Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Р. А. Ганджумян А. Г. Калинин Б. А. Никитин

Абсолютная (общая) пористость 77а — это

отношение полного объема пор (пустот) к объему всей породы. Измеряют Па в долях единицы или в процентах. Наибольшей Па обладают обломочные горные породы (пески, глины), а наимень­шей магматические и метаморфические. В табл. 1.1 приведены значения коэффициента пористости пород, наиболее часто встре­чающихся при бурении нефтяных и газовых скважин.

Пористость является, существенным текстурным признаком пород: чем больше пористость, тем меньше ее прочность.

Различают еще и эффективную пористость /7Э, которая учи­тывает только сообщающиеся между собой поры, по которым возможно течение жидкостей и газов. Величина Пэ представляет интерес при разработке мероприятий по борьбе с поглощением буровых растворов и для наиболее проницаемых пород (песча­ников и известняков) доходит до 20-25 %.

Для определения пористости образца породы можно восполь­зоваться выражением

Яа=^Ю0%; (1.1)

т, Ш|~т

^1 = ————- . (1.2

Рв

Здесь V] — объем пор и пустот в горной породе, м3; Уг — общий объем породы (объем, твердого минерального скелета в

Таблица 1.1 Горная порода Яа, % Горная порода Яа. % Глина 0-62 Песчаник 0-53 Аргиллит 0-25 Известняк 0-45 Алевролит 0-47 Доломит 0-27 Песок 2-55 Мергель 0-60

данном объеме), м3; т — масса образца породы в чистом и сухом виде, кг; т1 — масса породы при насыщении ее пресной водой, кг; рп — плотность воды, кг/м3.

Пример 1.1. Цилиндрический керн диаметром с£=4,1Т0^2 м и длиной /=12-10~2 м, поднятый из скважины в чистом и-сухом виде, имеет массу ш=0,32 кг. Масса керна при насыщении на 100 % пресной водой составляет т.! =0,34 кг. Требуется опреде­лить пористость керна.

Решение. Объем пор и пустот в керне из выражения (1.2)

У! = (0, 34 — 0, 32)/1000 = 2 • 10~5 м3.

Общий объем керна У2 = жг21 = 3,14(2,05 • 10"2)212 • 10“2 = 158,4 ■ 10~6 м3 (г — радиус керна); пористость керна по формуле (1.1)

Л-" = 15Щ^100=12-6%’

Проницаемость горной породы кпр — эго способность по­род пропускать под действием градиента давлений пластовые флюиды (жидкость, газы и ГЖС). Большинство осадочных по­род (кроме глин, аргиллитов, каменной соли) проницаемы. Ко­эффициент к„р характеризует фильтрационные свойства пород, определяющие поглощающую способность вскрытого скважиной интервала (пласта), и оценивается из выражения (в м2)

(Р1 -1^)5’

где ц — динамическая вязкость жидкости, Па-с.; I — длина образ­ца пористой породы, м; <2 — объемный расход жидкости, м3/с; рь р2 — соответственно да. вления на входе в образец и на выходе из него, Па; 5 — площадь фильтрации, м2.

На практике обычно пользуются единицей измерения (Д), именуемой Дарси (1 м2=1012 Д).

Проницаемость коллекторов нефтяных и газовых месторо­ждений изменяется от нескольких мД до 2-3 Д.

Пример 1.2. Пористый керн диаметром е£=:4,1-10~2 м, дли­ной /=15’10“2 м был подвергнут испытанию на линейную филь­трацию воды. Были получены следующие данные: давление на входе в керн ^1 = 0,35 МПа; давление на выходе из керна р2 — 0,1 МПа; объемная скорость фильтрации <3=6-10-ь м3/с.

Решение. Приняв /4=1,05-10 Па-с, из уравнения (1.3)

1, 05 • 10-3 — 15 • 10~2 • 0, 6 • 10"6 _ ,

(35 — 10)103|(4,1 • 10-2)2 ’ ~

или 0,28 Д.

В гидрогеологической литературе единицей измерения про­ницаемости считается коэффициент фильтрации кф (м/сут), характеризующий расход воды через единицу площади попереч­ного сечения пласта при напорном градиенте равном 1.

Для воды кпр (в Д) и кф (в м/сут) численно близки друг к другу, а при Т=26~27 °С — равны.

Связь между кпр и кф выражается соотношением

^пр = • (1-4;

/Ж

Средние значения кф (в м/сут), по Н. А. Пдотникову, приве­дены ниже.

Галечники очень хорошо проницаемые с крупным песком; силь — нозакарстованные известняки и сильнотрещиноватые поро­ды………………………………………………………………………………………………….. 5:100-1000

Галечники хорошо проницаемые; гравий с частично мелким песком; песок крупный; песок чистый среднезернистый; породы

закарстованные трещиноватые…………………………………………………. 100-10

Галечники и гравий проницаемые, засоренные мелким песком и частично глиной: пески средне — и мелкозернистые; породы

TOC o "1-5" h z слабозакарстованные малотрещиноватые………………………………….. 10-1

Пески слабопроницаемые, тонкозернистые; супеси; породы сла­ботрещиноватые 1-0,1

Суглинки весьма слабопроницаемые………………………………………… 0,1-0,001

Глины почти непроницаемые; мергели плотные и другие мас­сивные породы с ничтожной водопроницаемостью 0,001

Гранулометрический состав породы продуктивного горизонта — количественное содержание в горной породе раз­ных по размеру зерен (в % для каждой фракции), в известной мере характеризующий ее пористость, проницаемость, капил­лярные свойства и количество остающейся в пласте нефти в виде пленок, покрывающих поверхность зерен. Им также руко­водствуются при подборе фильтров, предотвращающих поступ­ление песка и т. д.

