Стальной; 5,7 - пластины упорные; 6 - вилка; 8 - пружина; 9 - фиксатор; 10,14 - пружинные динамометры; 11 - шламодержатель;12 - три шламники породы; 13 - стеклянная пластина
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

 

Испытания на твердость производят не менее чем на шести шламниках 12, которые отбирают из бурового шлама в процессе буре­ния.

По классификации ВНИИБТ все горные породы по показателю твердости подразделяются на двенадцать категорий.

Модуль продольной упругости Е (Н/см2) (модуль Юнга) характе­ризует упругие свойства породы

 

                                                     (2.10)

 

где l - первоначальная длина твердого тела, см; Δl - абсолютное удли­нение при растяжении им абсолютное укорочение при сжатии, см; σ - нормальное напряжение, Н/см2; ε -относительная продольная де­формация (величина безразмерная).

Коэффициент Пуассона v характеризует отношение относитель­ной поперечной деформации к относительной продольной деформации при растяжении или сжатии. Применяется для вычисления величины горизонтального сжимающего горного давления.

Значения v для некоторых пород приведены в табл. 2.5.

Таблица 2.5

Порода Коэффициент Пуассона Порода Коэффициент Пуассона
Песчаник 0,09 Гравий 0,26-0,29
кварцевый      
Песчаник аркозовый 0,13 Известняк 0,28-0,33
Глинистые сланцы 0,10-0,20 Песчаник 0,30-0,35
Уголь 0,14-0,16 Глины пластичные 0,38-0,45
Порфирит 0,20-0,22 Мрамор 0,34-0,40
Глины плотные 0,25-0,35 Каменная соль 0,44

Коэффициент пластичности Кпл - характеризует отношение об­щей работы, затраченной для разрушения породы под штампом, к ра­боте упругих деформаций.

 

По величине Кпл все породы разделены на шесть категорий.

Категория      1     2     3     4     5 6

Кпл          1 >1-2   >2-3  >3-4 >4-6    >6-8

 

К 1-й категории относятся хрупкие породы, от 2-й по 5-ю - пла­стично - хрупкие, а к 6-й - высокопластичные и сильнопористые.

Пластичность уменьшается с увеличением содержания кварца, полевого шпата и других жестких минералов. Высокими пластически­ми свойствами обладают влажные глины и некоторые хемогенные по­роды.

Абразивность - способность пород изнашивать породоразру- шающие инструменты. От абразивности зависят расход и правильный выбор долот.

Абразивность зависит в основном от минералогического состава и строения горных пород и существует общая тенденция увеличения абразивности с ростом микротвердости породообразующих минера­лов.

Абразивность определяется с помощью прибора ПОАП-2М (рис. 2.5).

В рабочий орган (загрузочные цилиндры) загружают навеску дроби и 1 см3 электрокорундового поршня. Загрузочные цилиндры с дробью и порошком помещают в прибор ПОАП-2М и включают его на 20 минут. При этом электродвигатель должен совершить 28 тыс. обо­ротов, которые контролируется счетчиком прибора. Каждую навеску

после опыта помещают в со­суд с водой и после споласки- вания извлекают и начисто вытирают.

Промытую дробь взвеши­вают. Потеря массы дроби в каждой пробирке должна быть 200 ± 10 мг. В случае отклоне­ния массы дроби от указанно­го необходимо изменить коли­чество дробинок в навеске и работу повторить.

Рис. 2.5. Схема прибора ПОЛП-2М для оп­ределения абразивности горных пород 1 - электродвигатель; 2 - муфта; 3 - рабо­чий орган (загрузочный цилиндр); 4 - ско­ба; 5 - направляющая; 6 - маховик; 7 - вал; 8 - шатун; 9 - плита (основание прибора)

Обобщенная классифика­ционная шкала абразивности горных пород ВНИИБТ при­ведена в табл. 2.6.

