Архив метки: горный

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

Горные породы разрушаются вследствие отрыва (от нормальных на­пряжений) или сдвига, скалывания, среза (от касательных напряжений). При сжатии порода разрушается преимущественно на скалывание, при растяжении — на отрыв. Разрушение горных пород — процесс сложный, и разрушения на скалывание и отрыв сопровождают друг друга.

Процесс разрушения требует времени и происходит постепенно, но с различной скоростью. Разрушение обычно проходит по контактным по­верхностям отдельных минеральных зерен. Продолжительность разруше­ния для одной и той же породы при прочих равных условиях определяется нагрузкой, температурой, активностью среды, напряженным состоянием и ò.ä.

При бурении скважин разрушение горных пород долотами различного типа может быть поверхностным и объемным. Первый вид разрушения обычно неэффективен — он сводится к дроблению, истиранию, выламыва­нию из массива и проталкиванию в направлении движения инструмента частиц породы. Не вдаваясь в более подробное рассмотрение процесса, связанного с возникновением своеобразного клина из выломанных и пере­двигаемых частиц, создающих распор и способствующих разрушению по­роды, а также механизма их истирания, остановимся на объемном разру­шении горных пород.

Очевидно, разбуривание породы долотом с известным приближением можно рассматривать как процесс вдавливания в породу наконечника (штампа) с плоским и криволинейным основаниями.

Переход от меньшей степени нагрузки на штамп к большей изменяет скорость деформации. При этом различаются три фазы напряженного со­стояния породы под штампом: уплотнение (затухание деформации), пре­дельное равновесие (разрывы и сдвиги) и разрушение.

В первой фазе скорость деформации уменьшается до нуля; в скальных породах при этом деформации являются упругими; в глинистых пластич­ных породах первая фаза — это фаза уплотнения. При разрушении горных пород первая фаза характеризуется поверхностным разрушением.

Во второй фазе скорость деформации не затухает, и при некоторой нагрузке деформация ползучести становится постоянной. Внешним прояв­лением второй фазы деформации, по B.C. Федорову, являются появление скалывания по контуру давления в хрупких породах (появление клинооб­разного углубления) или пластические деформации у пластических пород. При всестороннем сжатии (под штампом сферической формы) порода ха­рактеризуется физико-механической неоднородностью. Любой дефект — вероятный очаг концентрации перенапряжений, вызывающий рост тре­щин.

При увеличении напряжения и росте сети трещин в породе возникают поверхности следующих друг за другом сдвигов, характеризующих дефор­мации. Происходит объемное разрушение породы, причем в реальных гор­ных породах, характеризующихся наличием дефектов, процесс разрушения идет и при нагрузках более низких, чем критические, но медленно. Дли­тельность второй фазы определяется нагрузкой и условиями, в которых происходит процесс разрушения (температура, активность и т.д.).

Третья фаза, по B.C. Федорову, — это фаза прогрессивного роста де­формаций, фаза объемного разрушения. Для скальных пород она длится доли секунды.

Три фазы разрушения составляют полный цикл разрушения горной породы. Ярко выраженный скачкообразный характер наблюдается у хруп­ких прочных пород. У хрупких, но менее прочных пород цикличность по­вторяется, но скачкообразный характер не столь ярко выражен. Мало­прочным породам свойствен еще более плавный характер разрушения. При разрушении пластических глин скачкообразности вообще не наблюдается.

При ударном воздействии горные породы могут разрушаться при на­пряжениях меньше критических, соответствующих пределу прочности. При некотором значении силы порода разрушается после первого удара. Уменьшение силы требует увеличения числа ударов по одной и той же точке. Ниже некоторого значения силы разрушения породы не произойдет при любом числе ударов.

Разрушение породы при циклических напряжениях обусловливается ее усталостью. Число циклов нагружения при напряжениях, близких к пределу усталости, необходимое для разрушения таких пород, как мрамор, известняк, доломит, кварцит, составляет 50—110. Отношение предела уста­лости к прочности для этих пород в зависимости от пластичности колеб­лется в пределах от 1/21 до 1/29.

Установлено, что в процессе вдавливания наконечников разрушение породы наступает при их погружении на 0,10 — 0,25 мм, а продолжитель­ность цикла разрушения породы составляет около 0,002 с. Таким образом, скальные породы разрушаются без внедрения в них зубцов шарошек. При большей продолжительности контакта зубцов с породой происходит их по­гружение, но не в материнскую породу, а в продукты ее разрушения. Меньшей, но продолжительно действующей силой можно достигнуть боль­шего разрушительного эффекта, чем большей силой, но действующей мгновенно. Следовательно, в реальных условиях при бурении с увеличени­ем частоты вращения долота необходимо увеличивать осевую нагрузку. На эффект разрушения горных пород частота вращения долота оказывает двоякое влияние: эффективность разрушения возрастает, но вместе с тем снижается продолжительность контакта зубцов шарошки с породой, что снижает эффективность разрушения.

При поверхностном разрушении механическая скорость проходки увеличивается пропорционально росту частоты вращения.

Порода разрушается и при действии на нее струи жидкости, которая истекает из отверстий долота, причем следует выполнять следующие усло­вия: поток жидкости должен оказывать на забой давление р„ скорость пе­ремещения струи v относительно плоскости забоя не должна превышать некоторой величины, конкретное значение которой зависит от р,- и прочно­сти породы RC7R.

Между этими величинами установлена эмпирическая зависимость р,- > > к$11сж, что справедливо при v = 0,5 м/с (здесь &0 — опытный коэффици­åíò, ðàâíûé 0,25-0,35).

Для конкретных условий бурения максимальная механическая ско­рость проходки будет только при определенном сочетании частоты враще­ния, осевой нагрузки на долото и расхода жидкости. Этот расход — опти­мальный. Рекомендуется подбирать соответствующее сочетание параметров гидромониторной струи, обеспечивающее окончательный отрыв и увлече­ние частиц, преодоление угнетающего их перепада давления, образующе­гося при непрерывном процессе фильтрации жидкости в зону разрушения.

Выбор оптимальных процессов, связанных с бурением скважины, пока невозможен из-за различных технико-технологических трудностей и не­знания упругих, пластических, прочностных и абразивных свойств горных пород. Тем не менее, пользуясь обобщенными показателями, характери­зующими свойства горных пород, можно добиться существенных результа­тов. Один из таких показателей — буримость горных пород.

Под буримостью понимают углубление скважины за 1 ч собственно бурения — так называемую механическую скорость проходки vM (м/ч). Эта скорость с течением времени вследствие износа долота экспоненциально уменьшается.

