Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 [ 59 ] 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94

при разрушении пород в процессе бурения скважин приходится иметь дело с суммарным сопротивлением, оказываемым породой и характеризуюш;им ее крепость.

В соответствии с классификацией В. И. Бокий все горные породы делятся по крепости на пять групп: 1) весьма крепкие; 2) крепкие; 3) ломкие; 4) мягкие; 5) рыхлые и сыпучие.

Однако эта классификация носит слишком обш;ий характер, так как в ней отсутствуют какие-либо численные значения коэффициента крепости пород, по которым можно было бы точно их классифицировать. В этом отношении известным преимуществом обладает классификация пород, предложенная М. М. Протодьяконовым (старшим), согласно которой все породы по крепости разделяются на 10 основных групп. Величина коэффициента крепости / в этой классификации колеблется от 20 до 0,3. Верхний предел соответствует в высшей степени крепким породам, нижний - плывунам. За единицу коэффициента крепости здесь принято сопротивление одноосному сжатию, равное 100 кгс/см. Для учета суммарной сопротивляемости пород разрушению при проходке или разработке М. М. Протодьяконовым (младшим) был разработан метод толчения, нашедший широкое применение при оценке крепости пород в шахтных выработках.

Сущность этого метода состоит в том, что навеска породы в 40- 80 г, состоящая из кусочков размером 10-12 мм, загружается в специальный цилиндр [5], в котором разрушается 5-10-кратным сбрасыванием на нее гири (2,5 кг) с высоты 60 см. Измельченные таким путем пять проб породы просеивают через сито с отверстиями размером 0,5 мм. Полученную пыль засыпают в цилиндрический объемометр, в который затем вставляют поршенек с миллиметровой шкалой. По числу делений на поршеньке I и числу ударов гири п подсчитывают коэффициент крепости породы / но формуле

/ = . (250)

Исследования Ю. Ф. Алексеева [5] показали, что между этим коэффициентом крепости породы и ее сопротивлением одноосному сжатию наблюдается линейная связь.

С целью приближения характеристики пород по крепости к условиям разрушения их в процессе проводки скважин Ю. Ф. Алексеевым были предприняты исследования, в которых работу шарошечного долота на забое моделировало специальное приспособление, соответствующее шарошечному зубу [5]. Прн этом коэффициент крепости / породы определялся из соотношения работы разрушения А (кгс-см) к объему разрушения V (см):

Работа А здесь представляет собой произведение усилия, приложенного к зубу, на глубине перемещения зуба в породу; величина

V - объем лунки, образовавшейся в результате воздействия резца на породу.

Согласно исследованиям Ю. Ф. Алексеева у пород разного возраста в районе расположения нефтяных месторождений Башкирии коэффициент крепости /, определяемый по формуле (251), колеблется от 0,2 до 15 кгс/см. В числе наиболее крепких пород оказались доломиты и известняки, а среди слабых - песчаники. Для крепких пород наблюдается и наибольшее сопротивление одноосному сжатию, хотя удовлетворительной корреляционной связи между коэффициентом крепости и сопротивлением одноосному сжатию в данном случае пе обнаружено. Более отчетливая связь коэффициента крепости / наблюдается с модулем сопротивления по штампу и очень слабая - с твердостью по штампу.

Четкой классификации пород по этому коэффициенту крепости пока пе имеется, так как принятое па практике деление пород по крепости пе согласуется с найденной для них величиной коэффициента крепости /. Например, в классе средней крепости встречаются почти все породы с коэффициентом крепости от 0,2 до 15 кгс/см; в классе твердых - с коэффициентом крепости от 6,8 до 12,3 кгс/см; в классе мягких - от 2,1 до 4,0 кгс/см и т. д. Источниками этого несоответствия являются, по-видимому, неточность определения коэффициента крепости /, недостаточная представительность каменного материала, недостаточно четкое деление пород по крепости па практике и др. Но главная причина, очевидно, таится все же в пе-полпоцеппом моделировании суммарного сопротивления породы разрушению в процессе бурения. Строго говоря, методика определения крепости пород по результатам внедрения приспособления, имитирующего зуб шарошечного долота, моделирует лишь некоторую часть процесса разрушения породы при проходке скважин. Поэтому максимальное приближение методики определения крепости пород к промышленным условиям их разрушения имеет существенное значение и должно учитываться в последующих исследованиях.

НАБУХАНИЕ И РАЗМОКАНИЕ ГЛИНИСТЫХ ПОРОД

Как отмечалось выше, прочность горных пород в значительной мере зависит от их влажности (водонасыщенности).

Многие глинистые породы при взаимодействии с водой набухают, увеличивают свою влажность и объем. Большую пабухаемость глинистые породы обнаруживают в нарушенном и меньшую в пе-нарушеппом состоянии, приближающемся к естественным условиям залегания. Это обстоятельство имеет большое значение при исследовании глин.

Способность глин к набуханию можно характеризовать:

1) увеличением объема образца в процентах к первоначальному объел1у;

2) влажностью набухшего образца, или влажностью набухания;

3) величиной давления, развиваемого набухшим образцом. Все этп характеристики зависят от состояния исследуемого образца и химического состава воды.

При исследовании набухаеыости глинистых пород, встречающихся при бурении скважин, наиболее приемлемой п распространенной характеристикой является увеличение объема образна в пропентах к первоначальному объему. При такой характеристике набухае-мости глинистых пород из керна вырезают образец кубической формы размером 2 X 2 X 2 см, помещают на пластинку с ручкой и погружают в воду, в водный раствор или какую-либо другую жидкость.

Для получения численных значений набухаемости образец измеряют штангенциркулем до помещения в жидкость и но истечении некоторого времени после пребывания в ней. Иногда при этом следят за изменением размеров исследуемого образца во времени. Одновременно с проведением этих опытов можно определять измененпе прочности образца путем измерения сопротивления вдавливанию в пего стержня или конуса до и после набухания.

Следует иметь в виду, что первоначальное состояние образца влияет на величину набухания. Образец породы может быть с нарушенной или ненарушенной стру1{турой, с естественной влажностью или подсушенный, поэтому для получения объективных данных желательно проводить исследования с образцами, сохранившими полностью естественное состояние. Для выяснения набухаемости глин в различных жидкостях обычно используют дистиллированную, пластовую, соленую, щелочную воды и керосин.

При подобном проведении исследований изучается одновременно ii размокаемость глин, являющаяся разновидностью набухания ii вызываемая в значительной мере теми же факторами. Размокаемость образцов в той или иной среде характеризуется главным образом временем размокания и характером разрушения.

ГОРНОЕ ДАВЛЕНИЕ

В общем виде напряженное состояние горных пород в природных условиях обусловлено действием горного давления, степень проявления которого в отдельных отложениях может быть различной. Так, если в пустотном пространстве пород имеется давленпе жидкостей или газов, эффективная часть горного давления на эти породы равна разности между полным горным давлением и пластовым давлением р„ :

Рэф = Рг - Рп- (252)

В сложных геологических условиях горное давление представляет собой совокупность гравитационных сил с силами тектонического происхождения и физико-химических превращений горных пород. Когда пласты пород залегают горизонтально и силы, обусловленные тектоническими и физико-химическими процессами, малы пли отсутствуют, вертикальное давление горных пород равно

Pr-ZPiSht, (253;