20.5. Технологические режимы бурения

Бурение глин при бескерновом бурении ведут лопастными или шарошечными долотами типа М. Осевую нагрузку на 1 см шарошечного долота принимают по породам I-II категории 150-200 даН, III категории

200-250 даН.

Окружную скорость долота рекомендуется принимать для шарошечного долота по глинам I—II категории - 0,8-1,2 м/с, III ка­тегории - 1,2-1,4 м/с, лопастными долотами по породам I—II кате­гории - 0,8-1,6 м/с.

Скорость восходящего потока по глинам I-II категории при шарошечном бурении рекомендуется принимать 0,75-0,9 м/с, при бурении лопастными долотами - 0,4-1,2 м/с.

При колонковом бурении глинистых рыхлых пород технологические режимы те же, что и при бурении рассмотренных ранее рыхлых пород. Также используют способ "всухую", бурят с ограничением расхода промывочной жидкости, предохраняют керн от размывания при бурении и от выдавливания при подъеме снаряда.

Промывку скважин среднеуплотненных и уплотненных по род допускается вести на форсированных режимах бурения при максимально возможном расходе промывочной жидкости.

В водонасыщенных глинах, склонных к течению, может быть рекомендован [8] прием, предложенный Е.Г. Леоновым, B.C. Вайтенко, Д.В. Данышем: расширение ствола скважины в опасной зоне с помощью расширителя и других устройств из расчета времени, необходимого для безаварийной проходки ствола скважины через эту зону с дальнейшим перекрытием ее колонной обсадных труб. Время т рассчитывают по формуле

где и - диаметр ствола скважины после перебуривания пласта и после прохождения времени ; - скорость течения породы, определенная по данным кавернометрии.

Глава 21. Бурение микротрещиноватых глинистых пород

21.1. Микротрещиноватые горные породы. Осложнения

К твердым глинистым породам относят сцементиро­ванные (аргиллит), метаморфизованные (глинистый сланец) и уплотненные (мергель) породы.

Аргиллит - это сцементированная глинистая порода с твердостью по шкале Мооса не менее 3 (V категория по буримости). В отличие от глины она не набухает, не размокает и не дис­пергирует. При выветривании (при отсутствии большого горного давления, наличии влаги и других факторов, способствующих выветриванию породы) аргиллит вновь может переходить в глину.

В областях активной тектонической деятельности в резуль­тате радиальных и потенциальных сил вследствие относительно невысокой прочности и жестких связей между частицами многие аргиллиты (особенно на больших глубинах) пронизываются сис­темой микротрещин (часто невидимых простым глазом). Образец такой породы, погруженный в воду, из-за всасывания трещинами воды и ослабления связей разваливается на отдельные куски и кусочки (размокает).

Под воздействием горного давления отдельные блоки по­роды при наличии ориентированных в одном направлении (осо­бенно при наличии в них органических веществ) могут переме­щаться относительно друг друга. В таких горных породах часто наблюдаются "зеркала скольжения".

В трещинах относительно большого раскрытия возможна циркуляция подземных или гидротермальных вод, под воздейст­вием которых аргиллит выветривается, в трещинах появляются тонкие прослойки глины (глинка трения).

В контакте с водой микротрещиноватая порода впитывает в себя воду по трещинам, происходит ее "набухание" (увеличение объема), ослабление связей между кусочками породы, и под воздействием радиальной составляющей горного давления (ради­ального напряжения ) куски породы «выстреливают» в скважи­ну (стреляющие аргиллиты), а под воздействием тангенциальной , составляющей горного давления (тангенциального напряже ния ) - шелушение стенок скважин.

Набухание и размокание аргиллитов приводит к обрушени­ям и осыпаниям стенок скважин, к сложным авариям: прихвату и обрыву бурового снаряда, завалу скважины, кавернообразованию, а кавернообразование, в свою очередь, - к знакопеременным нагрузкам бурильных труб и их поломкам. Шлам, который скап­ливается в кавернах, - потенциальный источник прихвата бурово­го снаряда.

В процессе бурения величина раскрытия трещин за счет увеличения гидродинамического давления и размывания может увеличиваться, что приведет к потере промывочной жидкости и связанных с ней осложнениям.

На величину раскрытия трещин оказывает влияние в пер­вую очередь величина давления жидкости на стенки скважин. При повышении давления выше критического в непрочных по­родах раскрытие микротрещин возрастает до размеров, при ко­торых наблюдается значительная проницаемость породы. Такие: явления называют гидроразрывом пластов. Они характерны, на­пример, для глинистых пород с кливажной и тектонической трещиноватостью.

При повышении давления промывочной жидкости и увеличении раскрытия трещин скорость ее циркуляции возрастает, что ведет к размыванию стенок трещин, особенно в том случае, когда микротрещины заканчиваются более крупными трещинами и ка­вернами. С увеличением образования шлама интенсивность размывания трещин возрастает. С уменьшением давления промывочной жидкости скорость циркуляции ее понижается и возможно обратное явление - адсорбция твердой фазы промывочной жидко­сти на стенках трещины и постепенное ее заиливание.

На повышение величины раскрытия трещин влияют также осевая нагрузка и частота вращения бурового снаряда .

С увеличением осевой нагрузки увеличивается сила распо­ра в сжатой части колонны, что при вращении снаряда создает значительные радиальные нагрузки на стенки скважины, особен­но при вибрации снаряда. Вибрационные радиальные нагрузки способствуют усталостному разрушению горной породы и уг­лублению трещин. При увеличении частоты вращения снаряда повышается биение бурильной колонны и усталостное разруше­ние пород невысокой прочности.

Кроме того, усталостные разрушения стенок скважин при­водят к кавернообразованию, а разрушение керна - к снижению качества опробования.