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]:
- геолого-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 ВНИИБТ 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
|
Плотная
|
Нет
|
Нет
|
Слабая
|
5 – 6
|
2 – 3
|
2130
|
“
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
5 – 6
|
2 – 3
|
2130
|
“
|
“
|
Eсть
|
“
|
Слабая
|
6
|
5 – 6
|
|
“
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
6
|
5 – 6
|
|
“
|
“
|
“
|
Есть
|
Слабая
|
7 – 8 |
8
|
|
“
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
7 – 8
|
8
|
|
“
|
Пористо-кавернозная |
“
|
“
|
Слабая
|
5 – 7 |
7
|
|
“
|
То же
|
“
|
“
|
Сильная
|
5 – 7
|
7
|
750
|
“
|
“
|
“
|
Нет
|
Слабая
|
3
|
5 – 6
|
|
“
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
3
|
5 – 6
|
570
|
“
|
“
|
Нет
|
“
|
Слабая
|
3 – 4
|
1 – 2
|
|
“
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
3 – 4
|
1 – 2
|
|
Известняк долотимизи-рованный |
Плотная
|
Нет
|
Нет
|
Слабая
|
5 – 6
|
2 – 3
|
2500
|
То же
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
5 – 6
|
2 – 3
|
1500
|
“
|
“
|
Есть
|
“
|
Слабая
|
6
|
5 – 6
|
|
“
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
6
|
5 – 6
|
|
“
|
“
|
“
|
Есть
|
Слабая
|
7 – 8
|
8
|
1000
|
“
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
7 – 8
|
8
|
|
“
|
Пористо-кавернозная
|
“
|
“
|
Слабая
|
5 - 7
|
7
|
|
“
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
5 – 7
|
7
|
1000
|
“
|
“
|
“
|
Нет
|
Слабая
|
3
|
5 – 6
|
|
“
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
3
|
5 – 6
|
|
“
|
“
|
Нет
|
“
|
Слабая
|
3 – 4
|
1 – 2
|
750
|
“
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
3 – 4
|
1 – 2
|
750
|
Известняк глинистый |
Плотная
|
“
|
“
|
Слабая
|
5
|
2
|
1000
|
То же
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
5
|
2
|
|
Доломит
|
“
|
“
|
“
|
Слабая
|
7 – 8
|
3 – 4
|
3500
|
“
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
7 – 8
|
3 – 4
|
|
“ |
“ |
Есть |
“ |
Слабая |
8 – 9 |
6 – 7 |
|
“
|
“
|
“
|
Есть
|
“
|
9 – 10
|
8 – 9
|
|
“
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
9 – 10
|
8 – 9
|
|
“
|
Пористо-кавернозная
|
Есть
|
Есть
|
Слабая
|
6 – 7
|
7 – 8
|
|
“
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
6 – 7
|
7 – 8
|
750
|
“
|
“
|
Нет
|
Нет
|
Слабая
|
5 – 6
|
2
|
|
“
|
“
|
“
|
“ |
Сильная
|
5 – 6
|
2
|
3000
|
Доломит известковый
|
Плотная
|
“ |
“
|
Слабая
|
7 – 8
|
3 - 4
|
|
То же
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
7 – 8
|
3 - 4
|
|
“
|
“
|
Есть
|
“
|
Слабая
|
8 – 9
|
6 – 7
|
|
“
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
8 – 9
|
6 – 7
|
|
“
|
“ |
Есть или нет
|
Есть
|
Слабая
|
9 – 10
|
8 – 9
|
750
|
Доломит известковый
|
Плотная
|
Есть или нет
|
Есть
|
Сильная
|
9 – 10
|
8 – 9
|
|
То же
|
Пористо-кавернозная
