4. Основные закономерности разрушения горных пород

Основным видом деформационного процесса, под действием которого породы в процессе бурения разрушаются, является вдавливание. Рассмотрим явления, происходящие в породе при действии на нее постепенно возрастающей местной нагрузки, передающейся через штамп. Первоначально порода уплотняется в непосредственной близости от площади контакта. Затем, когда нагрузка достигает некоторого критического значения, в породе образуется конусообразная трещина, вершина которой обращена к вдавливаемому телу. При дальнейшем увеличении нагрузки трещина продолжает развиваться в глубину; при этом образуется система хаотически расположенных трещин, порода в вершине конуса раздавливается в порошок, передающий давление во все стороны.

Под влиянием этого давления порода продолжает разрушаться до образования лунки. Описанный процесс внедрения штампа составляет один полный цикл разрушения. При дальнейшем нагружеиии штампа процесс во всех трех фазах повторяется. Такая цикличность разрушения свойственна хрупким, прочным горным породам. В хрупких, но менее прочных горных породах разрушение также носит цикличный, но менее скачкообразный характер.

Разрушение малопрочных пород носит плавный характер. Рассмотрим действие динамического вдавливания (ударов) на породу. Исследованиями установлено, что в результате ударов горные породы могут разрушаться при напряжениях меньше критических, соответствующих пределу прочности. Сам механизм разрушения аналогичен описанному выше. Число ударов по одному и тому же месту может быть значительным. С увеличением силы удара число их уменьшается, и при некотором значении силы разрушение наступает после первого же удара. Таким образом, горная порода может разрушаться при действии как статических, так и динамических нагрузок. Сила удара в процессе динамического разрушения зависит от величины нагрузки и скорости ее приложения. Эффект разрушения в значительной мере зависит от формы твердого тела, которым разрушают горную породу. Все эти и некоторые другие факторы оказывают влияние на объемную работу разрушения.

3. Способы бурения. Бурение глубоких скважин

   1. Классификация способов бурения

Целевое назначение скважины и ее глубина определяют способ бурения скважины, тип и состав бурильного инструмента. Существует целый ряд классификаций способов бурения. В качестве самой приемлемой и логичной нами приводится классификация С. С. Сулакшина, хотя и она не достаточно полно охватывает все способы бурения и требует некоторой корректировки. В табл. 3.1 дана классификация способов бурения скважин по С. С. Сулакшину с некоторыми уточнениями.

В данной классификации выделены три класса бурения пород, определены группы по характеру воздействия на горные породы, отнесены к определенным группам способы бурения.

Таблица 3.1

Классификация способов бурения скважин

Бурение пород		Способ бурения скважин
Класс	Группа (по характеру воздействия)
I. Бурение с по-мощью породоразрушающих инструментов	1. Механическое (дробление, резание, скалывание, истирание, уплотнение пород)	1.1. Вращательный 1.2. Ударный 1.3. Задавливанием (силовой) 1.4. Вибрационный 1.5. Ударно-(вибро-)вращательный
II. Бурение без породоразрушающих ин-струментов	2. Гидравлическое (размыв, дробление, истирание, скалывание пород) 3. Термическое (дробление, плавление) 4. Взрывное (дробление, скалывание) 5. Электрическое (плавление, дробление)	2.1. Гидродинамический 2.2. Гидроударный 2.3. Гидроэрозионный 2.4. Гидроимпульсный и др. 3.1. Термодинамический 3.2. Термоэлектрический и др. 4.1. С применением твердых взрывчатых веществ 4.2. С применением жидких взрывчатых веществ 5.1. Электроискровой или электроим-пульсный
III. Комбинированные способы бурения пород	6. Гидромеханическое 7. Термомеханическое 8. Взрывомеханическое	6.1. Гидромониторно-вращательный 7.1. Термовращательный 7.2. Вращательно-термоэлектрический 8.1. Взрыво-вращательный

В практике наиболее широко применяются механические способы бурения, а из них самое широкое распространение имеют механическое вращательное бурение глубоких скважин при производстве ГРР на нефть и газ и колонковое бурение – на твердые полезные ископаемые. Из способов II класса в промышленности применяются лишь огневое бурение (из группы термических способов) при проходке взрывных скважин в карьерах и гидродинамический способ бурения – для сооружения дренажных скважин в благоприятных горно-геологических условиях. В табл. 3.2 приведены основные характеристики механических способов бурения скважин (по С. С. Сулакшину).