Гранулометрический состав обломочных пород приведен в табл. 1.2.

Сплошность горной породы характеризует ее структур­ное состояние исходя из степени пригодности внутриструктур — ных нарушений (трещин, пор, поверхностей рыхлого контакта Зерен и т. д.) для передачи внутрь породы давления внешней

Порода	Размер об­ломков, мм	Порода	Размер об­ломков, мм
Валуны: крупные средние мелкие Галька (щебень): крупная средняя мелкая Г равий: крупный мелкий	>500 500-250 250-100 100-50 50-25 25-10 10-5 5-2	Песок: очень крупный крупный средний мелкий тонкий Алевролит крупный Алевролит мелкий Г лина	2-1 1-0,5 0,5-0,25 0,25-0,10 0,10-0,05 0,10-0,25 0,05-0,01 0-0,005

жидкостной или газовой среды. Сплошность оценивается в пре­делах шкалы из четырех категорий:

4-я — внешнее гидравлическое давление не передается;

3-я — передается давление только маловязкой жидкости (ти­па воды);

2-я — проникает не только жидкость, но и твердые (глини­стые) частицы;

1-я — может проникать исходный глинистый раствор.

Расслоение горных пород — нарушение связи между ело ями породы. На основании визуального изучения породы подраз­делены на четыре категории расслоенности [25]:

I — массивная текстура, обусловливающая ровный или рако­вистый излом породы и осколки неправильной формы;

II — визуально массивная, в действительности скрытослои­стая текстура, выражающаяся в делимости породы при ударе на отдельные пластинчатые формы;

III — четкая слоистая текстура, обусловливающая деление пород на листоватые плоскопараллельные пластинки по плоско­стям слоистости при слабом механическом воздействии;

IV — сильная трещиноватость, развитие систем трещин как тектонического, так и нетектонического происхождения с густо­той не менее 1 трещина на 1 м.

Расслоенность пород обусловливает возможное влияние их текстуры на ход деформационного процесса, особенно на кон­такте с различными жидкостями.

Плотность горной породы рт (кг/м3) — масса единицы объема твердой фазы минерала или породы: т

<’’-(! — У,/Ц)У,- (1’5>

Значения рТ некоторых пород приведены в табл. 1.3.

Порода	Рт, кг/м3	Порода	рт, кг/м3
Алевролиты Ангидриты Аргиллиты Гипсы Глинистые сланцы Глины Доломиты Известняки	2650-2730 2300-2400 2600-2780 2200-2300 2800-3000 2620-2750 2750-2880 2700-2740	Кремень Мел Мергели Опока Пески Песчаники Соль каменная	2460-2750 2560-2800 2670-2730 2100-2500 2640-2680 2600-2880 2120-2220

Пример 1.3. Для условий и решения примера 1.1 определить плотность твердой фазы породы. Решение. По формуле (1.5)

* = (1 -0,126)158,4.10-* = 2300 КГ/М“’

Объемная масса горных пород рп (кг/м3) — масса едини­цы объема сухой породы при данной пористости в ее естествен­ном состоянии (табл. 1.4). Связь между рт и р„ выражается через пористость Яа:

Рп = />т(1 — Пл) Рт = />п(1 + Яа). (1.6)

С учетом рж

А. = Рт(1-Яа) + ржЯа. (1.7)

Таблица 1.4 Порода рп, кг/м3 Порода рп, кг/м3 Алевролит 2400-3200 Мергель 2370-2920 Ангидрит 2400-2900 Габбро 2750-3100 Андезит 2170-2680 Галит 2170 Аргиллит 2630-2900 Глина 1200-2400 Базальт 2220-2850 Гипс 2100-2500 Г ранодиорит 2620-2780 Гранит 2550-2670 Диабаз 2620-2950 Монтмориллонит 2040-2520 Доломит 2550-3000 Мрамор 2680-2720 Известняк 2400-2900 Опока 1000-1600 Известняк мрамори- 2650-2680 Перидотит 2000-2900 зованный Песчаник 2400-3200 Кварц 2650 Порфир кварцевый 2540-2660 Кварцит 2620-2650 Серпентинит 2480-3600 Конгломерат 2100-3000 Сиенит 2570-2650 Кремень 2520-2600 Сланец глинистый 2300-3000 Липарит 2140-2590 Сланец слюдистый 2600-2750 Магнетит 5170 Соль каменная 2100-2200

Параметры рг и р„ используют в тех случаях, когда требует­ся оценить количество вещества. При рассмотрении сил, вызван­ных действием гравитационного поля (например, горного давле­ния), используют параметры 7Т (вес единицы объема твердой фазы породы) и 7п (вес единицы объема сухой породы в есте­ственном пористом состоянии).

Величины 7Т и рп связаны соотношением

7п = Рп9• (1-8)

Прочность на одноосное сжатие сгсж (МПа) — напряже­ние, при котором горная порода начинает разрушаться, суще­ственно зависит от минералогического и петрографического со­ставов породы. От величины сгсж зависит энергия, расходуемая на разрушение породы.

Значения сгсж (МПа) некоторых пород приведены ниже.

