ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Томский политехнический университет»

В.Д. Евсеев физика разрушения горных пород при бурении нефтяных и газовых скважин

Допущено Учебно-методическим объединением вузов

Российской Федерации по нефтегазовому образованию в качестве

учебного пособия для подготовки дипломированных специалистов

по специальности 130504 «Бурение нефтяных и газовых скважин»

направления 130500 «Нефтегазовое дело»

Издательство ТПУ

Томск 2004

УДК 622.24

Е42

Евсеев В. Д.

Е42 Физика разрушения горных пород при бурении нефтяных и газовых скважин: Учебное пособие. – Томск: Изд.- во ТПУ, 2004. – 151 с.

­

В учебном пособии рассматриваются особенности строения горных пород. Уделено внимание изложению основ реологии, математическому описанию деформационного поведения горных пород, находящихся в различных напряженных состояниях. Рассматриваются физические аспекты разрушения горных пород при бурении нефтяных и газовых скважин: действие статических и динамических нагрузок, влияние забойных условий, параметров режима бурения.

Предназначено для студентов очного и заочного обучения направления 130500 «Нефтегазовое дело», будет полезно студентам других направлений и специальностей, обучающихся в институте геологии и нефтегазового дела ТПУ.

УДК 622.24

Рекомендовано к печати Редакционно-издательским советом

Томского политехнического университета

Рецензенты

Доктор физико-математических наук,

заведующий лабораторией структурно-неоднородных сред

ИФПМ СО РАН, (г.Томск)

П.В.Макаров

Начальник ПТО ОАО «Нефтепромбурсервис»

А.С. Бубнов

© Томский политехнический университет, 2004

© Оформление. Издательство ТПУ, 2004

Введение

Разрушение горных пород забоя при бурении скважины происходит в условиях действия многочисленных факторов. К этим факторам следует отнести рост с увеличением глубины скважины геостатического давления, присутствие бурового раствора в зоне разрушения горных пород, наличие высокого гидродинамического давления в скважине и наличие пластового (порового) давления в разрушаемой горной породе, увеличение температуры горной породы с глубиной скважины. Сюда же следует отнести и то, что горная порода забоя скважины испытывает различные нагрузки: cтатические, динамические, циклические со стороны бурового раствора и породоразрушающего инструмента. В последнем случае породоразрушающие элементы вооружения (зубцы шарошечного долота, например) не только наносят удар по забою, в результате которого в глубь породы забоя и по его поверхности распространяются различные по природе волны, отражающиеся от многочисленных адгезионных границ, внедряются в него, создавая под пятном контакта сложное напряженное состояние сжатия, срезают слой горной породы забоя тангенциальной нагрузкой. Эффективным разрушение горной породы на забое скважины будет только тогда, когда естественное развитие разрушения горной породы на забое при действии породоразрушающего инструмента будет искусственно усиливаться деятельностью буровика, сознательно управляющего процессом разрушения. Последнее возможно только в том случае, когда у буровика имеется понимание того, как происходит разрушение горной породы на забое скважины при действии породоразрушающего инструмента.

Для приближения к этой цели необходимо знать основы математического описания напряженно-деформированного состояния горных пород, находящихся под нагрузкой, деформационное поведение горной породы при механическом нагружении, основы реологии. Необходимо отчетливо понимать различие в развитии трещин в горных породах, подверженных сжимающими и растягивающими усилиями, понимать механизмы влияния бурового раствора на развитие разрушения и пр. Между тем, в учебниках, рекомендуемых для изучения дисциплин «Физика разрушения горных пород», «Разрушение горных пород при бурении скважин», этим вопросам уделено недостаточно внимания. Данное пособие призвано восполнить этот пробел.

При написании учебного пособия принималось во внимание, что студенты освоили дисциплины «Высшая математика», «Физика», «Инженерная геология», «Механика сплошной среды» учебного плана подготовки бакалавра техники и технологии направления 130500 «Нефтегазовое дело».