Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Физико-механические свойства и условия залегания горных пород оказывают огромное влияние на показатели бурения. Они предопределяют выбор долота того или иного типа или модели, параметров режима бурения, двигателей для привода долота. Ус­пешно вести бурение скважин можно лишь в том случае, когда известны эти свойства и условия залегания горных пород, а также ‘ характер и степень их влияния на показатели бурения. Поэтому одной из основных задач совершенствования бурения скважин яв­ляется обязательное изучение физико-механических свойств гор­ных пород, слагающих данную площадь. Делать это необходимо с момента заложения на ней первой скважины, чтобы в период геологопоисковых и разведочных работ накопить данные не только для правильного решения вопросов разработки месторождения, но и для рационализации буровых работ при проводке эксплуатаци­онных скважин.

В реальных условиях бурения показатели работы долот в боль­шой мере зависят от возможностей промывочной жидкости уда — — лять образующиеся частицы разбуриваемой породы в кольцевое пространство и выносить их на дневную поверхность, от давления промывочной жидкости на забой и физико-химического взаимо­действия этой жидкости с указанными частицами и материнской породой. По этой причине весьма трудно устанавливать по про-

мысловым данным прямую зависимость между vM и показателями свойств горных пород. .

Бингхэм, исходя из концепции макроскопического характера разрушения горных пород при бурении и используя теорию проч­ности Кулона-Мора, установил связь между прочностью породы на сдвиг тр и отрезком OCg, отсекаемым рабочей линией на оси нагрузок (см. рис. Ю),

т v = K(OCgf’ (83)

. 4 /

где kx — коэффициент, зависящий от способности долота разру­шать породу.

Зависимость (83) довольно приближенна, но так как процесс ■образования ствола скважины долотом еще далеко не изучен, предложение использовать отрезок, отсекаемый рабочей прямой на оси удельных нагрузок, для определения прочности пород в усло­виях их разбуривания заслуживает определенного внимания. Если удастся составить каталог-справочник прочностных характеристик горных пород, слагающих земную кору, то он будет весьма поле­зен при проектировании технологии бурения rta неизученных пло­щадях и в неизученных интервалах, для прогнозирования резуль­татов бурения, при конструировании буровой техники и т. д.

От прочности горных пород зависит положение, кривой недоста­точной очистки забоя: чем выше прочность горной породы, тем ниже положение этой кривой. Однако отсюда не следует, что мож­но устанавливать корреляцию прочности горной породы с указан­ной кривой. Последняя характеризует не прочность породы, а спо­собность данной системы удалять в кольцевое пространство части­цы, уже отделенные от забоя.

На образующиеся при разрушении породы частицы действует прижимающая их к забою сила, возникающая за счет разности между давлением промывочной жидкости и давлением флюида в порах массива. В момент отхода этих частиц от забоя прижимаю­щая их сила может достигать значительных величин, если свое­временно не будет заполняться образующееся под частицами про­странство. Последнее может заполняться промывочной жидкостью, фильтратом промывочной жидкости, флюидом, вытекающим из пор частицы, и флюидом, вытекающим из пор материнской поро­ды. Скорость заполнения указанного пространства тем выше, чем больше. подвижность промывочной жидкости и ее водоотдача, выше проницаемость разбуриваемой породы и больше подвиж­ность пластового флюида, ниже глинизирующее действие промы­вочной жидкости. Для отделения рассматриваемых частиц от за­боя требуется дополнительное механическое воздействие на них или время, необходимое для выравнивания давлений по всей их поверхности, или и то, и другое.

Вследствие особенностей движения промывочной жидкости вдоль забоя, крупные частицы выбуренной породы удаляются с

забоя легче, чем мелкие. В то же время, чем прочнее горная поро­да, тем больше образуется частиц мелкого размера.

С увеличением прочнрсти породы уменьшается наклон рабочей

линии и растет длина отрезка OCg, а значит, снижается коэффи­циент Ь* и возрастает величина Cg в уравнении (57), механиче­ская скорость проходки падает.

Выбуренные частицы некоторых горных пород (например глин и глинистых сланцев) имеют тенденцию к слипанию и налипанию на долото, забойный двигатель и элементы бурильной колонны. Для условий слипания частиц породы характерно падение кривой недостаточной очистки забоя. При проходке таких пород долото обычно скорее разминает их, чем скалывает. Перемятая порода перемешивается с буровым раствором*до состояния густой, лип­кой и сильно вяжущей пасты. Последняя вытесняется с забоя скважины долотом и выносится промывочной жидкостью в коль­цевое пространство. В местах более или менее резкого уменьше­ния скорости потока этой жидкости могут образовываться мощ­ные сальники.

Породы на оси складки всегда значительно легче разбури­ваются, чем такие же породы на крыльях складки. Стенки сква — , жины оказываются более неустойчивыми на оси скЛадки, чем на крыльях. В зонах тектонических нарушений породы всегда разбу­риваются легко даже при относительно малых нагрузках на до­лото. Стенки же скважины в таких зонах бывают малоустойчивы­ми. На буримость горных пород существенно влияет угол между плоскостью напластования породы и направлением действия раз­рушающей нагрузки.

Твердость горных пород на забое скважины зависит от абсо­лютных значений горного давления, давления промывочной жидко­сти в скважине и пластового давления, а также от соотношения между значениями этих давлений [105]. Влияние указанных фак­торов на твердость горных пород различно при различных пори­стости и проницаемости породы. Снижение vM при увеличении горного давления и давления промывочной жидкости тем больше, чем меньше прочность, пористость и проницаемость породы.

Твердость, предел текучести и пластические свойства горных пород зависят от температуры их нагрева [105]. Давление всесто­роннего сжатия и температура горных пород определяются глуби — • ной залегания. Практически можно принять эти факторы изме­няющимися прямо пропорционально глубине залегания пород. [60, 97]. С увеличением глубины, как правило, пластовые давления оказываются значительно выше условного гидростатического дав­ления, и требуются промывочные жидкости более высокой плот­ности [70, 97, 108].

Влияние глубины бурения на показатели работы долот сказы­вается не только посредством давления и температуры в массиве горных пород, но и через технические и технологические факторы

[31, 70]. По мере увеличения глубины скважины значения Si обыч­но уменьшаются и располагаются все ближе к линии минималь­ного углубления. Последнее является следствием ухудшения’ ус­ловий очистки забоя с увеличением глубины бурения. Изыскание возможностей’ улучшения очистки забоя при бурении глубоких скважин значительно улучшит технико-экономические показатели строительства таких скважин.

Комментарии запрещены.