Весьма крепкие и вязкие кварциты………………………………………………………….. 294-490

TOC o "1-5" h z Весьма крепкие и плотные базальты и мелкозернистые грани­ты . . . 235

Очень крепкие граниты, диабазы, диориты……………………………………………….. 216

Базальты, порфиры, амфиболиты, граниты………………………………………………. 196

Гнейсы, сиениты, порфириты…………………………………………………………………… 177

Песчаники, известняки, крепкие магнетиты, сланцы… . 118-137

Мраморы, доломиты, известняки, сидериты……………………………………………………. 98

Известняки, песчаники 78,5

Гипсы………………………………………………………………………………………………………… 49

Песчаные сланцы………………………………………………………………………………………… 39

Каменная соль……………………………………………………………………………………….. 20-40

Каменные угли……………………………………………………………………………………………. 20

Твердость породы рш (МПа). По методу вдавливания штампа характеризует локальную прочность породы при вда­вливании в нее другого более твердого тела. Влияет на величину внедрения в них режущих элементов долот. Экспериментально установлено, что с увеличением рш растет предел текучести породы ат. Зависимость сгт от рш аппроксимируется формулой

[4]

аг = 0,194р^15. (1.9)

Классификация горных пород по рш и стт, предложенная Л. А. Шрейнером, приведена в табл. 1.5.

В соответствии с приведенными шкалами Л. А. Шрейнер классифицировал осадочные породы по рш и ат (табл. 1.6 и 1.7) [25].

Модуль Юнга (Е — 10 , МПа) — характеризует упругие

свойства пород. Чем выше его значение, тем большее сопроти­вление порода оказывает в процессе бурения и тем лучше она разрушается ударными нагрузками.

Группа (породы)	Категория	Рш, П а	<гт, МПа
I	I	<100	<40
(мягкие)	2	100-250	40-110
3	250-500	110-250
	4	500-1000	250-550
II	5	1000-1500	550-850
(средней	6	1500-2000	850-1200
твердости)	7	2000-3000	1200-1900
	8	3000-4000	1900-2500
III	9	4000-5000	2500-3500
(твердые)	10	5000-6000	3500-4200
	11	6000-7000	4200-5100
	12	>7000	>5100
Примечание.	I группа — высокопластичные и сильноиористые по-
роды (глины, аргиллиты и наиболее пористые разновидности алевро­
литов, песчаников	и известняков,	; II — преимущественно нластично-
хрупкие (алевролиты, известняки, ангидриты, доломиты и песчани­
ки); III — преимущественно хрупкие, изверженные и метаморфические
породы (кремни, кварциты, окремнелые разновидности	известняков и
доломитов).

Классификация осадочных пород по модулю Юнга приведена в табл. 1.8 [25].

Коэффициент Пуассона и характеризует отношение от­носительной поперечной деформации к относительной продоль­ной деформации при растяжении или сжатии. Применяется для вычисления величины горизонтального сжимающего горного да­вления.

Значения и для некоторых пород приведены в табл. 1.9.

Коэффициент пластичности А’пл — характеризует отно­шение общей работы, затраченной для разрушения породы под Штампом, к работе упругих деформаций.

По величине Л’пл все породы разделены на шесть категорий.

Категория…. 1 2 3 4 5 6

А’пл 1 >1-2 >2-3 >3-4 >4-6 >6-8

К 1-й категории относятся хрупкие породы, от 2-й по 5-ю — ^ластично-хрупкие, а к 6-й — высокопластичные и сильнонори — СГЫе.

Классификация осадочных пород по коэффициенту пластич­ности приведена в табл. 1.10 [25].

Порода	Группа
I	II	III
Категория
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Твердость, МПа
^ 100	100- 250	250- 500	500- 1000	1000- 1500	1500- 2000	2000- 3000	3000- 4000	4000- 5000	5000- 6000	6000- 7000	>7000
Глинистая	Глина	СП	Сл. П
Сланцевая глина		Сл. П
Глинистый мергель	СП	СП
Глинистый сланец и аргиллит			Сл. П	Сл. П	Сл. П
Опаловый глинистый сланец					Сл. П	СлП	Сл. П

Алевролит кварцевый

[С глинистым ‘базальным цементом

1

Сл. П

Сл. П

С глинистым поровым цементом

п

П

Сл. П

Сл. П

С карбонатным базальным цементом

СлП

Сл. П

С контактным цементом

П

Сл. П

Сл. П

Песчаник кварцевый

С глинистым базальным цементом

Сл. П

С карбонатным или сульфатным базальным цементом

Сл. П

Сл. П

С контактным цементом

СП

СП

П

Сл. П

Сл. П

С регенерацион­ным цементом

П

Сл. П

Сл. П

Порода

Группа

II

III

Категория

2

3

■1

5

6

7

8

9

10

11

12

Твердость, МПа

^ 100

100- 250

250- 500

500- 1000

1000- 1500

1500- 2000

2000- 3000

3000- 4000

4000- 5000

5000- 6000

6000- 7000

>7000

Известняк

Органогенный и органогенно­обломочный

С. П

С. П

С. П

П

Сл. П

Сл. П

Пелитоморфный

С. П

С. П

П

Сл. П

Сл. П

Мелкозернистый

С. П

С. П

П

Сл. П

Сл. П

Доломит

Пелитоморфный

С. П

С. П

П

П

Сл. П

Мелкозернистый

С П

С П

С. П

П

П

Сл. П

Среднезернистый

Сл. П

Сульфатная

Гипс

Сл. П

Сл. П

Ангидрит

Сл. П

Сл. П

Окремнелая и кремнистая Примечание. Обозначения

порол’ Сл. П

— плотные

и слаб

опорпстые.

