Абатуров В.Г. Физико-механические свойства горных пород и породоразрушающий буровой инструмент

Подождите немного. Документ загружается.

16 Тюменская сверхглубокая скважина (интервал 0-7502 м). Резуль-

таты бурения и исследования. Сборник докладов. - Пермь: КамНИИКиГС,

1996.- 376 с.

Таблица 2.12 – Геологический разрез и физико-механические свойства горных пород по

Сургутскому своду

Свита Горная

порода

Интервал,

Плотность,

кг/м

Пористость,

Глинистость,

Твердость Абразив-

ность

по

штам

пу

сред-

ней

МИА

категория

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Четвертич-

ные отло-

жения, Жу-

равская, Но-

во-

Михайлов-

ская, Ат-

лымская,

Тавдинская

Глины,

пески,

алевролиты

0-435 1850-2200 30-35 200-270 2 3 15-20

Люлинвор-

ская

Глины диа-

томитовые,

глины опо-

ковидные

435-630 1850-2200 32 150-250 2-3 1-3 95-100

Талицкая Глины

монтмо-

риллони

630-720 2000 32 180 2 1-3 95-100

Продолжение таблицы 2.12

1 2 3 4 5 6 7 8 9

товые

Ганькинская Глины 720-780 2000 32 645 4 2 95-100

Березовская Глины пес-

чан.

780-830

830-915

2200 28 700

830

90-95

Кузнецов-

ская

Глины

алевроли-

товые

915-935 2200 28 440 3 4 95-100

Покурская Песчаник

глинистый

935-1270 2000 25 750 4 7 95

Алевролит 1270-

1380

2250 26-30 415 3-4 5 95

Песчаник

глинистый

1380-

1470

2200-2300 - 750 4 7 25

Алевролит 1470-

1670

2200-2300 - 330 3 5 25

Черноре-

ченская

Песчаник 1670-

1780

2200-2300 - 675 4 7 25

Алымская Глина

алевроли-

тистая

1780-

1890

2200-2300 - 280 2 4 95-100

Вартовская Песчаник

нефтена-

сыщенный

1890-

1970

2200-2300 - 660 4 7 25

Песчаник

глинистый

1970-

2080

2200-2300 - 675 4 7 30

Продолжение таблицы 2.12

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Глина из-

вестковая

2080-

2110

2200-2300 - 340 3 2 95

Песчаник

нефтена-

сыщенный

2120-

2210

2200-2300 15-20 675 4 7 25

Глина 2210-

2280

2200-2300 - 335 3 2 95

Песчаник

нефтена-

сыщенный

2230-

2320

2200-2300 15-20 530 4 7 25

Мегионская Глина 2320-

2340

2200-2300 - 440 3 2 95-100

Песчаник

нефтена-

сыщенный

2340-

2430

2200-2300 15-20 595 4 7 25

Глина 2430-

2560

2200-2300 15-20 655 4 2 95

Песчаник

нефтена-

сыщенный

2560-

2650

2300-2500 12-18 670 4 7 25

Баженов-

ская

Аргиллит

нефтена-

сыщенный

2650-

2670

2300-2500 12-18 830 4 3 95

Васюган-

ская

Песчаник 2670-

2700

2300-2500 15-20 1240 5 7 25

Продолжение таблицы 2.12

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Глина 2700-

2730

2300-2500 12-18 970 4 2 95

Тюменская Песчаник 2730-

2760

2300-2500 15-20 800 4 7 25

Глина 2760-

2810

2300-2500 12-18 950 4 2 95

Песчаник 2810-

2835

2300-2500 15-20 715 4 7 25

Глина 2835-

3000

2300-2500 12-18 550 4 2 95

Таблица 2.13 – Геологический разрез и физико-механические свойства горных пород по Уренгойской

