Значения осевой нагрузки при бурении пород различной

степени трещиноватости алмазными коронками

Тип коронки	Характеристика пород	Категория пород по буримости	Степень трещиноватости	Диаметр коронки, мм
Осевая нагрузка, даН
04АЗ	Малоабразивные	VI – VII	Плотные	—	500 –	600 –	800 –
16АЗ	Малоабразивные	VI – VII	Трещиноватые	—	600 –	600 –	800 –
01АЗ	Мало – и среднеабразивные	VIII – X	Плотные	250 –	400 –	500 –	1100 –
014ДП	Мало – и среднеабразивные	VIII – X	Трещиноватые	150 –	300 –	400 –	800 –
01А4	Абразивные среднезернистые	VIII – XI	Плотные и трещиноватые	250 –	400 –	500 –	900 –
02И4	Абразивные среднезернистые	X – XII	Плотные	400 –	500 –	700 –	1000 –
ОЗИ5	Абразивные среднезернистые	X – XII	Трещиноватые	300 –	400 –	500 –	600 –

Степень трещиноватости горных пород оказывает существенное влияние на режимы бурения скважины, снижает выход керна, механическую скорость и углубку за рейс, повышает износ породоразрушающего инструмента и характеризует устойчивость пород (деформируемость, водопроницаемость, сейсмостойкость, твердость, буримость).

Для выбора способа бурения и породоразрушающего инструмента необходимо определить по методике Всесоюзного научно-исследовательского институт методики и техники разведки (ВИТРа) степень трещиноватости пород, выраженную удельной кусковатостью ( К_уд) - количеству кусков, обломков или столбиков породы на 1 м керна (табл. 7).

Таблица 7

Линейные размеры столбиков и обломков керна

при различной его кусковатости

Группа горных пород по трещиноватости	Удельная кусковатость керна Куд ,шт/м	Линейные размеры столбиков керна, м
I	1 – 5	1,00 – 0,20
II	6 – 10	0,20 – 0,10
III	11 – 30	0,10 – 0,04
IV	31 – 50	0,04 – 0,02
V	51 и более	0,02 и менее

Приближенно трещиноватость пород можно оценить и по выходу керна -В_к=(l_k/l_скв)·100 ,где l_k – длина поднятого керна,м; l_скв – проходка за рейс, м. Однако, В_к не является показателем, характеризующим только трещиноватость породы. Для более точного определения степени трещиноватости используют еще один критерий – показатель трещиноватости породы (W), который определяется количеством трещин, встречаемых коронкой за один оборот (ед/об) и углом встречи плоскости трещины с осью скважины. Показатель трещиноватости рассчитывается по следующей формуле:

W=D_кК_уλ / tgβ,

где W- показатель трещиноватости породы; D_к - диаметр керна, м; K_у - удельная кусковатость керна, шт/м; λ – коэффициент, учитывающий степень вторичного дробления породы (для расчета может быть принят λ = 0,7); β – угол встречи плоскости трещины с осью скважины, градус. Удельная кусковатость и угол встречи β определяются по поднятому из скважины керну.

На основании этих критериев составлена классификация пород по трещиноватости [7, 9] применительно к вращательному колонковому бурению (табл. 8). Совместное их применение позволяет получить полную характеристику степени трещиноватости породы.

Таблица 8

Классификация горных пород по трещиноватости для

колонкового вращательного бурения [7, 9]

Группа пород по трещинова-тости	Степень трещиноватости	Критерии оценки степени трещиноватости
удельная кускова-тость КУД, шт/м	показатель трещинова-тости W, ед/об	выход керна Вк, %
I	Малотрещиноватые	1 – 5	до 0,50	100 – 70
II	Слаботрещиноватые	6 – 10	0,51 – 1,0	90 – 60
III	Трещиноватые	11 – 30	1,01 – 2,0	80 – 50
IV	Сильнотрещинова-тые	31 – 50	2,01 – 3,0	70 – 40
V	Весьма и исключительно трещиноватые	51 и более	3,01 и более	60 – 30 и менее

Выбирая породоразрушающий инструмент для пород различной степени трещиноватости необходимо учитывать следующее: при бурении в монолитных породах наиболее оптимальными являются коронки с толщиной матрицы 6,0 – 7,0 мм, в слаботрещиноватых 8,0 – 9,0 мм и трещиноватых 10,0 – 17,0 мм.

В сильнотрещиноватых дезинтегрированных породах в комплекте с двойными колонковыми трубами используют специализированные алмазные коронки с толщиной матрицы 10-15 мм. Насыщенность матрицы алмазами в коронках, предназначенных для бурения трещиноватых пород, не должна быть слишком высокой (менее 12 карат). Это способствует улучшению условий очистки забоя от частиц крупного шлама. Оптимальные значения осевой нагрузки при бурении пород различной степени трещиноватости и абразивности приведены в табл. 6.

Получение кондиционного керна из толщи полезного ископаемого является основной задачей всех поисковых и разведочных колонковых скважин, поэтому при бурении принимают все меры к тому, чтобы получить необходимый выход керна, используя наиболее совершенные технические средства и методы его отбора.

В трещиноватых, разрушенных, перемежающихся, слабоустойчивых породах получение керна сопряжено с большими трудностями. Основными техническими средствами, обеспечивающими получение кондиционного керна, являются двойные колонковые трубы и эжекторные снаряды с прямой и обратной промывкой.

Дальнейшее развитие способа бурения с обратной промывкой привело к созданию комплекса оборудования для бурения скважин с гидравлическим транспортом керна на поверхность (КГК). Комплекс применим в основном в условиях мягких или средней по твердости пород.

Специфика новой технологии бурения сказывается на режимно – технологических параметрах процесса.

Тип породообразующего инструмента и забойного снаряда выбирают в зависимости от геологического разреза и глубины скважины. Например, при глубине скважин до 50 м и наличии в разрезе твердых и трещиноватых пород следует применять коронку типа ГК-2-84. Коронки типа ГК-2-93 рекомендуются для наиболее сложных условий бурения при наличии в разрезе зон рыхлых пород и плывунов. При этом следует использовать специальные растворы – глинистые и безглинистые с содержанием полимеров.

При бурении мягких и средней твердости пород не требуется охлаждения твердосплавных резцов коронки, так как при высокой механической скорости бурения и эффективном удалении с забоя выбуренных частиц контакт резца с породой, находящейся в естественном охлажденном состоянии, обеспечивает необходимые процессы теплообмена. При перебуривании твердых прослоев, где значительно меньше толщина «стружки» породы и больше путь пробега коронки на единицу проходки, охлаждение резцов необходимо. Оно обеспечивается конструктивным выполнением коронок с продольными каналами, а также за счет увеличения расхода очистного агента.

Из всего многообразия свойств горных пород (табл. 1) на процессы бурения существенно влияют свойства I класса, а основные механические свойства горных пород – упругость, пластичность, прочность, твердость, абразивность – определяют, прежде всего, успех разрушения их на забое при взаимодействии породообразующего инструмента с породой.

От такого свойства, как устойчивость горных пород, т.е. от способности их не обрушаться в скважине и не разрушаться в колонковой трубе, зависят крепления стенок скважин, выход керна, способ удаления продуктов разрушения с забоя.

Для ориентировочной оценки устойчивости горных пород ВИТРом рекомендована классификация горных пород по степени устойчивости в стенках скважин (табл.9). Она основана на принципе защиты стенок скважин от горного давления, механического разрушения очистным агентом и вибрирующего бурового снаряда [21].

Таблица 9

Дата добавления: 2015-07-08