 

Таблица 2.6

Классификационная таблица соответствия абразивных свойств горных пород их геолого-петрографическим характеристикам

Порода Содержание кварца или халцедона, % Категория твердости Абразивность по обобщен­ной шкале ВНИИБТ (категория)
Песчаник:          
кварцевый мономинеральный (крупно-.          
средне, мелко-, тонкозернистый) и анало­

95

4-10

 

9-11

 
гичный алевролит    
окварцованный сливной 58-95 7-10   10-11  
частично окварцованный с протяженны

85-95

5-7

  9-10  
ми контактами      
срастания кварцевых зерен с точечными

85-95

4   6  
контактами срастания кварцевых зерен        
кварцевый с известковым цементом

60-75

5-7

  7-8  
(25-40%)      
кварцевый в известковисто - глинистым

60-75

4-5

  7  
цементом      
кварцевый с глинистым цементом 60-75 3-5   6-7  
кварцевый с сульфатным цементом 60-75 3-4   6  
Песчаник:          
полевошпатово-кварцевый и аркозовый      

10

 
крупнозернистый        
полевошпатово-кварцевый и аркозовый       9  
средне-          
и мелкозернистый - -   8  

 

Продолжение таблицы 2.6

Порода Содержание кварца или халцедона, % Категория твердости Абразивность по обобщен­ной шкале ВНИИБТ (категория)
Песчаник: тонкозернистый и аналогичный алевролит: с цементом 15-20% » 20-50% полимиктовый 25 10-15 5-10 4-6 4-6 7-8 7 6-7
Глина: мономинеральная алевритистая песчанистая кремнистая 10-20  10-30 - 3 - 3 2-4 5 3- 4 4- 5 5 6
Аргелиты: слабоалевритистый алевритистый и песчанистый 5-10 15-20 4-5 4-5 3- 4 6
Аспидный сланец 2-5 - 4
Углистый сланец 2-5 2-3 4
Мергель: глинистый карбонатный (50-75%) алевритовый песчанистый - 4-5 2 2 4 5
Известняк: без примеси твердых абразивных минера­лов глинистый песчанистый (5%) песчанистый (10%) песчанистый (до 20-30%) алевролитовый кремнистый (5%) кремнистый (10%) кремнистый (15%) кремнистый (20-30%) 1 3 5 10 20-30  15-20 5 10 15 20-30 5-6 4- 6 5- 6 5-6 4- 6 5- 6 5- 6 6- 7 7-  6-7 8 2-3 4 5 6 8-9 5 5 6 7 8
Доломит без примеси твердых абразивных минера­лов песчанистый 2-3 7-8 7-8 3-4 6-7
Кремень 75-95 11 11
Опока и трепел - 1-2 6
Ангидрит без примеси твердых абразивных минералов - 4-5 1
Гипс:      
без примесей опесчаненный глинистый 10-15  1 2-3 2-3 2-3 1 4 1

 

Динамическая прочность определяется методом толчения на при­боре ПОК (прибор определения крепости, рис. 2.6)

 

Рис. 2.6.Схема прибора для определения динамической прочности горных пород по методу толчения а; схема объемометра; б - труба; в - поршень: 1.- стакан; 2 - труба; 3 - груз (гиря); 4 - упор

 

Образец горной породы разбивается молотком на куски крупно­стью 1,5 - 2,0 см в поперечнике. Из разбитых кусков отбирают пять проб объемом 15-20 см3 каждая. Каждую пробу высыпают в трубча­тую ступку (рис. 2.6, а) и толкут путем сбрасывания гири массой 2,4 кг с высоты 0,6 м десять раз. После толчения все пять проб ссыпают в металлическое сито с отверстием 0,5 мм и просеивают. Частицы поро­ды, прошедшие через сито, высыпают в трубу (стакан объемометра) (рис. 2.6, б), после чего в стакан объемометра вставляется поршень. На поршне имеется шкала (от 0 вверху до 160 мм внизу), по которой дела­ется отсчет высоты столбика частиц породы в стакане. Динамическая прочность породы Fg вычисляется по формуле:

где 200 - эмпирический коэффициент, мм; I - высота столбика частиц породы в объемометре, мм.