группе месторождений

Страте-

гическое

подраз-

деление

Интер

тер-

вал, м

Горная

порода

Коэффи-

циент

пластич-

ности

Глини-

стость, %

Прони-

цаемость,

мД

Порис-

тость, %

Плот-

ность,

кг/м

Катего-

рия твер-

дости

Категория

абразивно-

сти

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Четвер-

тичные

отложе-

ния

0-70 Глины,

пески

6-00 15-20 - 35 1800 2-4 5

Продолжение таблицы 2.13

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Тавдин-

ская сви-

та

70-

158

Глины,

пески,

алевро-

литы

6-00 15-20 - 35 1800 2-5 5-6

Люлин-

ворская

свита

158-

308

Глины,

опоки

6-00 95-100 - 30-35 1800 2-4 2-6

Тибейсе-

линская

свита

308-

623

Глины,

пески

6-00 25-30 - 32 1800 2-4 2-6

Ганькин-

ская сви-

та

623-

982

Глины

алевро-

литистые

4-6 90-100 - 28 2000 3-4 4

Березов-

ская сви-

та

982-

1312

Глины

опоко-

видные

4-6 95 - 25-20 1900 3-4 4-5

Кузне-

цовская

свита

1312-

1380

Глины

аргилли-

топодоб-

ные

4-6 95-100 - 20 2200 3-4 4

Продолжение таблицы 2.13

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Покур-

ская сви-

та

1380-

2324

Глины,

песчани-

ки, алев-

ролиты

1,1-6 25 100-500 25 2100 4-6 2-7

Вартов-

ская сви-

та

2324-

3180

Песчани-

ки, алев-

ролиты,

аргилли-

ты

1,1-6 40-60 100-300 15-20 2200 4-6 3-7

Мегион-

ская сви-

та

3180-

3783

Песчани-

ки, алев-

ролиты,

аргилли-

ты

1,1-4,5 40-60 100-300 15-20 2500 4-6 3-7

Баженов-

ская сви-

та

3783-

3844

Песчани-

ки, алев-

ролиты,

аргилли-

ты

1,8-4,5 40-60 0,3-100 12-18 2500 4-6 3-7

_____________________________________________________________________

Примечание. Интервалы глубин уточнены по разрезу скважины СГ-6 Тюменской.

3 ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ БУРОВОЙ ИНСТРУМЕНТ

3.1 Общие сведения

3.1.1 Введение

Важные проблемы, стоящие перед работниками отрасли народного

хозяйства страны, осваивающей минерально-сырьевые ресурсы, возможно

при применении высокоэффективного бурового инструмента и передовой

технологии строительства нефтяных и газовых скважин. Великий русский

ученый М.В. Ломоносов так определил эти проблемы: «Велико это дело

заглядывать разумом

во глубины земные». За сравнительно короткий про-

межуток времени породоразрушающий буровой инструмент, используе-

мый на нефтяных и газовых промыслах, существенно изменился на основе

широкого применения научных достижений отечественных исследовате-

лей и опыта передовых зарубежных компаний производителей буровых

долот. В настоящее время в бурении широко используются высокопроиз-

водительные долот и бурильные головки

лучших буровых компаний мира,

таких как «Хьюз тул компани», «Смит Тул компани», «Рад Тул компани»,

Хейкалог», «Кристенсен» и др.

На российских заводах ОАО «Волгобурмаш», НПП «Буринтех»,

ОАО «Уралбурмаш» проведена существенная перестройка техники и тех-

нологии изготовления долот с учетом зарубежного опыта.

В результате на нефтяные и газовые промыслы приходят все

новые

типы шарошечных долот, алмазно-твердосплавный инструмент, новые

гидравлические двигатели для их привода.

Все это определяет необходимость того, чтобы каждый инженер хо-

рошо знал конструкцию, ассортимент отечественного и зарубежного поро-

доразрушающего бурового инструмента (ПБИ). Должно быть нормой зна-

ния основных особенностей видов и типов ПБИ, знания о порядке выбора

долот и

бурильных головок и привязка их к определенным породам геоло-

гического разреза, умение рационально отрабатывать ПБИ в соответст-

вующих геолого-технических условиях.