П — п

ористые,

С. П —

сильноп

Сл. П ористые

Сл. П

Сл. П

Порода	Группа
I	II	III
Категория
	2	3	4 1 5	6	7	8	9	10	11	12
Предел текучести, МПа
^ 100	100- 250	250- 500	500- 1000	1000- 1500	1500- 2000	2000- 3000	3000- 4000	4000- 5000	5000- 6000	6000- 7000	>7000
Глинистая	Глина	с. п	Сл. П
Сланцевая глина		Сл. П
Глинистый мергель	с. п
Глинистый сланец и аргиллит			Сл. П	Сл. П
Опаловый глинистый сланец				Сл. П

Группа

I

11 _

III

Порода

Категория

1

2

3

4

5

б

7

8

э

10

11

12

Предел текучести,

МПа

^ 100

100“ 250

250- 500

500- 1000

1000- 1500

1500- 2000

2000- 3000

3000- 4000

4000- 5000

5000- 6000

6000- 7000

>7000

С глинистым базальным цемент ом

Сл-П

Сл. П

Алевролит

С глинистым поровым цементом

С. П

Сл. П

кварцевый

С карбонатным базальным цементом

Сл. П

С контактным цементом

С-П

Сл. П

Сл. П

С глинистым базальным цементом

Сл-П

1 Песчаник

С карбонатным или сульфатным базальным цементом

Сл. П

Сл. П

■

/

1

/

/

кварцевый

С контактным цементом

С. П

С. П

Сл. П

Сл. П

Сл. П

1

1

п

п

С регенерацион­ным цементом

С. П

С. П

Сл. П

Сл. П

Известняк

Органогенный и органогенно­обломочный

С. П

С. П

п

Сл. П

Пелитоморфн ый

С. П

С. П

Сл. П

Мелкозернистый

С. П

Сл. П

Сл. П

Доломит

П ел цтомо рф н ы й

С. П

п

П

Сл. П

Мелкозернистый

С. П

п

п

Сл. П

Сл. П

Среднезернистый

Сл. П

Сульфатная

Гипс

Сл. П

Сл. П

Сл. П

Ангидрит

Сл. П

Сл. П

Окремнелая и кремнистая Примечание. Значения от примечание к табл. 1.6.

соляных г

ород (в

ЧПа): гали

г — 20; кар

наллит

— 2,5; бии

лофит —

Сл. П 3,5. Ос’

Сл. П гальныс

Сл. П 1 обозн

Сл. П 1ЧЄНИЯ

— см.

Порода						Модуль Юнга ЕЛО	МПа
^0,25	0,25	-0,5	0,5	-1,0	1,0	-2,5	2,5-	-5,0	5,0-7,5	7,5-10	>10
	Глина	С. П
Глинистая	Сланцевая г л и на		Сл. П
Глинистый мергель	П	П
	Глинистый сланец и аргиллит			Сл. П
	Опаловый глинистый сланец				Сл. П	Сл. П	. _
	С глинистым базальным цементом		Сл. П	Сл. П	Сл. П
Алевролит	С глинистым поровым цементом		П	П	Сл. П	Сл. П
кварцевый	С карбонатным базальным цементом			Сл. П
	С контактным цементом			П	Сл. П					/

/ Песчаник кварцевый	1 С ГЛИНИСТЫМ базальным цементом				Сл. П
С карбонатным или сульфатным базальным цементом					Сл. П	Сл. П
С контактным цементом		С. П	с п	Сл. П
п	П
С регенерационным цементом						П	Сл. П
Известняк	Органогенный и органогенно- обломочный				С. П	П	Сл. П	Сл. П
Пелитоморфный			С. П	С П	Сл П	Сл. П
Мелкозернистый					Сл. П
Доломит	Пелитоморфный					С. П	С. П	П	Сл. П
Мелкозернистый						Сл. П	Сл. П	Сл. П
Среднезернистый						Сл. П	Сл. П	Сл. П
Сульфатная	Гипс				Сл. П
Сл. П
Ангидрит				Сл. П	Сл. П
Окремнелая и кремнистая Примечание. Условные обозна	чения — см	. примечани	е к табл. 1.6					Сл. П

Порода	Коэффициент Пуассона	Порода	Коэффициент Пуассона
Песчаник кварцевый Песчаник аркозовый Глинистые сланцы Уголь Порфирит Глины плотные	0,09 0,13 0,10-0,20 0,14-0,16 0,20-0,22 0,25-0,35	Г равий Известняк Песчаник Глины пластичные Мрамор Каменная соль	0,26-0,29 0,28-0,33 0,30-0,35 0,38-0,45 0,34-0,40 0,44

Пластичность уменьшается с увеличением содержания квар­ца, полевого шпата и других жестких минералов. Высокими пла­стическими свойствами обладают влажные глины и некоторые хемогенные породы.

Абразивность — способность пород изнашивать породо­разрушающие инструменты. От абразивности зависят расход и правильный выбор долот.

Абразивность зависит в основном от минералогического со­става и строения горных пород и существует общая тенденция увеличения абразивности с ростом микротвердости породообра­зующих минералов.

Обобщенная классификационная шкала абразивности горных пород ВНИИБТ [25] приведена в табл. 1.11.

Классификация горных пород геологического разреза. Для классификации пород геологического разреза и его разделе­ния на характерные пачки, а также выбора рациональных типов и конструкций шарошечных долот разработана комплексная ме­тодика, которая определяет общий порядок и методические осно­вы работ [25].

На первом этапе в соответствии с этой методикой необходимо провести классификацию пород геологического разреза и выде­лить характерные пачки. Классификация пород осуществляется на основе их классификационных характеристик. К классифи­кационным характеристикам горных пород, от которых наибо­лее явно зависят показатели работы долот в каждых заданных геологических условиях, относятся твердость, абразивность и сплошность. Классификационные характеристики пород опре­деляются на основе региональных исследований их свойств, а в случае отсутствия таких данных — на основе литологическо­го соответствия пород.