При правильно подобранных режимах бурения, когда обеспечивается объемное разрушение горных пород, механическая скорость изменяется обратно пропорционально твердости. Она зависит также от других свойств (упругости, пластичности и др.).

Если породы определенной группы разбуривают долотами одной и той же модели, одного размера, при постоянных режимах бурения, то по темпу снижения механической скорости проходки можно судить об относитель­ной абразивной способности пород.

ВЛИЯНИЕ ВСЕСТОРОННЕГО ДАВЛЕНИЯ, ТЕМПЕРАТУРЫ И ВОДОНАСЫЩЕНИЯ НА НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД

Гравитационные силы, тектонические напряжения, давления насы­щающих породу флюидов вызывают напряженное состояние, испытывае­мое горными породами в земной коре и называемое горным давлением рг, которые принято определять в зависимости от объемной массы р0 выше­лежащих пород и глубины рассматриваемой точки z, т.е. рг = pogz.

Давление, обусловленное сопротивлением массива радиальной дефор­мации выделенного объема породы, называется боковым давлением рб
и зависит от горного давления рг:

Ре =^

 7Рг.

1-ц

где ц — коэффициент Пуассона.

Наконец, флюиды, находящиеся в пластах под определенным давлени­ем, в особенности вода, весьма серьезно влияют на поведение горных по­род и их свойства в конкретных условиях. Наиболее полно изучено влия­ние всестороннего сжатия на изменение поведения горных пород, хотя при этом возникают значительные сложности.

В.В. Булатов на основании большого количества экспериментальных работ пришел к следующим выводам.

1.  Твердость глинисто-карбонатных пород существенно зависит от все­
стороннего сжатия. Чем меньше твердость, тем заметнее влияние на нее
всестороннего давления. Особенно интенсивен рост твердости при давле­
нии 70 — 80 ÌÏà.

Для песчано-алевролитовых горных пород закономерности изменения твердости при повышении всестороннего давления те же, но наибольшее повышение твердости пород наблюдается при давлении до 30 и выше 80 ÌÏà.

2.  Пластические свойства глинисто-карбонатных пород изменяются в
условиях всестороннего давления следующим образом.

С повышением всестороннего давления предел текучести и коэффи­циент пластичности пород увеличиваются, при этом темп «упрочения» по­род под штампом возрастает. При определенном давлении коэффициент пластичности к для каждой породы скачком изменяется до к = оо. Чем вы­ше коэффициент пластичности породы, тем заметнее влияние давления на рост последнего. С увеличением давления темп роста коэффициента пла­стичности снижается.

В.В. Булатовым установлена зависимость механических свойств гор-

ных пород, определенных методом вдавливания, от совместного влияния давления и температуры. Он показал, что известняки верхнего мела (Чечня и Ингушетия), находящиеся в условиях высокой температуры, с ростом давления переходят в категорию пород, не дающих хрупкого разрушения.

С увеличением давления предел текучести пород при температуре 150 °С возрастает. Темп роста предела текучести превышает увеличение давления. Предел текучести и твердость пород при постоянном давлении (30 МПа) уменьшаются с ростом температуры. При постоянной температу­ре с ростом давления условный коэффициент пластичности горных пород увеличивается: наиболее интенсивный рост его прослеживается до давле­ния 20 — 25 МПа. При постоянном давлении с ростом температуры коэф­фициент пластичности понижается, особенно интенсивно при увеличении температуры до 100 °С.

Весьма своеобразно влияние жидкости, особенно воды, на поведение горных пород при воздействии всестороннего сжатия.

Б.В. Байдюк и Л.А. Шрейнер изучили влияние напряженного состоя­ния и влажности на устойчивость глинистых пород в скважинах. Они при­шли к выводу, что пластичные глинистые породы могут сохранять устойчи­вость до значительных глубин даже при небольшой плотности жидкости, если не происходит их увлажнение, которое существенно снижает прочно­стные свойства. Поэтому резко уменьшается глубина устойчивого состоя­ния ствола, сложенного из этих глин.

Общая закономерность для всех горных пород — уменьшение прочно­сти при насыщении их водой.

Вода, и особенно вода с растворенными в ней поверхностно-актив­ными веществами (ПАВ), существенно понижает (эффект П.А. Ребиндера) поверхностную энергию горной породы (чем выше избыточная поверхно­стная энергия, тем больше прочность породы), тем самым уменьшая ее прочность и твердость.

Жидкость, находящаяся в порах горной породы, также оказывает влияние на ее свойства. В случае неизолированного образца (массива) гор­ной породы при создании гидравлического давления в поры породы будет проникать жидкость, создающая давление. В этом случае на скелет породы действует разность между внешним гидравлическим и поровым давления­ми. Если разность мала, что обычно наблюдается, то механические свойст­ва породы при создании всестороннего гидравлического сжатия заметно не изменяются. Если при всестороннем гидравлическом сжатии прочность по­роды повышается, то поровое давление способствует снижению предела текучести и прочности.

Известно, что горные породы в условиях их разрушения на забое скважины не находятся в объемно-напряженном состоянии в пределах зо­ны разрушения и предразрушения (А.Ф. Афанасьев). При наличии капил­лярного давления, равного 200 — 250 МПа, жидкость проникает в трещино­ватые участки забоя, образуемые долотом, и устраняет всестороннее дав­ление в области разрушения. В условиях забоя скважины в процессе раз­рушения порода не изолирована от воздействия бурового раствора и его фильтрата. Следовательно, в процессе разрушения породы забоя жидкость бурового раствора фильтруется сквозь забой, что способствует уравнове­шиванию гидростатического давления в пределах глубины проникновения жидкости.

Прочностные и пластические свойства горных пород при вдавливании

штампа в условиях всестороннего давления проявляются эффективнее, ес­ли скорость фильтрации жидкости через верхний торец образца мала по сравнению со скоростью вдавливания штампа. И наоборот, если фильтра­ция жидкости опережает внедрение штампа, происходит частичное (или полное) уравновешивание гидростатического давления. При полном урав­новешивании гидростатического давления на поверхности образца и на глубине внедрения штампа эффект упрочнения полностью снимается; по­рода деформируется как в атмосферных условиях.

В низкопроницаемых горных породах наиболее активная фильтрация жидкости через поры (в отличие от закона Дарси) начинается только по достижении некоторого всестороннего давления, зависящего от проницае­мости пород (при высокопроницаемых — от вязкости бурового раствора). Такое увеличение давления способствует упрочнению пород. С превыше­нием этого значения давление в порах уравновешивается, и эффект все­стороннего давления снимается (В.Ф. Целовальников и др.).

МЕХАНИЧЕСКИЕ И АБРАЗИВНЫЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД

Способность горных пород реагировать на внешние воздействия из­менением размеров, формы и целостности относится к механическим свой­ствам.