3.1.2 Общие понятия, параметры и классификации ПБИ

К ПБИ следует отнести буровые шарошечные, лопастные, алмазные

долота, бурильные головки для отбора керна, а также вспомогательный

(специальный) инструмент.

По назначению ПБИ

классифицируется на 3 класса:

1 Для бурения сплошным забоем. Это буровые долота. Благодаря

тому, что долото разрушает горную породу по всей площади забоя, удается

применить рабочие элементы, позволяющие создать на забое значитель-

ные осевые нагрузки и наибольший крутящий момент.

2 Для бурения глубоких скважин на нефть и газ кольцевым забоем с

образованием в центре столбика (колонки) горной породы, называемого

керном. В этом случае в качестве ПБИ применяются бурильные головки.

Для бурения разведочных скважин на твердые полезные ископаемые, для

проходки структурно-поисковых и гидрогеологических скважин глубиной

до 500-600 м нередко ведется непрерывный

отбор керна. В этом случае

способ бурения называют колонковым, а в качестве ПБИ применяют буро-

вые коронки.

3 ПБИ специального (вспомогательного технологического) назначе-

ния. К этой группе относят расширители, разрушающие горную породу

при увеличении диаметра скважины, а также калибраторы, стабилизаторы,

центраторы, которые частично участвуют в разрушении породы на стенках

скважины, выполняя

также основную цель опорно-центрирующего ПБИ.

К специальным инструментам относят пикообразные долота, приме-

няемые для расширения суженных участков скважин и разбуривания це-

ментных мостов. Для последней цели применяют также твердосплавные

долота. При разбуривании боковых стволов применяют ряд специальных

долот-фрезеров.

Некоторые специалисты к этому классу ПБИ причисляют буровые

амортизаторы, шламоулавливающий, а

также отклоняющий и противо-

прихватный, включаемый в состав компоновки низа, бурильной колонны,

инструмент.

По конструктивному исполнению различают шарошечные, лопаст-

ные, алмазные, твердосплавные, алмазно-твердосплавные, типа ИСМ до-

лота и бурильные головки.

По характеру воздействия рабочих элементов ПБИ на горную породу

при ее разрушении долота и бурильные головки подразделяются на сле

дующие группы:

- режуще-скалывающие (РС);

- истирающе-режущие (ИР);

- дробяще-скалывающие (ДС);

- дробящие (Д).

Схема разрушения горной породы инструментом режуще-

скалывающего действия представлена на рисунке 3.1. Лопасть или резец

алмазно-твердосплавного долота перемещается по забою со скоростью V

срезает слой породы толщиной

, при этом элемент лопасти вдавливается

в горную породу осевой нагрузкой с силой Р

и перемещаясь, срезает по-

роду с силой Р

Рисунок 3.1 - Схема разрушения горной породы инструментом

режуще-скалывающего действия

Истирающе-режущие инструменты, имеющие рабочий элемент в ви-

де алмазного зерна разрушает горную, вырезая в забое круглую канавку

под действием сил Р

и Р

(рисунок 3.2). Происходит микрорезание поро-

ды или ее истирание. Это, прежде всего алмазные долота и бурильные го-

ловки, а также ПБИ на основе сверхтвердого материала «Славутич». К

этой группе следует отнести фрезерные долота, ныне почти не используе-

мые для бурения, кроме такого инструмента, как арбузный фрезер, приме-

няемого для зарезки окон

при проходке боковых стволов.

Рисунок 3.2 – Круглая канавка в забое под действием сил Р

и Р

К инструментам режуще-скалывающего действия относят двух и

трехшарошечные долота. Зуб шарошечного долота (рисунок 3.3), у которо-

го ось шарошки смещена вправо относительно предполагаемой оси, про-

ходящей через центр долота, вдавливается в горную породу с силой Р

на

глубину

и одновременно скользит со скоростью V

и угловой скоро-

стью