Для приближенной оценки комплексных свойств пород, не­обходимых при технико-технологических расчетах в бурении, наряду с приведенными выше таблицами могут представлять интерес данные табл. 1.12. В ней показано соответствие кате­горий твердости, сплошности и абразивности пород их общей геолого-петрографической характеристике.

Пример 1.4. Разведочная скважина глубиной 4500 м вскры­ла разрез, представленный в табл. 1.13.

Требуется оценить категорию твердости, твердость, предел текучести, модуль Юнга, коэффициент пластичности и абразив­ность по шкале ВНИИБТ.

Решение. На основе данных табл. 1.4-1.8 искомые показа­тели сведены в табл. 1.14.

Пример 1.5. Оценить категории сплошности, твердости и абразивности для указанных ниже пород, слагающих геологиче­ский разрез:

песчаник с глинистым цементом пористо-кавернозный слабо­трещиноватый ;

алевролит с кварцевым цементом слаботрещиноватый;

известняки пористо-кавернозные сильнотрещиноватые;

известняки глинистые пористо-кавернозные сильнотрещино­ватые;

аргиллиты плотные с прослоями алевролитов пористо-кавер­нозные, слаботрещиноватые;

аргиллиты слабопористые;

галит с прослоями глинистых пород с карбонатно-глинистым цементом;

чередование песчаников пористых и алевролитов плотных с глинистым цементом.

Решение. Категории сплошности, твердости и абразив­ности, установленные по данным табл. 1.11, приведены в табл. 1.15.

Из приведенных в табл. 1.15 сведений видно, что частое чере­дование литологических разностей пород приводит к изменению категорий твердости и абразивности в широких пределах.

Теплофизические свойства пород (теплопроводность, те­плоемкость и температуропроводность).

Ниже приведены средние теплопроводности, Вт/(м-°С), неко­торых породообразующих минералов (Ам) и горных пород (Л).

Минерал………………………. Галит Кварц Кальцит Вода Лед

^М, Вт/(м-°С)……………….. 25,5 8,1 3,7 0,6 2,3

Горная порода… . Каменная соль Кварцит Мрамор

А, Вт/(м-°С)………………………………………. 7,2 3,6 2,0

Резкое отличие Л от Ам обусловлено как наличием пор в по­родах, так и повышенным сопротивлением на границах зерен. Увлажнение пористых пород приводит к повышению их тепло­проводности, в то время как замерзание воды в порах сопрово­ждается резким ростом А горных пород.

Порода	Категория
	2	3	4	5	6
Коэффициент пластичности
	с-1 1 Л	2-3	3-4	4-6	6-со
Глинистая	Глина						С. П
Сл. П
Сланцевая глина		Сл. П
Глинистый мергель						п
Глинистый сланец и аргиллит		Сл П	Сл. П	Сл. П
Опаловый глинистый сланец			Сл. П
Алевролит кварцевый	С глинистым базальным цементом		Сл. П	Сл. П
С глинистым поровым цементом		П
Сл. П
С карбонатным базальным цементом			Сл. П

ьо 4^.

І 1 С контактным / 1 цементом			П	п	1 п 1
Песчаник кварцевый	С глинистым базальным цементом			Сл. П	Сл. П
С карбонатным или сульфатным базальным цементом			Сл. П	Сл. П
С контактным цементом			Сл П	Сл. П	Сл. П	Сл. П
П	П	п	П
С регенерацион­ным цементом	Сл. П
Известняк	Органогенный и органогенно­обломочный			Сл. П	Сл. П	П	С. П
Пел итоморфный			Сл. П	Сл П	Сл. П	СП
Мелкозернистый				Сл. П	Сл. П	П	п
Доломит	Пел итоморфный				Сл. П	Сл. П	Сл. П	п
Мелкозернистый			Сл. П	Сл. П	Сл. П	П	С. П
Среднезернистый			Сл. П	Сл. П
Сульфатная	Гипс			Сл. П	Сл. П
Ангидрит			Сл. П	Сл. П
Окремнелая и кремнистая Примечание. Условные обозь	Сл. П ачениг — с	Сл. П м. примечание к і	Сл. П габл. 1.6.

Классификационная таблица соответствия абразивных свойств горных пород их геолого-петрографическим характеристикам

Порода	Содержание кварца или халцедона, %	Категория твердости	Абразивность по обобщен­ной шкале ВНИИБТ (категория)
Песчаник: кварцевый мономинеральный (крупно-, средне-, мелко-,	95	4-10	9-11
тонкозернистый) и аналогичный алевролит окварцованиый сливной частич­	85-95	7-10	10-11
но окварцованный с протяжен­ными контактами	85-95	5-7	9-10
срастания кварцевых зерен с точечными контактами сраста­ния кварцевых зерен	85-95	4	6
кварцевый с известковистым це­ментом (25—40 %)	60-75	5-7	7-8
кварцевый с известковисто-гли — нистым цементом	60-75	4-5	7
кварцевый с глинистым цементом	60-75	3-5	6-7
кварцевый с сульфатным цемен­том	60-75	3-4	6
полевошпатово-кварцевый и арко — зовый крупнозернистый	—	—	10
полевошпатово-кварцевый и аркозовый средне-	—	—	9
и мелкозернистый	—	—	8
тонкозернистый и аналогичный алевролит: с цементом 15-20 %	25	4-6	7-8
» 20-50 %	10-15	4-6	7
полимиктовый	5-10	—	6-7
Глина: мономинеральная	_	1-3	3-4
алевритистая	10-20	2-3	4-5
песчанистая	10-30	2-4	5
кремнистая	—	5	6
Аргиллит: слабоалевритистый	5-10	4-5	3-4
алевритистый и песчанистый	15-20	4-5	6
Аспидный сланец	2-5	—	4
Углистый сланец	2-5	2-3	4