Способность горных пород изменять без разрушения форму и разме­ры в результате направленного на них силового воздействия называется деформируемостью.

Прочность горных пород — это способность их в определенных усло­виях воспринимать силовые воздействия без разрушения.

Реальная (техническая) прочность отличается от теоретической, под которой понимается прочность связи между элементарными частицами, слагающими идеальную кристаллическую решетку. Например, односторон­нее растяжение ионного кристалла (по Г.С. Жданову) составляет 3000 МПа. Для реальных тел отношение теоретической прочности к технической дос­тигает больших значений: для железа — 4500, цинка — 2000, хлористого натрия — 600.

Твердость пород — это их способность сопротивляться внедрению в них постороннего тела.

Горные породы могут деформироваться в пределах упругости и пре­терпевать пластические (остаточные) деформации.

Способность горных пород изменять форму и объем под влиянием си­ловых воздействий и полностью восстанавливать первоначальное состояние после устранения воздействий называется упругостью.

Способность горных пород изменять форму и объем под влиянием си­ловых воздействий и сохранять остаточные деформации после устранения воздействий называется пластичностью.

Горные породы при их нагружении характеризуются проявлением уп­ругой и пластической деформаций, так как не являются идеально упругими или идеально пластическими телами.

Минералы в большинстве случаев деформируются как упругохрупкие тела: их разрушение характеризуется моментом, когда напряжения дости­гают предела упругости; деформации следуют закону Гука. Повышение температуры и всестороннего давления может привести к тому, что мине­ралы будут деформироваться как упругопластические тела.

Горные породы деформируются, не следуя закону Гука: так как они

имеют дисперсное строение, их связь между напряжением и деформацией носит сложный характер.

Упругое поведение тела, в том числе горных пород, может быть оха­рактеризовано модулем Юнга (упругости) Е, коэффициентом Пуассона ц или модулем сдвига G. Иногда необходимо знать модуль объемного сжатия к. Указанные константы изотропного тела взаимно связаны:

E = 2G(1 + µ);

(6.1) Е = 3k(1 — µ).

Для горных пород, которые относятся к анизотропным телам, констан­ты Е
и ц должны быть заданы в виде кривых зависимости от направления.

Модуль упругости определяется рядом факторов. Различают модуль упругости Е, возникающий при однократном нагружении; модуль упруго­сти £н, получаемый в результате исключения остаточных деформаций ме­тодом многократной нагрузки и разгрузки; динамический модуль упругости Е, вычисляемый по скорости распространения упругих волн. Они различ­íû: Å < Eí < Eä.

Модуль упругости, полученный при испытании образцов горных пород для различных видов деформации при растяжении Ер, изгибе £и и сжатии .Есж, неодинаков: Ер < Е„ < Есж. Количественное соотношение примерно сле­äóþùåå: EJEV = 1,1÷3; Åè/Åñæ = 0,25÷0,35.

Породы одного и того же минералогического состава, но разной сте­пени уплотненности имеют разные модули упругости. Если породы нахо­дятся под все увеличивающимся напряжением, то они имеют повышенные значения Е.

Модуль упругости горных пород по мере увеличения глубины их зале­гания возрастает. Наибольшее влияние на модуль упругости оказывают минералогический состав, структура, текстура, условия залегания, природа вещества, заполняющего поровые пространства, и др.

Повышение песчанистости приводит к увеличению Е
породы. Его зна­чения определяются главным образом модулем упругости основного поро­дообразующего минерала, но Есжм
< Есжм.

Ниже приведены модули упругости при сжатии некоторых минералов:

Минерал…………………………………….        Кварц         Кальцит       Гипс               Галит

£сж.м-Ю~6, ÌÏà……………………………        7,9-10       5,8-9,0        1,2-1,5        2,4-2,6

По мере увеличения карбонатности осадочных горных пород модуль упругости возрастает. При прочих равных условиях мелкозернистые поро­ды имеют более высокий модуль Юнга, чем крупнозернистые.

Ниже представлены значения Есжм
для горных пород:

Порода………………………………………………        Глинистый сланец             Известняк            Доломит

£сж.„-10~6, ÌÏà…………………………………….        1,5-2,5                                1,3-2,5                  2,1-16,5

Порода………………………………………………        Ìðàìîð                              Ïåñ÷àíèê              Êâàðöèò

£сж.„-10~6, ÌÏà…………………………………….        3,9-9,2                              3,3-7,8                  7,5-10,0

Модуль упругости горных пород с равномерно распределенной порис­тостью закономерно понижается с повышением пористости. Породы оди­наковой пористости, но разного минералогического состава (кварциты, гра­ниты, мраморы) в пределах нагрузок от 10 до 100 МПа имеют примерно одинаковое значение Е.

По Л.А. Шрейнеру, для целей бурения модуль упругости можно опре­делить по формуле

= Р(1-ц2)
ш                               

где Ет
модуль упругости породы при вдавливании цилиндрического штампа, Па; Р
нагрузка на штамп, соответствующая деформации, Н; ц — коэффициент Пуассона; dm — диаметр штампа, м; ^ — упругая деформа­ция, м.

Модуль упругости Ет, кроме того, зависит от пористости пород, мине­ралогического состава, направления действия деформирующих сил по от­ношению к слоистости породы и т.д.

Если £ц — модуль упругости параллельно, а Е±
модуль упругости перпендикулярно к напластованию, то отношение Е\\ / Е± характеризует степень упругой анизотропии горной породы. Для глинистых пород оно доходит до 2, для песчаников — до 1,2, для алевролитов — до 1,4.

С увеличением влажности горных пород модуль упругости существен­но снижается. По Л.А. Шрейнеру, горные породы в зависимости от модуля упругости подразделяются на восемь категорий.

Коэффициент Пуассона ц для горных пород — величина, изменяю­щаяся в диапазоне 0,10 — 0,45. Ниже приведены значения ц для горных по­род:

Порода………………………..       Глины пластичные              Глины плотные            Глинистые сланцы

ц………………………………….       0,38-0,45                              0,25-0,35                      0,10-0,20

Порода………………………..       Известняки           Песчаники           Каменная соль           Гранит

ц………………………………….       0,28-0,33                0,30-0,35              0,44                              0,26-0,2

Коэффициент Пуассона уменьшается с увеличением деформирующей нагрузки: для известняка изменение нагрузки в пределах 10 — 250 — 500 Н приводит к уменьшению ц до 0,28.

Изучение зависимости ц от направления приложения нагрузки (парал­лельное и перпендикулярное к напластованию) показывает, что щ
>
ц_ь

Л.А. Шрейнер и другие показали, что коэффициент Пуассона зависит от метода испытаний: при динамических испытаниях он меньше, чем при статических, и в некоторых случаях во много раз: для доломитов и извест­няков, например, в 1,7 — 2,1 раза.