|
То же
|
“
|
Слабая
|
6 – 7
|
7 – 8
|
|
“
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
6 – 7
|
7 – 8
|
|
“
|
“
|
Нет
|
Нет
|
Слабая
|
5 – 6
|
2
|
|
“
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
5 – 6
|
2
|
|
Доломит глинистый
|
Плотная
|
“
|
“
|
Слабая
|
4 – 5
|
1 – 2
|
1250
|
То же
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
4 – 5
|
1 – 2
|
|
Песчаник с кварцевым цементом |
“
|
Есть
|
Есть
|
Слабая
|
8 – 10
|
10 – 11
|
2500
|
То же
|
Пористая
|
Есть
|
Есть
|
Слабая
|
5 – 7
|
9 – 10
|
1500
|
“
|
Пористо-кавернозная
|
“
|
Нет
|
“
|
3 – 4
|
8
|
750
|
“
|
Очень пористая
|
“
|
Есть
|
“
|
5
|
6 – 7
|
380
|
Песчаник с карбонатно-глинистым цементом
|
Плотная
|
“
|
“
|
“
|
7
|
8
|
2500
|
То же
|
Пористая |
“
|
“
|
“
|
5 - 6
|
7 – 8
|
1500
|
“
|
Пористо-кавернозная
|
“
|
“
|
“
|
5
|
8
|
750
|
Песчаник с карбонатно-глинистым цементом
|
Плотная
|
“
|
“
|
Сильная
|
5
|
8
|
|
То же
|
“
|
“
|
Нет
|
Слабая
|
3 – 4
|
8
|
|
“
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
3 – 4
|
8
|
|
“
|
Пористая
|
“
|
“ |
Слабая
|
2 – 3
|
5 – 7
|
|
“ |
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
2 – 3
|
5 – 7
|
|
“
|
“ |
“ |
Есть
|
Слабая
|
3 – 4
|
6
|
|
“
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
3 – 4
|
6
|
|
Алевролит с кварцевым цементом
|
Плотная
|
Есть
|
Есть
|
Слабая
|
8 – 10
|
10 – 11
|
2500
|
То же
|
Пористая
|
“
|
“
|
“
|
5 – 7
|
9 – 10
|
1500
|
“
|
Пористо-кавернозная
|
“
|
Нет
|
“
|
3 – 4
|
9 – 10
|
|
“
|
“
|
“
|
Есть
|
“
|
5
|
6 – 7
|
380
|
“
|
Плотная
|
“
|
“ |
“
|
8
|
6 – 7
|
|
Алевролит с карбонатным цементом
|
Пористая
|
“
|
“
|
“ |
5 – 6
|
7 – 8
|
2500
|
То же
|
Пористо-кавернозная
|
“
|
“
|
“
|
3 – 4
|
6
|
380
|
Алевролит с карбонатно-глинистым цементом
|
Плотная
|
“
|
“
|
Слабая
|
5
|
8
|
2500
|
То же
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
5
|
8
|
750
|
Алевролит с карбонатно-глинистым цементом
|
Плотная
|
Есть
|
Есть
|
Слабая
|
4 – 5
|
7 – 8
|
2500
|
То же
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
4 – 5
|
7 – 8
|
1500
|
“ |
Пористая
|
“
|
Нет
|
Слабая
|
2 – 3
|
5 – 6
|
750
|
“
|
“ |
“
|
“
|
Сильная
|
2 – 3
|
5 – 6
|
|
“ |
“
|
“
|
Есть
|
Слабая
|
3 – 4
|
6
|
|
Мергель карбонатный |
Плотная
|
Нет
|
Нет
|
“
|
4
|
1 – 2
|
750
|
То же
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
4
|
1 – 2
|
|
“
|
“
|
Есть
|
“
|
Слабая
|
4
|
4
|
750
|
“
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
4
|
4
|
|
“
|
“
|
Есть или нет
|
Есть
|
Слабая
|
5
|
7
|
|
“
|
“
|
То же
|
“
|
Сильная
|
5
|
7
|
|
“
|
Пористая
|
“
|
Нет
|
Слабая
|
2 – 3
|
1
|
|
“
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
2 – 3
|
1
|
|
“
|
“
|
“
|
Есть
|
Слабая
|
4
|
5 – 6
|
|
“
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
4
|
5 – 6
|
|