Порода	Содержание кварца или халцедона, %	Категория твердости	Абразивность по обобщен­ной шкале ВНИИБТ (категория)
Мергель:			2
глинистый	—	—
карбонатный (50-75 %)	—	4-5	2
алевритовый	—	—	4
песчанистый	—	—	5
Известняк: без примеси твердых абра­
зивных минералов	1	5-6	2-3
глинистый	3	4-6	4
песчанистый (5 %)	5	5-6	5
песчанистый (10 %)	10	5-6	6
песчанистый (до 20-30 %)	20-30	4-6	8-9
алевритовый	15-20	5-6	5
кремнистый (5 %)	5	5-6	5
кремнистый (10 %)	10	6-7	6
кремнистый (15 %)	15	6-7	7
кремнистый (20-30 %)	20-30	8	8
Доломит: без примеси твердых абра­
зивных минералов	2-3	7-8	3-4
песчанистый	—	7-8	6-7
Кремень	75-95	11	11
Опока и трепел	—	1-2	6
Ангидрит без примеси твердых
абразивных минералов	—	4-5	1
Гипс:
без примесей	—	2-3	1
опесчаненный	10-15	2-3	4
глинистый	1	2-3	1

Удельная теплоемкость с пород изменяется от 380 до 2100 Дж/(кг-°С) (низкие значения имеют рудные минералы). Теплоемкость пористых, насыщенных ВОДОХ! пород всегда, боль­ше теплоемкости плотных пород. Показатели теплофизических свойств связаны между собой соотношением

^ = аср, (1.10)

где 0 .— температуропроводность (скорость изменения темпера­туры).

Мерзлые горные породы в зависимости от того, как долго °ни находятся в мерзлом состоянии, делятся на сезонно-мерзлые

Соответствие классификационных показателей горных пород их геолого-петрографической характеристике

Порода	Степень уплотнения породы	Наличие алевро-песча — нистого ма­териала	Наличие кремниевых и железистых стяжений	Степень трещино­ ватости	Категория сплошности при промывке	Категория твердости	Категория абразив­ ности
глинистым раствором	технической водой
Известняк	Плотная	Нет	Нет	Слабая	2-3	2	5-6	2-3
			33	Сильная	2	1,5	5-6	2-3
		Есть	”	Слабая	Ю 1 СО	2	6	5-6
		>5		Сильная	2	1,5	6	5-6
		>5	Есть	Слабая	2-3	2	7-8	8
		33	3)	Сильная	2	1,5	7-8	8
	Пористо-ка­	33	53	Слабая	2-3	2	5-7	7
	вернозная
	То же	33	33	Сильная	2	1,5	5-7	7
		>5	Нет	Слабая	2-3	2	3	5-6
		>3	3?	Сильная	2	1,5	3	5-6
		Нет	53	Слабая	2-3	2	3-4	1-2
		33		Сильная	2	1,5	3-4	1-2
Известняк доло-	Плотная	Нет	Нет	Слабая	2-3	2	5-6	2-3
митизированный
		33	53	Сильная	2	1,5	5-6	2-3
		Есть	3?	Слабая	2-3	2	6	5-6
		33	13	Сильная	2	1,5	6	5-6
		33	Есть	Слабая	2-3	2	7-8	8
		53	33	Сильная	2 ,	1,5	7-8	8

	/ Пористо-ка-	п	”	Слабая	2-3 |	2 і	5-7	7
	вернозная					1	с п 1	7
		»		Сильная	2	1,5		1
		”	Нет	Слабая	2-3	2	3	5-6
				Сильная	2	1,5	3	5-6
		Нет		Слабая	2-3	2	3-4	1-2
		55	»	Сильная	2	1,5	3-4	1-2
Известняк гли­	Плотная	Нет	Нет	Слабая	2	2,5	5	2
нистый
		5?		Сильная	2-3	2	5	2
Доломит	Плотная	Нет	Нет	Слабая	2-3	2	7-8	3-4
		’>		Сильная	2	1,5	7-8	3-4
		Есть	”	Слабая	2-3	2	8-9	6-7
		5)	Есть	‘•>	2-3	2	9-10	8-9
				Сильная	2	1,5	9-10	8-9
	Пористо-ка­	Есть	Есть	Слабая	2-3	2	6-7	7-8
	вернозная
			3?	Сильная	2	1,5	6-7	7-8
		Нет	Нет	Слабая	2-3	2	5-6	2
		»	”	Сильная	2	1,5	5-6	2
Доломит	Плотная	Нет	Нет	Слабая	2-3	2	7-8	3-4
известковый
		»	■)■)	Сильная	2	1,5	7-8	3-4
		Есть		Слабая	2-3	2	8-9	6-7
				Сильная	2	1.5	8-9	6-7
		Есть	Есть	Слабая	2-3	2	9-10	8-9
		или нет