Изучение процессов разрушения горных пород и исследование устой­чивости горной выработки часто требуют знания их сжимаемости р.

Горные породы под действием всестороннего давления уменьшают свой объем следующим образом: для большинства горных пород р = = 10~б-=-10~7, т.е. объем горных пород при увеличении давления на 0,1 МПа уменьшается на несколько миллионных или даже десятимиллионных долей их первоначального объема. С увеличением давления коэффициент объем­ного сжатия горных пород уменьшается. Например, для известняка значе­ние р при небольших давлениях высоко: р = (2,3+2,7)- 10~б, а при давлениях выше 200 МПа оно достигает 1,39-10~6, т.е. значений р для кальцита, ос­тающегося несжимаемым вплоть до давления 1000 МПа.

Горные породы принято делить на хрупкие и пластичные при обычных условиях. Изменение условий испытания перемещает границу между хруп­костью в ту или иную сторону. По B.C. Федорову, хрупкость, а значит, и

пластичность, следует рассматривать как состояние тела, а отнюдь не как свойство материала. В понятие состояния горных пород входят: структура, дефекты и искажения, относящиеся к самим зернам (решеткам), их по­верхности и к веществу, связывающему зерна; температура и время дейст­вия сил и их значение. При определенных сочетаниях этих факторов горные породы могут вести себя как хрупкие или как пластичные тела. Л.А. Шрейнер с сотрудниками на основании экспериментов при вдавлива­нии штампа в образцы горных пород классифицировал их на упрутохруп-кие, упрутопластичные и не дающие общего хрупкого разрушения. При этом были построены и характерные кривые деформации.

При построении и анализе диаграммы (рис. 6.1) деформации в коор­динатах Р — £, (соответственно нагрузка в ньютонах и деформация в мик­рометрах) тангенсы углов наклона прямых АВ (а) и ВС (ои) характеризуют упрочаемость породы при пластическом деформировании: точка А пересе­чения линий ОА (в упругой области) и АВ (в пластической области) дает значение нагрузки Ро, по которой можно судить о пределе текучести.

Л.А. Шрейнер с сотрудниками под мерой пластичности понимают не­который коэффициент кт получаемый как отношение общей работы, за­траченной до разрушения (площадь ОАВСД), к работе упругих деформаций (площадь ОРЕ). Точка С соответствует значению нагрузки Р, при которой наступает общее разрушение образца горной породы под штампом.

Для упругохрупких пород кш принимается равным единице. Породы осадочной толщины к этой категории практически не относятся. Для этих пород кш
удовлетворяется неравенством 1 < кш < 6. К ним относятся извест­няки, доломиты, песчаники и другие породы.

Л.А. Шрейнер исследовал породы, для которых кш
>
6, отнес их к клас­су пород, «не дающих общего хрупкого разрушения». К этому классу отно­сятся глинистые сланцы. Глины характеризует кт равный практически бес­конечности.

Пластические свойства горных пород существенно изменяются с из­менением их минералогического состава и пористости. Например, при по­стоянной пористости кп
горной породы увеличивается по мере уменьшения ее карбонатности или глинистости. Породы с постоянной карбонатностью показывают увеличение кп с ростом пористости.

Прочность — одно из основных свойств горных пород. Ее можно оп­ределить как сопротивление тел механическому разрушению. Характер деформации играет существенную роль. Наиболее часто используются данные по пределам прочности при разрыве Rp (растяжение), изгибе i?H, сжатии Rcm, скалывании xs (сдвиге, срезе).

МЕХАНИЧЕСКИЕ И АБРАЗИВНЫЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД

С

МЕХАНИЧЕСКИЕ И АБРАЗИВНЫЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОДМЕХАНИЧЕСКИЕ И АБРАЗИВНЫЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД

МЕХАНИЧЕСКИЕ И АБРАЗИВНЫЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОДU $—- ц

Рис. 6.1. Диаграмма деформации при вдавливании штампа, построенная в координатах

а — в упругохрупкую породу; б — в упругопластичную породу

Понятие о твердости менее определенно, и применительно к внедре­нию долота, условно состоящего из своеобразных клиньев («штампов»), может быть сформулировано как сопротивляемость горной породы внедре­нию в него штампа. Это есть прочность тела при вдавливании в него друго­го тела. Между показателями прочности и твердости существует корреля­ционная связь. Прочность горных пород зависит от ряда факторов, главные из которых — минералогический состав, размер и форма зерен кристаллов породы, структура, текстура, тип цемента, количественное соотношение между цементом и материалом породы, пористость и слоистость, уплотнен­ность, перемятость водонасыщенность и некоторые другие. Значительно влияют на прочность вид деформации, масштабный фактор, скорость при­ложения нагрузки и др. Рассмотрим некоторые из этих факторов.

Прочность материалов определяется силами сцепления и внутреннего трения. Между прочностью горных пород и их сцеплением существует прямая связь. Интенсивность сцепления С можно определить через предел прочности при сжатии Rcm и угол внутреннего трения (р:

Q

2 sin ф

или через предел прочности на разрыв Rp:

п
_

+ sin ф)

2 sin ф

Интенсивность сцепления численно почти равна пределу прочности при разрыве: С «■ Rp.

По сечению образца горной породы прочность не везде одинакова: ее значения максимальны при разрушении зерна породы, меньше — в местах связи зерен и равны нулю в порах, трещинах.

Интенсивность сцепления часто определяется из условия разрушения на сдвиг, что обусловлено силами сцепления и силами трения. В общем случае сдвиг происходит не по плоскости, а по некоторой зоне толщиной, превышающей размер частиц породы. Силу внутреннего трения f принято оценивать коэффициентом или углом внутреннего трения: tg (p = f; (p = = 2у0 — 90°, где у0 ~ определяемый экспериментальным путем угол неко­торой площадки с в образце породы к горизонту, на которой при приложе­нии нагрузки устанавливается равновесие сил (рис. 6.2).

МЕХАНИЧЕСКИЕ И АБРАЗИВНЫЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД

Главные породообразующие минералы обладают различной прочно­стью: наивысшая прочность, достигающая 500 МПа, у кварца. При прочих равных условиях во всех осадочных горных породах с увеличением количества растворенного кварца прочность возрастает. Прочность кварцитов и кремния достигает 300 — 500 МПа, у карбонатных пород она меньше. Так, прочность основных породоразрушаю-щих минералов кальцита и доломита составляет соответ­ственно 160 и 200 МПа. Прочность обломочных сцемен­тированных пород определяется минеральным составом цементирующего вещества. Наиболее слабые места этих

МЕХАНИЧЕСКИЕ И АБРАЗИВНЫЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОДРис. 6.2. Схема разрушения образца породы под действием сжимающих усилий

конгломератов находятся на поверхностях контакта обломочного и цемен­тирующего  материалов.