Продолжение таблицы 5 |
|||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
Мергель глинистый
|
Плотная
|
Нет
|
Нет
|
Слабая
|
3 – 4
|
1 – 2
|
560
|
То же
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
3 – 4
|
1 – 2
|
|
“
|
“
|
Есть или нет
|
“
|
Слабая
|
3 – 4
|
2 – 3
|
|
“
|
“
|
Есть
|
“
|
Сильная
|
3 – 4
|
2 - 3
|
|
“
|
“
|
“
|
“
|
Слабая
|
4
|
4 – 5
|
|
“
|
“
|
Нет
|
“ |
Сильная
|
4
|
4 – 5
|
|
“
|
Пористая
|
“
|
“
|
Слабая
|
2 – 3
|
2
|
|
“
|
“
|
Есть или нет
|
“
|
Сильная
|
2 – 3
|
2
|
|
“
|
“
|
То же
|
Есть
|
Слабая
|
4
|
4 – 5
|
|
“
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
4
|
4 – 5
|
|
“
|
“
|
“
|
“
|
Слабая
|
4
|
4 – 5
|
|
“
|
“
|
“ |
“
|
Сильная
|
4
|
4 – 5
|
|
Глина карбонатная
|
Плотная
|
“
|
“
|
Слабая
|
3 – 4
|
2 – 4
|
560
|
То же
|
“
|
Есть
|
“
|
Сильная
|
3 – 4
|
2 – 4
|
280
|
“
|
“ |
“
|
Нет
|
Слабая
|
2
|
4 – 5
|
|
“
|
“
|
Нет
|
“
|
Сильная
|
2
|
4 – 5
|
|
“
|
Пористая
|
“
|
“
|
Слабая
|
1 – 2
|
2
|
|
“
|
“
|
Есть или нет
|
“
|
Сильная
|
1 – 2
|
2
|
|
“
|
“
|
То же
|
Есть
|
Слабая
|
2
|
4 – 5
|
|
“
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
2
|
4 – 5
|
|
Глина
|
“ |
“
|
Нет
|
Слабая
|
1 – 2
|
2
|
130
|
“
|
Плотная
|
“
|
“
|
“
|
2 – 3 |
2
|
|
Продолжение таблицы 5 |
|||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
Кремень |
“ |
Нет |
“ |
“ |
9 – 11 |
11 |
5500 |
Аргиллит кремнистый |
“
|
Есть или нет
|
Есть
|
“
|
5
|
5
|
1250
|
То же
|
“
|
То же
|
“
|
Сильная
|
5
|
5
|
1250
|
Аргиллит кремнистый |
Плотная
|
Есть или нет
|
Нет
|
Слабая
|
5
|
3 – 4
|
|
То же
|
“
|
То же
|
“
|
Сильная
|
5
|
3 – 4
|
|
“
|
“
|
Есть
|
Есть
|
Слабая
|
6
|
6
|
|
“
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
6
|
6
|
|
“
|
“
|
Есть или нет
|
нет
|
Слабая
|
3 – 4
|
3
|
|
“
|
“
|
То же
|
“
|
Сильная
|
3 – 4
|
3
|
|
Аргиллит
|
“
|
“
|
“
|
Слабая
|
3 – 4
|
3
|
380
|
“
|
“ |
“ |
“
|
Сильная
|
3 – 4
|
3
|
|
Мел
|
“
|
Нет
|
“ |
Слабая
|
1
|
1
|
80
|
“
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
1
|
1
|
|
Ангидрит
|
“
|
“
|
“
|
Слабая
|
4 – 5
|
2
|
1000
|
“
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
4 – 5
|
2
|
|
“
|
“
|
Есть
|
“
|
Слабая
|
5
|
5
|
|
“
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
5
|
5
|
|
Гипс
|
“
|
Нет
|
“
|
Слабая
|
3
|
1
|
380
|
“
|
“ |
“
|
“ |
Сильная
|
3
|
1
|
|
Галит
|
“
|
“
|
“
|
Слабая
|
3
|
1 – 3
|
380
|
“
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
3
|
1 – 3
|
|
Галит с примесями карбонатов |
“
|
“ |
“
|
Слабая
|
4
|
2
|
560
|
То же
|
“
|
“
|
“
|
Сильная
|
4
|
2
|
|
Пески |
“ |
“ |
“ |
“ |
1 |
5 |
75 |
,МПаВ 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 [3]. При этом результаты классификации необходимо сравнивать с данными, полученными по геолого-геологическому признаку (таблица 6).