Порода	Степень уплотнения породы	Наличие алевро-песча — н и сто го ма­териала	Наличие кремниевых и железистых стяжений	Степень трещино­ ватости	Категория сплошности при промывке	Категория твердости	Категория абразив­ ности
глинистым раствором	технической водой
Доломит из — . вестковистый	Плотная	Есть или нет	Есть	Сильная	2	1,5	9-10	8-9
	Пористо-ка­ вернозная	То же » Нет 33	:з 33 Нет ?>	Слабая Сильная Слабая Сильная	2-3 2 2-3 2	2 1.5 2 1.5	6-7 6-7 5-6 5-6	7-8 7-8 2 2
Доломит	Плотная	Нет	Нет	Слабая	3	2,5	4-5	1-2
глинистыи
		53		Сильная	2	1	4-5	1-2
Песчаник с	Плотная	Есть	Есть	Слабая	1-2	1	8-10	10-11
кварцевым цементом
	Пористая	>3	”	”	1-2	1	5-7	9-10
	Пористо-ка­ вернозная	33	Нет	33	1-2	1	3-4	8
	Очень порис­тая	33	Есть	У>	1-2	1	5	6-7
Песчаник с кар­	Плотная	Есть	Есть	Слабая	1-2	1	7	8
бонатно — г л и Н1ІС — тым цементом
	Пористая	53	33	33	1-2	1	5-6	7-8 /

/	/ Пор исто — к а-	■	»	5>	2-3	* 1	5	8
/	(вернозная
1	[Плотная	55	5>	Сильная	2	1,5	5	8
		>5	Нет	Слабая	1-2	1	3-4	8
				Сильная	2	1,5	3-4	8
	Пористая	”	■>>	Слабая	2-3	2	2-3	5-7
			”	Сильная	2	1,5	2-3	5-7
			Есть	Слабая	2-3	2	3-4	6
		35		Сильная	2	1,5	3-4	6
Алевролит с	Плотная	Есть	Есть	Слабая	1-2	1	8-10	10-11
кварцевым
цементом
	Пористая				1-2	1	5-7	9-10
	Пористо-ка-		Нет	»	1-2	1	3-4	9-10
	вернозная
		”	Есть	5>	1-2	1	5	6-7
	Плотная	55			1	7	8	6-7
Алевролит с	Пористая	Есть	Есть	Слабая	1-2	1	5-6	7-8
карбонатным
цементом
	Пористо-ка­	V			1-2	1	3-4	6
	вернозная
Алевролит с	Плотная	Есть	Есть	Слабая	3	2,5	5	8
карбонатно-гли­
нистым
цементом
Алевролит с	Плотная	Есть	Есть	Сильная	2-3	2	5	8
карбон атно-гли-		55	”	Слабая	3	2,5	4-5	7-8
нистым цемен­
том

Порода	Степень уплотнения породы	Наличие алевро-песча­нистого ма­териала	Наличие кремниевых и железистых стяжении	Степень трещино­ ватости	Категория сплошности при промывке	Категория твердости	Категория абразив­ ности
глинистым раствором	технической водой
Алевролит с	Плотная	Есть	Есть	Сильная	2-3	2	4-5	7-8
карбонатно-гли­	Пористая	”	Нет	Слабая	3	2,5	2-3	5-6
нистым цементом		5?	>5	Сильная	2-3	2	2-3	5-6
			Есть	Слабая	3	2,5	3-4	6
Мергель карбо­	Плотная	Нет	Нет	Слабая	3	2,5	4	1-2
натный
		35	>3	Сильная	2-3	2	4	1-2
		Есть	?э	Слабая	3	2,5	4	4
		33	3?	Сильная	ю 1 со	2	4	4
		Есть	Есть	Слабая	3	2,5	5	7
		или нет
		То же	33	Сильная	2-3	2	5	7
	Пористая		Нет	Слабая	3	2,5	2-3	1
		я	33	Сильная	2-3	2	2-3	1
		33	Есть	Слабая	3	2,5	4	5-6
		33	>3	Сильная	2-3	2	4	5-6
Мергель гли­	Плотная	Нет	Нет	Слабая	3	2,5	3-4	1-2
нистый
		33	33	Сильная	2-3	2	3-4	1-2
		Есть	33	Слабая	3	2,5	3-4	2-3
		или нет
			■>з	Сильная	2-3	2	3-4	2-3
		Есть	33	Слабая	3	2,5	4	4-5
			>3	Сильная	2-3	2	4	4-5
1					■		/	/

/	/ Пористая	Нет	>3	Слабая	3 1	2,5	2-3	2
		»	5)	Сильная	2-3	2	2-3	2
		Есть	Есть	Слабая	3	2,5	4	4-5
		или нет					1
		То же	55	Сильная	2-3	2	4	4-5
		55	55	Слабая	3	2,5	4	4-5
		5)	55	Сильная	2-3	2	4	4-5
Глина карбо­	Плотная	Есть		Слабая	3	2,5	3-4	2-4
натная		или нет
		5?	55	Сильная	2-3	2	3-4	2-4
		Есть	Нет	Слабая	3	2,5	2	4-5
		55	55	Сильная	2-3	2	2 —	4-5
	Пористая	Нет	55	Слабая	3	2,5	1-2	2
		55	55	Сильная	2-3	2	1-2	2
		Есть	Есть	Слабая	3	2,5	2	4-5
		или нет
		То же	55	Сильная	2-3	2	2	4-5
Глина	Пористая	Есть	Нет	Слабая	4	3	1-2	2
		или нет
	Плотная	То же	55		3-4	3	2-3	2
Кремень	Плотная	Нет	Нет	Слабая	2-3	2	9-11	11
Аргиллит крем­	Плотная	Есть	Есть	Слабая	3	2,5	5	5
нистый		или нет
		То же	55	Сильная	2-3	2	5	5
		Есть	Нет	Слабая	3	2,5	5	3-4
		или нет
		То же	>5	Сильная	2-3	2	5	3-4