По B.C. Федорову, прочность на разрыв горных пород выше, если зер­на, ее составляющие, меньше. Прочность на скалывание слабо зависит от размера зерен. Разнозернистые горные породы характеризуются повы­шенной прочностью по сравнению с теми, у которых размеры зерен при­мерно одинаковы.

Как правило, горные породы, имеющие «цемент» соприкосновения менее прочны, чем породы, имеющие базальтовый цемент и цемент пор. При прочности цементирующего вещества ниже прочности классических зерен породы с базальтовым цементом оказываются более прочными, чем породы с цементом пор.

Прочность пород с низкой пористостью (0,5 — 2,0 %) при сжатии суще­ственно зависит от формы и характера взаимного расположения зерен. Так, у сланцев она изменяется от 69,2 до 247,3 МПа.

Еще больше эти факторы влияют на известняки. Породы, в составе которых в значительном количестве содержатся минералы табличного или пластичного габитуса, характеризуются изменчивостью прочности в раз­личных направлениях.

Увлажнение горных пород приводит к снижению их прочности: для глинистых пород падение прочности весьма резкое; скальные породы сни­жают прочность значительно меньше — до 20 — 30 %. Увлажнение до 16 — 18 % повышает, а водонасыщение резко снижает прочность песков. Насыщение пород нефтью понижает их прочность.

Прочность при сжатии горных пород возрастает с увеличением уплот­нения по линейному закону. B.C. Федоров считает, что прочность пород увеличивается от свода к крыльям с ростом глубины залегания.

Существенно влияет на прочность горных пород вид деформации. При прочих равных условиях пределы прочности при растяжении Rp, скалыва­нии Rc, изгибе i?H и одноосном сжатии Rcm располагаются в следующем по­ðÿäêå: Rð < Rñ < Rè < Rñæ.

Соотношения этих величин для разных пород ориентировочно выра­жаются следующими значениями:

= — -J-; J^ = i-=-J-; A_ = 0,10 + 0,32. ^ж     20    35   ^ж     6    13   ^ж

При испытании образцов горных пород четко выявляется закономер­ность: при увеличении линейных размеров кубиков от 2 до 10 см
наблюда­ется резкое увеличение предела прочности на сжатие. У образцов разме­ром от 10 до 20 см RC7R возрастает, но менее выражено, приближаясь к не­которому значению. Прочность зерен закономерно уменьшается с увели­чением размера зерен. B.C. Федоров построил характерную кривую, даю­щую наглядное представление о влиянии линейных размеров (масштабный фактор) на прочность минералов и образцов горных пород (кубиков) при одноосном сжатии (рис. 6.3).

Результаты испытаний горных пород на одноосное сжатие существен­но зависят от скорости приложения разрушающих усилий. Так, при изме­нении скорости нарастания напряжения от 1,9 до 4,0 МПа/с прочность ис­пытуемых пород возрастала от 154,4 до 174,5 МПа. По B.C. Федорову, при «мгновенном» действии разрушающих сил прочность известняков, песча-

Рис. 6.3. Влияние линейных размеров (масштабный фактор) на прочность минералов и горных пород при одно­осном сжатии:

1 — зона зерен минералов; 2 — зона крупных образцов (кубики)

ников, глинистых сланцев увеличивается на 10—15 % по сравнению с за­медленным приложением сил. Аналогичная закономерность прослеживает­ся и в случае испытания других горных пород. Скоростной эффект больше влияет на пластичные породы, меньше — на хрупкие.

Горные породы разрушаются и при нагрузках, которые меньше кри­тических, но действуют в течение продолжительного времени. Временная прочность пород зависит от наличия или отсутствия дефектов в образцах и механизмах разрушения.

Твердость горных пород является одним из свойств, представляющих интерес с позиции механики разрушения. Существует несколько способов определения твердости горных пород. Наиболее известный — по шкале Мооса. Твердость породы определяется направлением (оставлением риски) с помощью указанных минералов. Номер минерала, который первым нано­сит риску на испытуемом материале, определяет его цифровую характери­стику.

Другой возможный метод определения твердости горных пород — ди­намический метод Шора. Л.А. Шрейнер установил зависимость между твердостью минералов шкалы Мооса, измеряемой прибором Кнупа, Ркн и коэффициентом отскока к
на приборе Шора: Ркн = 18(1,054) 100.к2.

В последние годы получил распространение метод определения твер­дости горных пород, разработанный Л.А. Шрейнером и его сотрудниками. Сущность метода заключается в том, что в плоскую, хорошо отшлифован­ную поверхность испытуемого тела вдавливают пуансон (штамп), имеющий плоское основание и известный диаметр; при этом измеряют нагрузки, де­формации до разрушения, параметры зоны разрушения, а также вычисля­ют показатели механических свойств.

Деформацию измеряют с помощью индикатора с точностью отсчетов от 0,001 до 0,002 мм в зависимости от условий испытания. Нагрузка на пу­ансон прилагается ступенями, ее повышают через малые интервалы, внут­ри каждого из которых деформация должна пройти до конца.

Затем строят график зависимости деформаций от напряжений — кри­вую деформации при вдавливании штампа (см. рис. 6.1).

Несколько условно кривую деформации делят на участок ОА — об­ласть упругой деформации и участок АВ — область пластической деформа­ции с последующим хрупким разрушением. При испытании хрупких пород участок АВ будет отсутствовать. Пластические породы не имеют хрупкого разрушения. В этом случае за меру твердости принимается предел текуче­сти, чему соответствует точка Pq на ординате Р.

Нагрузка Ро, отнесенная к площади штампа, представляет собой предел текучести (Па): Рт = Po/S.

Упругие свойства пород могут с некоторой степенью приближения ха­рактеризоваться наклоном прямой ОА к оси абсцисс. Приближенное зна­чение модуля упругости горной породы при нагрузке, соответствующей любой точке прямой ОА, может быть определено из зависимости Е = = 0,94Р/2ае, где е — деформация, соответствующая нагрузке Р; а — радиус штампа.

Коэффициент пластичности принимается равным отношению общей работы, затрачиваемой для хрупкого разрушения (площадь OABCD), к ра­боте упругих сил (площадь OEL).

Для горных пород, которые не дают общего хрупкого разрушения (пластичные породы), коэффициент пластичности принимается условно равным бесконечности.

В табл. 6.3 приводятся механические свойства некоторых горных по­род.