 

Динамическая прочность безразмерная величина, по ее значениям все горные породы подразделяются на шесть групп (табл. 2.7.).

Таблица 2.7.

Динамическая прочность горных пород


 

Показатели

Группы пород

I II III IV V VI
Динамиче­ская проч­ 8 и менее 8-16 16-24 24-32 32-40 40 и более
ность Fg            
Степень ди­        

Очень прочная

Исключи­
намической Малая Умеренная Средняя Прочная тельная
прочности         прочность

Абсолютная (общая) пористость Па - это отношение полного объема пор (пустот) к объему всей породы. В табл. 2.8 приведены зна­чения коэффициента пористости пород, наиболее часто встречающих­ся при бурении нефтяных и газовых скважин.

Горная порода Па, % Горная порода Па, %
Глина 0-62 Песчаник 0-53
Аргиллит 0-25 Известняк 0-45
Алевролит 0-47 Доломит 0-27
Песок 2-55 Мергель 0-60

Проницаемость - способность пород пропускать под действием градиента давлений пластовые флюиды (жидкость, газ и ГЖС).

Гранулометрический состав породы - количественное содержа­ние в горной породе разных по размеру зерен (в % для каждой фрак­ции). Гранулометрический состав обломочных пород приведен в табл. 2.9.

Геостатическая температура пород Т, (С) - это температура в естественных условиях залегания пород в земной коре, т.е. до начала бурения или после весьма длительного простоя скважины без промывки.

С увеличением глубины залегания пород ниже нейтрального слоя (ближайший к дневной поверхности слой породы, температура кото­рого не изменяется при суточных и сезонных колебаниях температуры

 

 

атмосферного воздуха) она возрастает, причем интенсивность роста, как правило, изменяется чаще в сторону уменьшения.


Таблица 2.9

Порода Размер обломков, мм Порода Размер обломков, мм
Валуны:   Песок  
крупные >500 очень крупный 2-1
средние 500-250 крупный 1-0,5
мелкие 250-100 средний 0,5-0,25
1 алька (щебень):   мелкий 0,25-0,10
крупная 100-50 тонкий 0,10-0,05
средняя 50-25 Алевролит крупный 0,10-0,25
мелкая 25-10 Алевролит мелкий 0,05-0,01
1 равий:   Глина 0-0,005
крупный 10-5    
мелкий 5-2    

В районах, где геотермический градиент с глубиной изменяется весьма незначительно, распределение геостатических температур при­ближенно можно рассчитать по формуле

Тг ~ Тпл - Г(Нпл - Н).                                      (2.12)

где Тпл - известная температура на глубине Нпл, °С; Г - геотермиче­ский градиент - прирост Т, на каждый метр глубины залегания поро­ды, °С/м (с глубиной несколько изменяется); Н - глубина скважины, м.

Многолетнемерзлые горные породы - зона земной коры, в пределах которой горные породы охлаждены ниже 0°С непрерывно от не­скольких лет до тысячелетий. Мощность их в северных и северо- восточных районах России измеряется сотнями метров, а температура достигает - 7 + - 12°С.

Обломочные водонасыщенные рыхлые и слабосцементированные горные породы при замерзании и оттаивании резко изменяют свои свойства: при замерзании цементируются льдом и отличаются высокой прочностью (σсж < 2,5 МПа) и непроницаемостью; при оттаивании они переходят в переувлажненное состояние. Прочность мерзлых песчаных пород значительно выше, чем прочность мерзлых глинистых пород.

Анизотропность свойств пород зависит от упругих свойств, плотность, структурных и ее текстурных особенностей. Этот показа- тель, как и степень наклона чередующихся по твердости и мощности пластов, оказывает наибольшее влияние (из геологических причин) на искривление скважин.

 

Дата: 2019-02-19, просмотров: 250.