Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Факторы и причины. Любое нарушение устойчивости гор­ных пород в стенках скважин приводит к их обрушению и раз­витию каверн. Различают: 1) устойчивые; 2) временно устой­чивые и 3) неустойчивые породы.

К устойчивый относят породы, способные не обрушаться в незакрепленной части ствола бурящейся скважины. Временно устойчивыми считаются породы, которые при бурении ведут себя как устойчивые в течение определенного времени. Неус­тойчивые породы требуют применения особых мер при ИХ-про­ходке.

К — Ф. Паус предложил оценивать состояние пород в стен­ках скважин коэффициентом кавернообразования

ь-—(3.1)

где Л— коэффициент кавернообразования; 1/ф и Ут — фактиче­ский и теоретический (номинальный) объемы скважин; Оф и £>т — диаметры ствола скважииы и породоразрушающего ин­струмента соответственно. Породы считаются устойчивыми, если к= 1, временно устойчивые при 1<&<3 и неустойчивыми, если к>3. При &< 1 имеет место сужение ствола скважины.

Основными факторами, определяющими нарушение устойчи­вости горных пород в стенках скважин, являются: механиче­ские (горное давление, воздействие на породы бурового ин­струмента и т. д.), физикохимические (осмотические явления, растворение, нарушение температурного режима пород и др.).

Причины, вызывающие нарушение устойчивости пород, ус­ловно делят на неустранимые и устранимые (рис. 3.1). К не­устранимым относятся геологические, гидрогеологические и сейсмические условия, характерные для данного месторож­дения-.

Геологические причины включают: структуру, текстуру, ли­тологию пород, характер их залегания, системы и ориентацию трещин, степень выветривания, наличие разломов,, сбросов и зон дроблений. Порода в зонах тектонических нарушений мо­жет иметь разную степень дезинтеграции от крупных обломков до глинистого материала. Обломочные полускальные породы, обычно неправильной формы, могут быть несцементирован­ными или втопленными в глинистую массу или сцементированы льдом. Глинистый материал, заполняющий трехДины пород, в естественном состоянии, например, может иметь угол внут­реннего трения <р = 25° и силу сцепления, равную 0,06 МПа. При обводнении <р = 6° и менее, а сцепление 0,01 МПа и ниже. Ряд полускальных пород (аргиллиты, глинистые сланцы, мер­гели, мел, соль и др.) могут терять свою первоначальную проч­ность при их обводнении; при этом они могут набухать, размо­кать или растворяться. Ослаблению устойчивости полускаль — ,иых и скальных пород способствует: крутое их падение, трещи­новатость, газонасыщенность, наличие вблизи высоконапорных вод, сейсмические колебания и др. Устранимые причины делят на: 1) технологические (применение, например, промывочных
жидкостей, режимов: промывка, бурение и спуско-подъемных операций, не соответствующие данным условиям и т. п.);

2) технические (использование бурового инструмента, не соот­ветствующего требованиям его нормальной эксплуатации: из­ношенный, искривленный и т. д.; 3) организационные (про­стои, в том числе аварии).

Устранимые

Причины обрушений

Не устранимые

X

Сейсми­ ческие

Техни­ ческие

Геологи­

ческие

Гидро — инженерно — ееологи-. ческие

Технологи­

ческие

Организа­

ционные

Сейсми­ ческие Воздеи- стВия

Гидро­стати­ческое и гидро — динамиче ское_ воздей­ствие Воды Реологи­ ческие свойства пород Степень обвод­ нения поров

Текто­

ника

района

УслоВия

залега­

нии

пород

Структу­ра, текс­тура, ли­тология

Системы и ориен­тация трещин

Степень

ВыВетри-

Ваемости

пороВ

Режим

бурения

Спуско­

подъем­

ные

операции

Длина открыто­го ствола

Кривизна

скВамины

Воздей­ствие колонны буриль­ных тру а на стен­ки сква­жины

Компоновка

бурового

инстру­

мента:

Организа­

ционные

простои

Пепроиз- Водитедь нее Время

Взрывные

работы

Нсслеис — Вания 8 скважине

Рнс. 3.1. Причины обрушений

Виды обрушений горных пород. Нарушения целостности ствола скважины может начинаться с внезапного вывала по­род в обвал; при этом обрушение породы может продолжаться до образования каверны с устойчивым сводом и уклоном.