По Л.А. Шрейнеру, породы делятся на три группы (I, II, III):

Группа I

категория…………………………………………………… 12                     3                 4

òâåðäîñòü, ÌÏà…………………………………………… 0,5-1,0          1,0-2,5          2,5-5,0        5,0-10,0

Группа II

категория…………………………………………………… 5                   6                   7                 8

òâåðäîñòü, ÌÏà…………………………………………… 10-15            15-20            20-30          30-40

Группа III

категория…………………………………………………… 9                   10                   И                12

òâåðäîñòü, ÌÏà…………………………………………… 40-50            50-60            60-70          >70

К первой группе относятся породы, не дающие общего хрупкого раз­рушения (слабосцементированные пески, мергели с прослоями песка, суг­линки, известняк-ракушечник, мергели и др.); ко второй — упругопластич-ные породы (сланцы, доломитизированные известняки, доломиты, кварце-во-карбонатные и др.); к третьей — упругохрупкие, как правило, извер­женные и метаморфические породы. Из осадочных пород к последней группе относятся кварциты, кремни и окремнелые карбонаты. В основном эта шкала совпадает с 12-балльной шкалой геологоразведочного бурения. Многолетний опыт бурения определяет ее практическую целесообразность.

Подавляющее большинство горных пород, слагающих нефтяные и га­зовые месторождения, относятся к восьми категориям.

По пластичности горные породы Л.А. Шрейнер разделил на шесть ка­тегорий. К первой относятся упругохрупкие; ко второй, третьей, четвертой и пятой — упругопластичные и к шестой — не дающие хрупкого разруше-

Таблица 6.3

Механические свойства горных пород (по Л.А. Шрейнеру)

Горные породы

Твердость, МПа

Коэффициент пластичности

Модуль упругости £-10″‘, МПа

Глины

100-250

>1-3

0,25-0,5

Аргиллиты

250-500

>1-3

0,5-1,0

Мергели

50-250

1-3

<0,5

Песчаники кварцевые

250-2500

>1-4

0,5-5,0

Известяки

1000-2000

2-6

1-5

Гипсы

250-500

>1-6

0,5-2,5

Кремнистые породы

≥5000

1-3

>10

ния и упругопластичные породы с коэффициентом пластичности кш
>
6, так как они по своему поведению при разрушении близки к породам, не даю­щим хрупкого разрушения.

По методике Л.А. Шрейнера весьма трудно отличить высокопластич­ную породу от высокопористой. Пластичность пород этих видов условно принимается равной бесконечности, когда у них вполне определенный ко­эффициент пластичности.

Методика Л.А. Шрейнера весьма трудоемкая, поэтому используется только при научных исследованиях, — из-за сложности оборудования и требований высокой квалификации операторов и специалистов в произ­водственных условиях она пока не применяется.

Твердость горных пород, определенная по описанной методике, значи­тельно выше предела прочности на сжатие.

Поскольку прочность и твердость горных пород взаимосвязаны, на по­следнюю влияют те же факторы и в том же направлении, что и на твер­дость. Твердость горных пород в определяющей степени зависит от мине­ралогического состава и существенно зависит от содержания в них кварца и полевых шпатов. Присутствие кварца влияет на твердость глинистых по­род некарбонатного типа, меньше — на твердость глинистых пород и чис­тых мергелей. Твердость в этой группе пород изменяется линейно, пропор­ционально количеству присутствующего кварца. Твердость глинисто-карбонатных пород существенно зависит от карбонатной составляющей, а песчаников и алевролитов — от типа цементирующего материала. При прочих равных условиях твердость повышается от типа цемента (слева на­право): глинистый -> гидрослюдисто-глинистый -> карбонатный -> базаль­товый.

Существенно зависит твердость от структуры породы и ее пористости. Некоторые факторы влияют на Rcm и твердость неодинаково и в противо­положных направлениях: например, геотектонический фактор — предел прочности при сжатии перпендикулярно к напластованию больше пре­дела прочности i?y параллельно напластованию {R± > Яц), тогда как для твер­дости результаты прямо противоположны, причем Щ > R± = 1,1-5-1,8.

Из технико-технологических факторов на твердость горных пород больше всего влияют факторы: масштабный, формы и скоростной. Чем выше твердость горной породы, тем отчетливее влияние масштабного фак­тора, чем больше размеры площади штампа, тем выше твердость (до опре­деленного размера).

Твердость имеет наименьшие значения при внедрении заостренных наконечников (конусы, клинья) и наибольшие — при плоских торцах при прочих равных условиях. При мгновенном приложении нагрузки твердость горной породы выше, чем при медленном вдавливании, причем эффект в данном случае больший, чем при определении Rcm.

Твердость должны определять по стандартной, отработанной методике при проверенных и установленных технико-технологических факторах, ко­торые могут дать несопоставимые результаты (форма, скорость нагруже-ния, размеры образца и штампа, угол внедрения штампа в образец, плос­кость поверхности и др.).

При оценке рабочего инструмента для разрушения горных пород су­щественную роль играет характер разрушения пород различного класса. Для упругохрупких и упругопластичных пород зоны разрушения гораздо больше зоны контакта породы и штампа; для пород, не дающих хрупкого

МЕХАНИЧЕСКИЕ И АБРАЗИВНЫЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД
МЕХАНИЧЕСКИЕ И АБРАЗИВНЫЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД

Рис. 6.4. Схемы разрушения пород при вдавливании штампа:

а, б — для пород упругохрупких и упругопластичных; в
для пород, не дающих общего хруп­кого разрушения

разрушения, размеры разрушения и контакта одинаковы (рис. 6.4). Углуб­ление в последнем случае больше.

Отношение глубины погружения штампа после разрушения породы 8 к ее деформации Е (упругой и пластичной) до разрушения является пока­зателем, по которому породы делятся на различные классы. Для упруго-хрупких пород отошение Ъ/Е > 5,0, для упругопластичных оно равно 2,5 — 5,0 и для пород, не дающих хрупкого разрушения, равно единице.

Для оценки сопротивляемости горных пород разрушению при бурении пользуются также понятием критического напряжения акр. По B.C. Федо­рову, критическое напряжение — это отношение нагрузки на долото Рд, при которой начинается активное объемное разрушение породы, к перво­начальной площади контакта. Величина Ощ> характеризует сопротивление породы проникновению в нее рабочих элементов долота и определяется из данных бурения.

Эта величина и твердость по штампу (по Л.А. Шрейнеру) имеют оди­наковую физическую сущность, и между ними устанавливается корреля­ционная связь. Твердость по Л.А. Шрейнеру определять проще, чем а^, поэтому ее использование более предпочтительно.