Таблица 6 – Диагностическая таблица по определению классифика-
ционных характеристик горных пород на основании их
геолого-геофизической оценки
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
|
0–3 3-10 10-20 Выше 20 |
2,72-2,67 2,67-2,55 2,55-2,38 Ниже 2,38 |
7-6 5 4 4-3 |
2130 1250 750 570 |
3 3 2,5 2,5 |
Известняк доломитизированный
|
0-3 3-10 10-20 Выше 20 |
2,76-2,71 2,71-2,58 2,58-2,41 Ниже 2,41 |
7 6-5 5-4 4 |
2500 1500 1000 750 |
3,5 3 2,5 2 |
Известняк глиносодержащий
|
-
|
-
|
4-5
|
1000
|
2
|
Известняк кремнистый
|
0-3 3-10 10-20 Выше 20
|
2,70-2,65 2,65-2,53 2,53-2,36 Ниже 2,36 |
8-7 6-5 5-4 4 |
3000 1500 1000 750 |
8 7 6 6
|
Доломит
|
0-3 3-10 10-20 Выше 20
|
2,87-2,81 2,81-2,68 2,68-2,50 Ниже 2,50 |
9-7 7-5 5-4 4 |
3500 2000 1000 720 |
3,5 3 2,5 2 |
Доломит известковистый
|
0-3 3-10 10-20 Выше 20 |
2,83-2,78 2,78-2,65 2,65-2,46 Ниже 2,46 |
8-7 6-5 5-4 4 |
3000 1500 1000 750 |
3,5 3 2,5 2 |
Доломит глиносодержащий |
-
|
2,83
|
5
|
1250
|
2,5
|
Песчаник с кварцевым цементом |
0-3 3-10 10-20 Выше 20 |
2,65-2,60 2,60-2,49 2,49-2,32 Ниже 2,32 |
7 6-5 4 3 |
2500 1500 750 380 |
11 10 10 9 |
Песчаник с глинистым цементом |
0-3 3-10 Выше 10 |
2,67-2,62 2,62-2,50 Ниже 2,50
|
6 5-4 4-3
|
1750 1000 560
|
9 8 7
|
Песчаник с карбонатным цементом |
0-3 3-10 10-20 Выше 20 |
2,67-2,62 2,62-2,50 2,50-2,34 Ниже 2,34 |
7 6-5 4 3 |
2500 1500 750 380 |
9 8 7 7 |
Песчаник с карбонатно-глинистым цементом |
0-3 3-10 Выше 10 |
2,67-2,62 2,62-2,50 Ниже 2,50
|
7 6-5 4
|
2500 1500 750
|
9 8 7
|
Алевролит с кварцевым цементом |
0-3 3-10 10-20 Выше 20 |
2,37-2,62 2,62-2,50 2,50-2,34 Ниже 2,34 |
7 6-5 4 3 |
2500 1500 750 380 |
10 9 9 8 |
Алевролит с глинистым цементом |
0-3 3-10 Выше 10
|
2,65-2,60 2,60-2,50 Ниже 2,50
|
6 5-4 4-3
|
1750 1000 560
|
7 6 5
|
Алевролит с карбонатным цементом |
0-3 3-10 10-20 Выше 20 |
2,67-2,62 2,62-2,50 2,50-2,34 Ниже 2,34 |
7 6-5 4 3 |
2500 1500 750 380 |
7 7 6 6 |
Алевролит с карбонатно-глинистым цементом |
0-3 3-10 Выше 10
|
2,67-2,62 2,62-2,50 Ниже 2,50
|
7 6-5 4
|
2500 1500 750
|
8 7 6
|
Глина
|
- - |
- - |
3-2 2-1 |
280 130 |
1,5 1 |
Глина алев-ролитовая |
- -
|
- -
|
4-3 3-2
|
560 280
|
5 4
|
Глина карбонатная |
- -
|
- -
|
4-3 3-2
|
560 280
|
2 1,5
|
Аргиллит
|
-
|
-
|
3
|
380
|
3
|
Аргиллит карбонатный |
-
|
-
|
3-4
|
560
|
3
|
Аргиллит кремнистый |
-
|
-
|
5
|
1250
|
6
|
Мергель карбонатный |
-
|
-
|
4
|
750
|
2
|
Мергель глинистый
|
-
|
-
|
4-3
|
560
|
2
|
Мергель алевритистый |
-
|
-
|
4
|
750
|
4
|
Мел
|
-
|
-
|
1
|
80
|
1
|
Ангидрит
|
-
|
-
|
5-4
|
1000
|
2
|
Гипс
|
-
|
-
|
3
|
380
|
1
|
Соль
|
-
|
-
|
3
|
380
|
1
|
Соль с примесями
|
-
|
-
|
4-3
|
560
|
2
|
Продолжение таблицы 6 |
|||||
Кремень
|
-
|
-
|
9-11
|
5500
|
11
|
Пески
|
-
|
-
|
1
|
75
|
5
|
Рифогенные и трещиноватые породы |
-
|
-
|
1-6
|
-
|
1-4
|
Породы трещиноватые с открытыми карстовыми каналами |
-
|
-
|
1-6 |
-
|
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.