В слоистых породах с выраженными плоскостями напласто — ваннй обрушение пород может происходить скольжением. Яв­ление это усиливается наличием в породе водочувствительных глинок трения, прослоек льда и т. д.

Для несцементированных, а также слабо сцементированных пород в виде гравия, щебня, песчано-дресвяных отложений наи­более характерным видом обрушения является течение, усили­вающееся при их обводнении. Плывунностью обладают пыле­ватые и тонкозернистые пески, содержащие глинистые колло­идные или органические фракции, способные к тиксотропным изменениям.

Под действием пластовых вод могут плыть даже грубообло­мочные породы (крупнозернистые пески, гравий, галечник и др.). Так же могут вести себя некоторые сильно увлажненные глины. Такие породы в отличие от истинных называют псевдо­плывунами. Наиболее часто эти породы встречаются при буре­нии скважин по осадочному чехлу платформ.

Таблица 3.1

Классификация видов обрушения пород в скважинах

Вид обрушений

Породы

Условия и характер деформаций пород

Вывалы и обвалы

Скольжение

Течение

Пластическая и вязкая деформа­ция (ползучесть)

Скальные, полускаль — ные, связные (жесткие)

Преимущественно сло­истые связные (жесткие) породы, с выраженными плоскостями напласто­ваний, разломов и т. д.

Несцементированные по­роды и слабосвязные. Скальные обломочные породы: гравий, щебень, песчано-дресвяные, раз­нозернистые (от пыле­ватых до крупнозерни­стых) различной влаж­ности; до плывунных и т. п.

Пластичные глинистые породы различной кон­систенции

Интенсивная и развитая трещи­новатость, ориентированная в сторону падения пластов и на­правленная в ствол скважины. Ослабление прочности за счет изменения их физического состо­яния: набухания, разуплотне­ния, размокания, выщелачива­ния, выветривания, протаива- ния. Обрушение отдельными ку­сочками или в виде мелких об­ломков

Наличие водочувствительных пластичных, глинистых просло­ев, глинок трения, представлен­ных преимущественно минера­лом монтмориллонитом; протаи — вание льда

Дополнительное увлажнение, гидростатическое и гидродина­мическое взвешивающее дей­ствие воды на порода

Породы с выраженными реоло­гическими свойствами

Особая форма обрушения характерна для пластичных глин. Она связана с потерей прочности и деформацией глин во вре­мени при неизменном напряженном состоянии.

Обрушение породы в ствол скважины может быть быстрым (катастрофическим) и медленным. Первое характерно для вы­валов и следующих за ними обвалов пород, создающих, как правило, в стволе скважины пробки-завалы. При медленных обрушениях порода сползает к забою, заполняя в некоторых случаях скважину на большую высоту, вызывая прихваты и за-

тяжки бурового инструмента. Общая классификация видов об­рушения пород в скважинах приведена в табл. 3.1.

Обнаружение нарушений целостности ствола скважины ве­дется в основном по косвенным признакам путем наблюдений за: 1) изменением крутящего момента; 2) давлением на насосе;

3) изменением тяговых усилий, необходимых для подъема бу­рового инструмента из скважины; 4) возможностью свободного дохождения буровым инструментом до забоя скважины; 5) со­держанием твердой фазы в растворе; 6) выносом иа поверх­ность песка, обломков породы и др.

Данные о кавернообразовании в скважине могут быть полу­чены методами каверно — и профилеметрии.

Комментарии запрещены.