Порода	Степень уплотнения породы	Наличие алевро-песча- нистого ма­териала	Наличие кремниевых и железистых стяжений	Степень трещино­ ватости	Категория сплошности при промывке	Категория твердости	Категория абразив­ ности
глинистым раствором	технической водой
Аргиллит крем­	Плотная	Есть	Есть	Слабая	3	2-3	6	6
нистый		»	35	Сильная	2-3	2	6	6
		Есть	Нет	Слабая	3-4	3	3-4	3
		или нет
		То же	55	Сильная	2-3	2	3-4	3
Аргиллит	Плотная	Есть	Нет	Слабая	3-4	3	3-4	3
		или нет
		То же	55	Сильная	2-3	2	3-4	3
Мел	Плотная	Нет	Нет	Слабая	2-3	2	1	1
		55	55	Сильная	2	1,5	1	1
Ангидрит	Плотная	Нет ^	Нет	Слабая	3	2,5	4-5	2
		55		Сильная	2-3	2	4-5	2
		Есть	55	Слабая	3	2,5	5	5
		5>	55	Сильная	2-3	2	5	5
Г ипс	Плотная	Нет	Нет	Слабая	3	2,5	3	1
		55	55	Сильная	2-3	2	3	1
Г алит	Плотная	Нет	Нет	Слабая	2-3	2	3	1-3
		55	55	Сильная	2	1-2	3	1-3
Галит с примене­	Плотная	Нет	Нет	Слабая	3	2-3	4	2
нием карбонатов		55	”	Сильная	2-3	2	* /	^ /

Интервал бурения, м	Геолого-петрографическая характеристика пород
‘"’(ИШ 40-290 290-1080 1080-3200 3200-4500	Наносы Чередование слабопористых глин и сильнопористых кварце­вых песчаников с контактным цементом Глинистый мергель сильнопористый Песчаник кварцевый слабопористый с глинистым цементом Чередование кварцевых слабопористых песчаников с регене­рационным цементом и глин

Таблица 1.14 Порода Кате­ гория рш, МПа сгт, МГ1а £М0~4, МПа пл Абразив­ ность Глины слабопо­ристые 1 <100 50-100 <0,25 6-00 3-4 Мергель глинис­тый сильно­пористый 3 250-500 200-500 <0,25 4-6 6 Песчаники квар­цевые: слабопористые с глинистым цементом 4 500-1000 250-500 1,0-2,5 2 6-7 слабопористые с регенерацион­ным цементом 8 3000-4000 4000-5000 5-7,5 1 10

Таблица 1.15 Порода Категории сплошности твердости абразивности Песчаники: с глинистым цементом 2-3 2-3 5-7 пористые 1-2 5-7 9-10 Алевролиты: с кварцевым цементом 1-2 8-10 10-11 пористо-кавернозные 1-2 3-4 6 плотные с глинистым цементом Известняки: пористо-кавернозные силь- 3 5 8 Нотрещиноватые 2 5-7 7 Глинистые рргиллиты 3-4 3-4 3-4 3-4 3 3 |алит 2-3 3 1-3 линистые породы 3 3-4 2-4

(месяцы) и многолетнемерзлые породы (годы, СОТНИ И ТЫСЯЦЦ лет). Мощность последних В северных И северо-восточных рай. онах России измеряется сотнями метров, а температура достц гает-7-г-12#С.

Обломочные водонасыщенные рыхлые и слабосцементирован. ные горные породы при замерзании и оттаивании резко изме­няют свои свойства: при замерзании цементируются льдом л отличаются высокой прочностью (<тсж <‘2,5 МПа) и нейрон«, цаемостыо; при оттаивании они переходят в переувлажненное состояние. Прочность мерзлых песчаных пород значительно вы­ше, чем прочность мерзлых глинистых пород.

Анизотропность свойств пород зависит от упругих свойств, плотности, структурных и ее текстурных особенностей. Этот показатель, как и степень наклона чередующихся по твер­дости и мощности пластов, оказывает наибольшее влияние (из геологических причин) на искривление скважин.

Существуют различные методы оценки анизотропности ме­ханических свойств пород.

А. Лубинским введен буровой индекс анизотропии, определя­емый как

1 — А = уц/у±, (1.11)

где А — показатель анизотропии (А=0 соответствует изотроп­ной породе); 1>ц и — буримость горных пород соответственно

параллельно напластованию и перпендикулярно к нему.

Поскольку ьх имеет максимальное значение, то индекс ани­зотропии всегда меньше единицы и для осадочных пород оцени­вается значением от близкого к нулю до 0,75.

Анизотропию пород можно оценить и по акустическим дан­ным путем сравнения скорости распространения ультразвуко­вых волн в двух диаметрально противоположных направлени­ях — £1 по высоте (вдоль) образца породы (керна) и £2 по диа­метру.

КА = М& (1.12)

Таблица 1.16 Горная порода £■10 МПа V «Теж, МПа II II II І. Сланцы песчанистые 3,03 2,42 0,25 0.16 52 70 Известняки 6,36 7,25 0,28 0,30 151 152 Песчаники крупнозернистые 1,93 1,73 0,45 0,36 118 142 Песчаники мелкозернистые 3,83 2,64 0,20 0,19 160 157 Алевролиты 2,67 1,72 0,25 0,29 51 68 Примечание. Условные обозначения: || — параллельно слоистости; Л — перпендикулярно слоистости.

Днизотропия механических свойств некоторых пород показа­ла в табл- 1-16-

Коэффициент анизотропии теплопроводности слоистых по­род в среднем составляет 1,10-1,50. В слоистых средах наблю­дается большая теплопроводность вдоль слоистости (А||), чем перпендикулярно слоистости (Ах).

Для практических расчетов принимается среднее значение:

А = ^(^11 + (^З)

Комментарии запрещены.