнень, попередження викривлення, аварійні роботи, тощо).

5. Фізико-механічні властивості гірських порід

5.1. Загальні відомості про гірські породи.

За походженням гірські породи розділяються на три групи:

1. Магматичні.

2. Осадові.

3. Метаморфічні.

Магматичні гірські породи(базальти, граніти та ін.) утворилися в результаті охолодження та затвердівання розплавленої магми.

Осадові породи (глини, вапняки, пісковики, кам'яна сіль і т.п.) виникли в результаті відкладення на дні стародавніх озер і морів частинок зруйнованих вивержених порід, солей та органічних речовин.

Метаморфічні гірські породи (мармур, гнейс, кристалічні сланці та ін.) утворилися в результаті дії на вапняки, сульфатні солі, глини та інші породи високих температур і тисків при занурюванні їх в надра землі.

Переважна більшість родовищ нафти і газу пов'язана з осадовими породами, які складають близько 5% маси земної кори. Основними мінералами, що входять до складу осадових гірських порід є монтморилоніт, каолініт, галуазит, кварц, кальцит, доломіт, ангідрит, гіпс, та деякі мінерали групи алюмосилікатів.

Осадові породи, залежно від кількості мінеральних компонентів, що входять їх до складу, діляться на: прості (мономінеральні) і складні (полімінеральні). До мономінеральних осадових порід належать галіт, кам'яна сіль, гіпси, ангідрити, вапняки, доломіти, викопний лід. До полімінеральних– пісковики, глини, сланці, конгломерати.

Родовища нафти і газу утворюються в породах, які представлені в основному глинами, пісками, пісковиками, доломітами, ангідритами, солями, гіпсами. Знання будови, складу та властивостей осадових порід дозволяє вибрати найефективніші способи та засоби для їх руйнування, забезпечити максимально можливе видобування із земних надр нафти та газу.

Під структурою породи розуміють особливості її будови, які обумовлені формою, розміром і характером поверхні породоутворюючих мінералів, а також характером зв'язку між ними. За своєю структурою всі осадові породи поділяються на кристалічні та уламкові.

До кристалічних належать органогенні та хемогенні породи. Найпоширеніші породи карбонатні (вапняки, доломіти, мергелі), сульфатні (гіпси, ангідрити), галогенні (кам'яна сіль) та кременисті (діатоміти, опоки, кремні).

Уламкові породи поділяють на:

а) грубоуламкові з розміром уламків більше 2 мм (гравій, галька, брекчія);

б) піскові з розміром уламків від 0,1 до 2 мм(незцементовані породи і пісковики);

в) дрібноземи з розміром від 0,01 до 0,1 мм(алевроліти, суглинки, супіски, лес);

г) глинисті з розміром частинок менше 0,01 мм(глини, аргіліти, глинисті сланці)складають біля 55% маси осадових порід.

За природою сил зчеплення між частинками осадові породи поділяють на три основні групи:

а) скельові (пісковик, вапняк, мергель) в яких сили зчеплення характеризуються молекулярним притяганням частинок одна до одної, а також наявністю сил тертя;

б) зв'язані або пластичні (глинисті породи) в яких сили зчеплення характеризуються взаємодією колоїдних частинок, які адсорбуються на поверхні уламків, а також наявністю сил тертя;

в) сипучі (піски), які не мають зчеплення в сухому стані та при повному насиченні водою, при обмеженому насиченні водою у цих порід існують сили зчеплення, обумовлені тертям.

Породам властиві сили внутрішнього тертя, які залежать від сил притиску частинок між собою.

У кристалічних породах кристали зв'язані між собою силами молекулярної взаємодії у місцях контакту. В уламкових породах зв'язок між уламками здійснюється з допомогою сторонніх цементуючих речовин (кременистий, карбонатний, залізний, глинистий цемент).

Під текстурою розуміють особливості будови породи, обумовлені взаємним просторовим розміщенням кристалів або уламків: шаруватість, сланцюватість, пористість, тріщинуватість. Шаруватість виявляється у зміні петрографічного складу порід у вертикальному напрямку. Сланцювата текстура виникає під дією високих тисків і температур та в результаті перекристалізації мінеральних речовин.

З текстурою порід зв'язана їх анізотропність – відмінність властивостей в різних напрямках.

Коефіцієнтом анізотропії називають відношення показника властивостей (наприклад міцності) у напрямку, паралельному площині шаруватості (сланцюватості), до показника цієї ж властивості у перпендикулярному до неї напрямку.

Між твердими мінеральними зернами осадової породи є різні за походженням, формою та розміром пори.

Загальною пористістю називають сумарний об'єм пор, які містяться в1 м³ породи, виражений у відсотках.

Ефективною пористістю називається сумарний об'єм пор сполучених між собою і якими може перетікати пластовий флюїд під дією існуючих в природі градієнтів тисків в 1 м³породи.

У породах є деяка кількість замкнутих, а також капілярних і субкапілярних пор, якими рух при існуючих градієнтах тисків практично не можливий.

Пористість породи залежить від її петрографічного складу, глибини залягання в земній корі, ступеня зруйнованості під дією тектонічних сил, лугів, перекристалізації та інших факторів.

Тріщинуватість порід пов'язана з тектонічними рухами земної кори, а також з процесами перекристалізації. Тріщини можуть бути вертикальними, горизонтальними і похилими.