Абразивная способность горных пород — это способность изнашивать разрушающий их инструмент. Это понятие связано с понятием о внешнем трении и износе. Абразивная способность горных пород и механизм ее проявления пока еще недостаточно изучены.

Суммируя отдельные, порой субъективные и противоречивые данные, B.C. Федоров выделил основные положения абразивной способности гор­ных пород применительно к бурению, которые приведены ниже.

Главная причина абразивного износа твердых тел — неровности на соприкасающихся поверхностях. Поверхности касаются только в точках контакта. В случае не очень больших давлений на соприкасающихся по-

верхностях площадь истинного контакта составляет лишь 2-10 5 — 210 4 части полной площади поверхности, т.е. весьма малую ее часть. Соприка­сающиеся поверхности находятся под действием точечных нагружений. Число мест контакта значительно, но величина площади их соприкоснове­ния мала. В точках контакта поверхность подвергается одновременному действию усилий, направленных вдоль и нормально к поверхности. Тогда процесс абразивного износа определяется большим числом отдельных ца­рапаний и сколов, вызывающих непрерывное соскабливание с рабочих по­верхностей разрушающего инструмента стружек и соскобов.

В общем случае абразивный износ — процесс весьма сложный. В од­них участках обеспечивается механическое сцепление (царапание), и здесь сопротивление трения обусловливается прочностью на срез взаимно вне­дрявшихся элементов поверхности. В других участках обеспечивается мо­лекулярное сцепление, и сопротивление разрушению связано с преодоле­нием молекулярных сил. Практически при бурении молекулярными силами можно пренебречь.

Объемный износ V может быть найден из выражения V = b^Pfs, где 8 — коэффициент износа; (iv — кинетический коэффициент внешнего тре­ния; Ртвердость горной породы; f — площадь соприкосновения трущих­ся поверхностей; s — путь трения.

Тогда для одного и того же изнашивающегося материала при прочих равных условиях при соприкосновении с разными породами (в пределах определенного класса) можно записать: Vi/V2 = \^\Р/\^Ръ где щ, Pt — ко­эффициент внешнего трения и твердость одной породы; \уъ Р2 — то же, второй породы.

Следовательно, для бурения мерой относительной абразивной способ­ности горной породы может служить произведение коэффициента внешне­го трения и твердости. Тогда факторами, определяющими абразивную спо­собность горных пород, являются факторы, влияющие на ее твердость, и кинетический коэффициент внешнего трения. На последний существенное влияние оказывают твердость горных пород, размер и форма зерен, сла­гающих породу, нормальное давление, скорость скольжения, среда, в кото­рой находятся трущиеся поверхности, температура и некоторые другие факторы.

Коэффициент трения о породу тем больше, чем выше ее твердость при одинаковом минералогическом и зерновом составе, что объясняется затрудненным выламыванием зерен из породы повышенной твердости, а также тем, что разрушающий инструмент царапается более интенсивно.

По тем же причинам \х^ выше при трении о мелкозернистые породы с остроконечными и ребристыми зернами, чем при трении о крупнозерни­стые породы с окатанными зернами.

При трении инструмента о породу (нешлифованную) коэффициент \^ является возрастающей функцией нормального давления вплоть до момен­та, когда это давление не станет равным твердости породы. В дальнейшем Цу остается примерно постоянным.

Для расчетов при бурении в реальных породах \л^ следует определять при нормальных давлениях на трущихся поверхностях. Установлено, что при росте скорости скольжения коэффициент трения изменяется, имея максимум; при увеличении нормального давления максимум Цу смещается в сторону меньших скоростей. При сухой чистой поверхности горных пород коэффициент трения имеет наивысшие значения для данной пары. Смо-

ченная водой порода для той же пары имеет более низкие значения, кото­рые еще более снижаются при покрытии поверхности горной породы бу­ровым раствором.

Температура выше 200 °С способствует повышению коэффициента трения. В случае применения твердосплавных разрушающих инструментов влияние температуры начинает проявляться при более высоких ее значе­ниях.

Технология сбора плавающей нефти с водных поверхностей

КАК РАСПОЗНАТЬ ЯДОВИТЫЙ ГРИБ

 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Горными породами называются плотные или рыхлые агрегаты, сла­гающие земную кору. Горные породы состоят из зерен, кристаллов, облом­ков различных минералов, а также вещества, связывающего (цементирую­щего) эти частицы, и пор (пустот). Во многих породах в порах содержится вода, которая влияет на взаимосвязь минеральных частиц.

Основными породообразующими минералами являются: группа квар­цевых (кварц, кремень, халцедон и др.), силикаты (полевые шпаты, слюда, амфиболы, пироксены и др.), карбонаты (кальцит, доломит), гидрофильные глинистые (каолинит, монтмориллонит и др.) и водорастворимые (гипс, га-лит и др.).

Горные породы по происхождению делятся на магматические, извер­женные, осадочные и метаморфические.

Магматические горные породы образуются в результате охлаждения и затвердения магмы. В зависимости от места ее затвердения они делятся на интрузивные, или глубинные, и эффузивные, или излившиеся (извержен­ные, вулканические). К первым относятся гранит, сиенит, диорит, габбро; ко вторым — диабаз, андезит, базальт и др.

Осадочные горные породы образуются в результате разрушения зем­ной коры: к ним относятся песчаники, сланцы, известняки, торф, лигнит, бурый и каменный угли, антрацит, каменная соль и др. При бурении неф­тяных и газовых скважин наиболее часто встречаются породы, состоящие из следующих минералов: глинистых (каолинита, монтмориллонита и др.), сульфатных (гипса, ангидрита, барита), карбонатных (кальцита, доломита), оксидных (кварца и др.). Глинистые минералы — водные алюмосилика­ты — характеризуются наличием частиц исключительно малого размера и чешуйчатым строением. Реже встречаются брекчии, галечники, кремни, каменная соль и др.

Метаморфические горные породы образуются в результате изменения внутреннего строения, химического состава и физических свойств пород под влиянием высоких температуры и давления (кварциты, мраморы, слю­дяные сланцы и др.).

Классификация пород по А.В. Пустовалову приведена в табл. 6.1, а классификация горных пород по размерам обломков — в табл. 6.2.

По строению горные породы подразделяются на кристаллические, аморфные и обломочные.

