5.3. Оcновные технологические характеристики горных пород

К основным технологическим характеристикам, оказывающим преобладающее влияние на эффективность бурения являются трещиноватость, абразивность, набухаемость и буримость горных пород.

Трещиноватость и выветривание горных пород

На процесс бурения существенное влияние оказывает трещиноватость горных пород. Трещиноватость пород приводит при бурении к выкрашиванию резцов, вибрации и самозаклинке керна. Все это резко снижает производительность бурения. Трещиноватость горных пород приводит к обвалу стенок скважины, авариям частичной или полной потере промывочной жидкости и осложнениям. И, наконец, трещиноватость пород снижает выход керна.

Трещиноватость горных пород может быть различного происхождения и характера. Выделяют тектоническую трещиноватость, трещины отдельности, напластования, выветривания и др. Тектонические реформации приводят к образованию трещин отрыва, сжатия и скола. Трещины выветривания являются дальнейшим развитием текноческой трещиноватости. Процессы выветривания приводят не только к механическому распаду горной породы, но и к химическому разложению минеральных составляющих и появлению глинистых минералов. Все это резко сказывается на показателях прочности.

По степени трещиноватости горные породы делятся на микротрещиноватые (сланцеватые), слаботрещиноватые, трещиноватые, сильнотрещиноватые и кавернозные.

По степени выветренности они подразделяются на слабовыветренные (затронутые выветриванием), выветренные и сильновыветренные.

Абразивность горных пород

Абразивность – это способность горной породы изнашивать буровой наконечник при бурении. Абразивность зависит от твердости минеральных зерен, слагаемых горную породу, сцепление этих зерен кристаллизационных связей и цемента, размеров и формы зерен, плотности и степени трещиноватости горной породы. Из минеральных составляющих наибольшее влияние на абразивность оказывают кварц и каркасные селикаты. Как правило, кварцевые и окремненные породы являются абразивными. Чем больше кварца, тем абразивнее порода. Горные породы, сложенные твердыми, угловатыми, плохо сцементированными зернами являются наиболее абразивными. Тонкозернистые горные породы с величиной зерна менее 0,1 мм относятся к малообразивным. Чем крупнее зерна, тем выше абразивность.

По степени абразивности горные породы делятся на слабоабразивные (малообразивные), абразивные и сильноабразивные.

Таблица 5.1

Набухаемость горных пород

Явление набухания, т.е. увеличения объема породы при смачивании водой, носит осмотический характер. Причиной, вызывающей набухание, является разность в концентрации солей в поровом растворе и воде, окружающей породу.

Если концентрация внешнего раствора меньше концентрации раствора, находящегося в порах горной породы, то происходит ее набухание. При обратном соотношении концентрации порового и внешнего растворов наблюдается сжатие породы, ее усадка, подобно тому, как это происходит при высыхании глинистой породы.

Набухаемость может быть выражена приращением объема или линейных размеров образца. В практике бурения степень набухаемости пород может быть определена по сужению диаметра скважины.

Буримость горных пород

Буримость горной породы это прогнозная характеристика, определяемая механической скоростью бурения. Все горные породы по буримости (в зависимости от петрографического состава) разбиваются на 12 категорий.

к I категории - буримости относятся рыхлые и сыпучие породы;

II категории - рыхлые и сыпучие, связанные пленками воды, корнями растений, уплотненные;

III категории - породы, у которых минеральные зерна связаны слабым цементом (это промежуточное звено диагенеза);

IV категории - относятся породы, сцементированые глинистым или реже другим слабым цементом;

V категории - породы, уплотненные на известковом цементе или листовые силикаты. (представлена плотными карбонатными, слабо окварцованными породами и ультраосновными силикатами);

VI, VII категориям - породы окварцованные, слабоокремненные кальцитовые, пироксенитовые, гранатовые скарны;

VIII категории - кварцевые, окремненные породы, крупно и среднезернистые пироксеногранатовые скарны, а также плагиоклазовые (основные и плагиоклазовые средние) силикаты;

IX категории - кремнистые, сильноокремненные породы, мелкозернистые пироксеногранатовые и крупнозернистые гранатовые скарны, а также паливошпатовые средние и крупнозернистые кислые силикаты;

X категории - появляющиеся относительно некрепкие роговики, кварциты, джеспилиты, мелкозернистые гранатовые скарны, мелкозернистые кислые кварцы;

XI, XII категории – сложные кварциты, джеспилиты, роговики и другие скрытокристаллическими кварцевые породы (яшма, кремень), а так же эгириновые и корундовые породы.

Для определения буримости применяется прибор ВИТР ОТ. К сожалению, данная классификация пород по буримости учитывает преимущественно прогнозную характеристику пород и не учитывает трещиноватость, абразивность, набухаемрсть и другие свойства горных пород, которые сильно сказываются на их буримость.

Ориентировочно категорию горных пород можно определить исходя из твердости минералов (по шкале Мооса), прибавит к ней для кристаллических пород двойку, а мелкокристаллических пород – тройку. Например, для известняка, сложенного преимущественно кальцитом с твердостью равной трем, категория буримости известняка составит 3+2 = 5. Для гранита, содержащем в своем составе кварц с твердостью по шкале Мооса равной семи, категория буримости крупно-кристаллического гранита составит 7+2 = 9, а для микрогранита 7+3 = 10.