6.2.3. Оценка степени устойчивости горных пород в стенках скважин
Наиболее опасной зоной, где интенсивно разрушаются горные породы, является контур скважины и прилегающая к скважине часть породы. Концентрация напряжений в этой области достигает максимума, за счет чего происходят нарушения устойчивости стенок скважины в виде следующих осложнений:
обрушения стенок скважины;
обвалы стенок скважины;
осыпания стенок скважины;
выпучивания стенок скважины.
Таблица 6.3 - Классификация горных пород по трещиноватости для колонкового вращательного бурения (ВИТР)
Группы горных пород по трещиноватости |
Степень трещиноватости горных пород |
Критерии оценки степени трещиноватости горных пород |
||
удельная кусковатость керна Куд, шт/м |
показатель трещинова-тости W, ед/об |
выход керна Вк, % |
||
1 |
Монолитные |
1-5 |
до 0.50 |
100-70 |
2 |
Слаботрещиноватые |
6-10 |
0.51-1.00 |
90-60 |
3 |
Трещиноватые |
11-30 |
1.01-2.00 |
80-50 |
4 |
Сильнотрещиноватые |
31-50 |
2.01-3.00 |
70-40 |
5 |
Весьма и исключительно сильнотрещиноватые |
51 и более |
3.01 и более |
60-30 и менее |
При разработке технологии бурения, в первую очередь, при проектировании конструкции скважины и разработке мер профилактики и устранения возможных осложнений и аварий в скважине, существенное значение имеет оценка устойчивости пород в стенках скважины. Для такой оценки рекомендуется классификация горных пород по степени устойчивости их в стенках скважины в процессе бурения, исходя из принципов защиты стенок от горного давления, механического разрушения очистным агентом и вибрирующим буровым снарядом и от физико-химического изменения горных пород (табл. 6.4).
Руководствуясь этой классификацией, можно в первом приближении оценить возможные осложнения в процессе бурения скважин и число зон осложнений, определить рациональную методику и технологию по борьбе с осложнениями, а также выбрать эффективные технические средства для проведения профилактических или изоляционных работ в породах различной степени устойчивости.
Таким образом, в результате типизации геологических условий может быть выделено 5 групп пород по твердости, каждая из которых, в свою очередь, разделяется на 5 групп по трещиноватости и 4 группы по сложности.
6.3. Выбор способа бурения
Выбор способа бурения функционально зависит от ряда факторов.
Оценивая в совокупности требования геологического задания, целевое назначение скважин, учитывая установленные значения м и категорию пород по буримости, а также степень сложности геологического разреза будущей скважины, выбирают в соответствии с рекомендациями табл. 6.5 и 6.6 способ разрушения горных пород. Приведенные рекомендации предусматривают наиболее часто встречающиеся условия. Способ бурения и применяемые технические средства для экстремальных условий (решение специальных геологических задач, необычно сложные горно-геологические условия) могут отличаться от рекомендованных.
Весьма существенным для выполнения поставленной геологической задачи является необходимость получения представительного и кондиционного количества керна. Эта задача также является первостепенной при выборе способа бурения и решается путем применения специальных колонковых наборов - двойных (тройных) труб (ДКН), снарядов со съемными керноприемниками (ССК), эрлифтных и эжекторных комплектов и других (см. табл. 6.5).
Таблица 6.4 - Классификация горных пород по степени устойчивости в стенках скважины (ВИТР)
Группа пород по устойчивости |
Степень устойчивости |
Характеристика пород по устойчивости |
Горно-геологическая характеристика пород |
I |
Устойчивые |
Практически не разрушаемые гидро-динамическими нагрузками и вибра-циями бурового снаряда |
Монолитные и слаботрещиноватые, IX-XII категории по буримости |
II |
Среднеустойчивые |
Разрушаемые гидроди-намическими нагрузками и вибрациями снаряда |
Различной степени трещиноватости, перемежающиеся по твердости, IV-VIII |
III |
Малоустойчивые |
Легко разрушаемые и растворимые (минеральные соли) и многолетне-мерзлые породы |
Малой твердости, хрупкие и высокопластичные, III-V |
IV |
Неустойчивые |
Легко разрушаемые и размываемые |
Рыхлые, сыпучие, плывучие, I-II |
Таблица 6.5 - Рекомендации по выбору способа бурения и типа колонкового снаряда (ВИТР)
Группа пород |
Характеристика пород |
Рекомендуемый способ бурения (разрушения пород) |
Группа пород по трещино-ватости |
Колонковый снаряд |
||
По твердости |
Показатель м |
Категория по буримости |
||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
I |
В высшей степени твердые |
51 - 115 |
XI - XII |
Алмазный |
1 |
ОКТ, ТДН-УТ |
II |
Очень твердые и твердые |
15 - 51 |
VIII - X |
Алмазный, шарошечный, алмазно-гидроударный |
1 2 - 3 4 - 5 |
ОКТ, ТДН-УТ, ССК, КССК ТДН-2,ОКТ, ССК, КССК ССК, ТДН-4, ТДН-0, КОЭН |
III |
Средней твердости |
6,8 - 15 |
VI - VII |
Алмазный, твердосплавный, гидроударный, шарошечный, пневмоударный |
1 2 - 3 4 - 5 |
ОКТ, ТДН-УТ, ССК, КССК ТДН-2, ССК, КССК, ОКТ ССК, КССК, ТДН-4, ТДН-0, КОЭН, спец.снаряды |
IV |
Малой твердости |
3,0 - 6,8 |
IV - V |
Твердосплавный, алмазный, пневмоударный, лопастными долотами |
4 - 5 |
КОЭН, спец.снаряды, ОКТ |
V |
Мягкие (рыхлые, сыпучие, размыва-емые, плывучие) |
1 - 3 |
I - III |
Твердосплавный, шнековый, лопастными долотами |
5 |
КОЭН, спец.снаряды, полые шнеки |
Расшифровка индексов: ОКТ - одинарная колонковая труба; ТДН-УТ - труба двойная с невращающейся внутренней трубой со стандартными коронками; ССК, КССК - снаряды со съемным керноприемником; ТДН-2, ТДН-4 – труба двойная со специальными коронками; ТДН-0 - труба двойная с обратной призабойной промывкой; КОЭН - комплект оборудования для эрлифтного бурения; Спец.снаряды - снаряды местных конструкций (для отбора керна по шламу, пневмоударные и другие). |
||||||
Таблица 6.6 - Выбор способа разведочного бурения в зависимости от показателя м (категории по буримости пород) и технических возможностей породоразрушающего инструмента. (по Н.И. Любимову и др.)
Способ бурения |
м (категория по буримости) |
||||||||
менее 6,8 (I-IV) |
6,8 (V) |
10,1 (VI) |
15,2 (VII) |
22,8 (VIII) |
34,2 (IX) |
51,2 (X) |
76,8 (XI) |
более 115 (XII) |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Вращательное |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
комплексами с гидротранспортом керна: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
комплексами со съемными керноприемниками: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- ССК |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вращательно-ударное |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
гидроударными высокочастотными машинами: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- твердосплавное |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- алмазное |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ударно-вращательное |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
П римечание. Обозначение рациональных областей применения способов бурения: VI-IX категорий по буримости; - дополнительная для пневмоударных машин. |
|||||||||
твердосплавное
долотами
разных типов
твердосплавное
алмазное
высокообортное
алмазное
обычное
алмазное
КССК
гидроударными
машинами
пневмоударными
машинами
-
основная область применения;
-
дополнительная в породах I-V
категорий с включениями до 10% пород