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

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

По величине К_пл все породы разделены на шесть категорий.

Категория      1     2     3     4     5 6

К_пл          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.

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

Продолжение таблицы 2.6

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.).

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.

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

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

Т_г ~ Т_пл - Г(Н_пл - Н).                                      (2.12)

где Тпл - известная температура на глубине Н_пл, °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 (σ_сж < 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.