Основные физико-механические свойства горных пород, влияющие на процесс бурения.

· Упругие свойства горных пород.

Все ГП под воздействием внешних нагрузок претерпевают деформации, исчезающие после удаления нагрузки или остающиеся. Первые из них называются упругими деформациями, а вторые пластическими.

ГП относятся к упруго хрупким телам, но в отличие от минералов они подчиняются закону Гука только при динамическом приложении нагрузки.

Упругие свойства горных пород характеризуются модулем упругости (модуль Юнга) и коэффициентом Пуассона. Модуль упругости горных пород зависит от их минералогического состава, вида нагружения и величины приложенной нагрузки, от структуры, текстуры и глубины залегания пород, от состава и строения цементирующего вещества у обломочных пород, от степени влажности, песчаности и карбонатности пород.

· Пластичность.

Разрушению некоторых пород предшествует пластическая деформация. Она начинается, как только напряжения в породе превысят предел упругости. Пластичность зависит от минералогического состава горных пород и уменьшается с увеличением содержания кварца, полевого шпата и некоторых других минералов. Высокими пластическими свойствами обладают глины и некоторые породы, содержащие соли.

· Твердость горных пород.

Под твердостью ГП понимается ее способность оказывать сопротивление проникновению в нее (внедрению) породоразрушающего инструмента.

В геологии большое распространение имеет шкала твердости минералов Мооса, по которой условную твердость минералов определяют методом царапания;

· Абразивность горных пород.

Абразивность ГП – способность ГП изнашивать контактирующий с ней породоразрушающий инструмент в процессе их взаимодействия.

Понятие об абразивности тесно связано с понятием о внешнем трении и износе. На величину трения существенное влияние оказывает среда. Твердость ГП, размер и форма зерен, образующих породу, существенно влияют на коэффициент внешнего трения. Среди ГП наибольшей абразивностью обладают кварцевые и полевошпатовые песчаники и алевролиты.

· Сплошность горных пород.

Понятие предложено для оценки структурного состояния горных пород.

Разделяют четыре категории сплошности:

1. породы, внутрь которых может проникнуть исходный глинистый раствор;

2. породы, внутрь которых проникает не только жидкость, но и твердые частицы;

3. породы, внутрь которых передается давление только маловязкой жидкости;

4. породы, внутрь которых внешнее гидравлическое давление не передается.

Виды разрушения горных пород при бурении скважины.

· При механическом способе разрушения в породе создаются очень

значительные местные напряжения, приводящие к ее разрушению. При бурении породы разрушаются в основном за счет сжатия и скалывания.

Механический способ бурения представлен:

Ø ударным

Ø вращательным бурением.

При ударном бурении порода разрушается под действием ударов долот;

При вращательном бурении порода срезается или раздавливается и истирается в забое специальными режущими и дробящими долотами или резцами коронок.

Ударное бурение, в свою очередь, разделяется на

ü штанговое (буровые наконечники опускаются в скважину и приводятся в действие металлическими стержнями – штангами)

ü канатное

При механическом вращательном бурении резанием к породоразрушающему инструменту (алмазные, твердосплавные коронки, долота) прикладывают крутящий момент и усилие подачи. Мощность, передаваемая породоразрушающему инструменту, возрастает с увеличением частоты вращения бурового снаряда, осевой нагрузки и сопротивления породы разрушению. Граничными условиями являются: прочность коронок, колонковых и бурильных труб, с одной стороны, и физико-механические свойства пород – с другой.

При бурении резанием с наложением ударов (ударно-вращательное бурение) к ПРИ приложены усилие подачи, крутящий момент и ударные импульсы определенной частоты и силы.

Ударные нагрузки возникают при бурении шарошечными долотами (бурение дроблением и скалыванием).

Группы породоразрушающих инструментов, определяющихся по конструктивному признаку.

· лопастные;

· шарошечные;

· матричные.