Кристаллическими бывают магматические и осадочные породы. Оса­дочные кристаллические породы образуются в результате выпадения из водных растворов или в результате химических реакций, происходящих в земной коре. К ним относятся соль, гипс, ангидрит, известняки, мел, доло-

Таблица 6.1

Классификация пород по структурным признакам

Структура

Размеры кристаллов, мм

Характеристика

Крупнокристаллическая

Среднекристаллическая Скрытокристаллическая

Пелитоморфная

>1,0

0,1-1,0 0,01-0,10

0,01

Кристаллы различаются нево­оруженным глазом Кристаллы видны в лупу Кристаллы различимы под мик­роскопом Кристаллы и форма различимы только под микроскопом

Таблица 6.2

Классификация горных пород по размерам обломков

 

Размеры об­ломков, мм

Характер пород и сложение частиц обломков

Рыхлые

Сцементированные

Основные струк-

 

Угловатые

Окатанные

Угловатые

Окатанные

туры

>1000 100-1000 10-100

2-10 0,1-2

0,01-0,1 <0,01

Глыбы

Мелкие глы­бы Щебень

Дресна

Крупные ва­луны Валуны

Галечник

Гравий Песок

Алеврит Пелит (глина)

Брекчия

Конгломерат

Песчаник Алевролит Аргиллит

Грубообломочные (псефиты)

Песчаные   (псам­миты) Мелкоземлистые (алевриты) Глинистые  (пели­ты)

миты и органогенные породы, являющиеся продуктами жизнедеятельности организмов.

Горные породы аморфного строения встречаются реже. К ним отно­сятся естественные стекла-обсидианы, имеющие тонкокристаллическое или неполнокристаллическое строение, например, кремни.

Важную группу составляют обломочные породы, которые образуются в результате выветривания, переноса под действием воды или ветра и даль­нейшего их разрушения.

Горные породы могут быть однородными, неоднородными, изотроп­ными и анизотропными.

Горные породы неоднородны по минералогическому составу, распре­делению зерен в массе породы, пористости и проницаемости, степени уп­лотненности и трещиноватости. Такая неоднородность играет важную роль в процессах разрушения горной породы, их эффективности, так как неод­нородность имеет большое значение при оценке их прочностных свойств.

Изотропные породы обладают одинаковыми свойствами во всех направлениях; анизотропные — неодинаковыми свойствами в разных направлениях. Анизотропия горных пород обусловливается главным обра­зом их слоистостью. Упругие свойства и прочность горных пород резко различаются в зависимости от направления действия сил по отношению к плоскости напластования.

В механике горные породы по характеру связей между частицами подразделяются на три основные группы: скальные (прочные), силы взаи­модействия между частицами которых, главным образом, электрические;

нескальные (глинистые породы, грунты) с взаимодействием коллоидальных частей, адсорбирующихся на поверхности обломков; сыпучие (раздельно-зернистые).

У прочих пород минеральные частицы связаны цементирующими ве­ществами: кремнистыми (кварцевыми, халцедоновыми), железистыми, из-вестковистыми, глинистыми, мергелистыми, гипсовыми и др. Наиболее прочными являются породы с кремнистой и железистой цементацией (на­пример, кварциты и кремнистые песчаники), наименее прочные — с гли­нистой и гипсовой.

Сыпучие горные породы представляют собой скопления не связанных друг с другом минеральных частиц (зерен, обломков). Главные минераль­ные компоненты песков — кварц, полевые шпаты и обломки различных пород и минералов.

Способы и виды бурения. Технология строительства скважин

Современный процесс бурения скважины — это сложный технико-тех­нологический процесс, состоящий из цепи звеньев, выход из строя одного из которых может привести к осложнениям, авариям или к гибели сква­жины.

Способы и виды бурения. Технология строительства скважинТаблица 1.1 Способы бурения

Способы и виды бурения. Технология строительства скважинСпособ бурения

Определение

 

Способы и виды бурения. Технология строительства скважинВращательный

Роторный

Турбинный

Объемный

Электробуром

Алмазный

Твердосплавный

Дробовой

Ударный

Ударно-канатный

Ударно-штанговый Ударно-вращательный

Гидроударный

Вибрационный

Гидродинамический

Термический

Электрофизический

Взрывоударный

Химический

С промывкой

С продувкой

Механическое бурение, при котором разрушающее усилие созда­ется непрерывным вращением породоразрушающего инструмента с приложением осевой нагрузки

Вращательное бурение, при котором буровой снаряд вращается станком с вращателем роторного типа

Вращательное бурение, при котором породоразрушающий инстру­мент вращается турбобуром

Вращательное бурение, при котором породоразрушающий инстру­мент вращается винтовым (объемным) двигателем Вращательное бурение, при котором породоразрушающий инстру­мент вращается электробуром

Вращательное бурение, при котором горная порода разрушается породоразрушающим инструментом, армированным алмазами Вращательное бурение, при котором горная порода разрушается породоразрушающим    инструментом,    армированным    твердыми сплавами

Вращательное бурение, при котором горная порода разрушается дробью

Механическое бурение, при котором разрушающее усилие созда­ется воздействием ударов породоразрушающего инструмента Ударное бурение,  при котором возвратно-поступательное движе­ние, создаваемое станком, передается породоразрушающему инст­рументу канатом

Ударное бурение, при котором возвратно-поступательное движе­ние, создаваемое станком, передается породоразрушающему инст­рументу бурильными трубами

Механическое бурение, при котором разрушающее усилие созда­ется в результате совместного воздействия ударов и вращения породоразрушающего инструмента

Ударно-вращательное   бурение,   при   котором  удары  сообщаются породоразрушающему инструменту гидроударником Механическое бурение, при котором внедрение бурового снаряда осуществляется вибробуром

Бурение, при котором горная порода разрушается высоконапорной струей жидкости

Бурение, при котором горная порода разрушается тепловым воз­действием

Бурение, при котором разрушается горная порода под воздействи­ем сил, возникающих в результате электрического разряда Бурение, при котором горная порода разрушается под воздействи­ем сил, возникающих в результате взрыва

Бурение, при котором горная порода разрушается под воздейст­вием реагентов, вступающих с ней в химическую реакцию Бурение, при котором продукты разрушения горных пород удаля­ются потоком промывочной жидкости

Бурение, при котором продукты разрушения горных пород удаля­ются потоком газа

Способы и виды бурения. Технология строительства скважинБезотносительно к способу разрушения горных пород процесс буре­ния скважин включает ряд операций:

спуск бурильных труб (колонны) с породоразрушающим инструментом в скважину;

разрушение породы забоя;

вынос разрушенной породы из скважины;

подъем бурильных труб из скважины для смены сработавшегося раз­рушающегося инструмента и повторения операции;

укрепление (крепление) стенок скважины при достижении определен­ной глубины обсадными трубами с последующим цементированием про­странства между стенкой скважины и спущенными трубами (разобщение пластов).

Существуют и другие операции технологического и геофизического характера, которые не участвуют в непосредственной проводке скважины, но также являются обязательными.

При проводке скважин применяют многие способы бурения (табл. 1.1).