Классификация горных пород по степени устойчивости

в стенках скважин

Группа пород	Степень устойчивости	Характеристика пород по устойчивости	Горнотехническая характеристика пород
I	Устойчивые	Практически не разрушаемые гидродинамическими нагрузками и вибрациями бурового снаряда	Монолитные и слаботрещиноватые, IX – XII категории по буримости
II	Среднеустой-чивые	Разрушаемые гидродинамическими нагрузками и вибрациями бурового снаряда	Различной степени трещиноватости, перемежающиеся по твердости, IV – VIII категории по буримости
III	Малоустойчивые	Легко разрушаемые и растворимые минеральные соли, и многолетнемерзлые породы	Малой твердости, хрупкие, высокопластичные, III – V
IV	Неустойчивые	Легко разрушаемые и размываемые	Рыхлые, сыпучие, плывучие, I – II категории по буримости

Руководствуясь этой классификацией, можно в первом приближении оценить возможные осложнения в процессе бурения скважины и количество зон осложнений, а также выбрать технические средства и методы изоляционных работ. По устойчивости в стенках скважин все породы разделены на четыре группы.

К I группе относятся скальные породы магматического (граниты, диориты, базальты и др.), метаморфического (кварциты, кристаллические сланцы, гнейсы и др.) и осадочного происхождения (песчаники, доломиты, яшмы, кремни и др.), слабо затронутые выветриванием породы. Условия для бурения таких пород наиболее благоприятны и не требуют специальных мероприятий по их укреплению.

Во II группу входят те же породы, но сильнотрещиноватые или раздробленные (слабо сцементированные брекчии или конгломераты, слабые песчаники и сланцы и т.д.). При бурении таких пород керн дробится, истирается и размывается, образуются вывалы пород из стенок скважин.

III группа классификации объединяет: преимущественно глинистые породы и растворимые полезные ископаемые; мерзлые рыхлые или сильнотрещиноватые, раздробленные скальные породы, породы сцементированные льдом. Среди глин встречаются такие, которые быстро впитывают воду и увеличиваются в объеме, что вызывает сужение стенок скважины, обвалы пород и прихваты бурового инструмента. При проходке таких пород применяются глинистые растворы с малой водоотдачей, а также промывочные жидкости, слабо взаимодействующие с породами в стенках скважин.

К IV группе принадлежат рыхлые несвязные породы (пески, гравий, галечник и др.). Здесь необходимо применять вращательное бескерновое бурение с промывкой глинистым раствором, в верхних интервалах бурения – без промывки («всухую»).

Учитывая рассмотренные механические свойства, их природу и поведение при бурении скважин, все горные породы по степени связности можно разделить на три класса: 1)связные твердые скальные, 2) связные мягкие, 3) несвязные рыхлые породы.

К первому классу относятся твердые спаянные или сцементированные породы. Взаимное сцепление отдельных кристаллов в скальных породах осуществляется непосредственно (граниты, базальты, мрамор и т.д.) или посредством цементирующего материала (песчаники, конгломераты и др.)

Стенки скважин, пройденных в скальных породах, обычно устойчивы и не требуют крепления. К креплению прибегают на тех участках, где породы интенсивно разрушены и трещиноваты. Многие породы I класса абразивны.

Силы сцепления между частицами, составляющими породу, определяются внутренними жесткими связями [21]. После разрушения пород силы сцепления между частицами не восстанавливаются.

Второй класс классификации включает глинистые породы, обладающие высокой пластичностью, малой прочностью и невысокой абразивностью: глины, глинистые сланцы, аргиллиты, глиносодержащие (плывуны, глинистый песчаник, мергель и др.), а также породы зон тектонических нарушений и гидротермальных изменений.

При проходке скважин в этих породах используют промывочные жидкости со специальными химическими реагентами: полимерные глинистые с малым содержанием твердой фазы, с высокими ингибирующими свойствами. Для предупреждения осложнений при проходке этих неустойчивых пород необходимо укреплять обсадными трубами опасные зоны. При глубине скважин до 1000 м с целью предотвращения обрушения глинистых пород IV-VII категорий по буримости (глинистые сланцы) рационально применять промывку пеной. В глинистых породах сцепление между частицами обусловлено содержанием в них коллоидных частиц размером менее 0,001 мм. Прочность пород этой группы мала и повышается с увеличением глубины их залегания.

В мерзлых породах структурные связи исчезают при положительных температурах, поэтому при проходке мерзлых пород эффективно применять инертные ко льду и чувствительным к воде породам охлажденные малоглинистые жидкости, полимерглинистые растворы [11], растворы на органической основе, охлажденный сжатый воздух и пену [8]. Промывочная жидкостная среда должна иметь низкое содержание твердой фазы, минимальную водоотдачу и повышенную вязкость. При этом следует также отдавать предпочтение аэрированным промывочным жидкостям.

К третьему классу относятся сыпучие породы: песок, гравий, галечник, дресва, т.е. породы, в которых силы сцепления практически отсутствуют. Эти силы проявляются лишь во влажных песках, достигая максимального значения при влажности 16-20 %. Сыпучие породы малоабразивные, в скважинах неустойчивы, поэтому требуют крепления трубами.

Свойства некоторых горных пород приведены в табл.10. Эти свойства влияют на процессы разрушения пород и позволяют выбрать способ бурения, состав бурового инструмента и оборудования, а также произвести расчет параметров бурения. В зависимости от степени устойчивости пород необходимо выделить различные осложнения: обрушения, вывалы, осыпания, вспучивание, набухание пород; раскрытие естественных и образование новых трещин; поглощение очистного агента, образование каверн, разрушение пород в стенках скважины; искривление скважины; обрыв бурильных, колонковых и обсадных труб; породоразрушающего инструмента; прихват бурового снаряда и т.д. [9,14,22].

Таблица 10

Сводная таблица физико-технических свойств горных пород в заданных условиях

Интер-валы буре-ния, м	Харак-теристика пород	Катего-рия пород по бури-мости	Объеди-ненный показа-тель pм	Коэффици-ент динами-ческой прочности Fд	Коэффи-циент (Кабр) и степень абразив-ности пород	Твердость пород по Шрейне-ру рш, Н/мм^2	Степень трещинова-тости пород	Удельная кускова-тость пород Куд, шт/м	Устойчи-вость пород в стенках скважины	Ослож-нения в процес-се бурения
0-25,0	Четвертич-ные отложения (глины, суглинки, галька, обломки дресвы и песчаников)	III – IV	7,0	2,5	1,0 умеренно абразивные	500 –1000	—	—	Неустойчивые	Осыпа-ние и обвали-вание пород
25,0 -60,0	Песчаник мелкозер-нистый на кремнистом цементе	VII	10,5	12,1	1,5 – 2,0 абразивные	2000-3000	Слаботрещи-новатые	6 – 10	Средне-устойчи-вые	Погло-щение очист-ного агента

Дата добавления: 2015-07-08