Какие свойства горных пород зависят от ее структуры?

Структура – это особенность строения, характеризуемая размерами, формой, степенью однородности компонентов породы. От структуры зависят параметры физико-механических свойств пород, такие как твердость, прочность, абразивность. Структура влияет на устойчивость пород на стенках скважин, а так же на ряд процессов, возникающих при разработке месторождений углеводородов.

26. Хрупкость породы – это способность породы без заметных упругих и пластических деформаций долго сопротивляться внешнему давлению, а затем мгновенно разрушаться.

Большинство горных пород имеет зернистую структуру (например, песчаники), причем межкристаллическое сцепление значительно меньше прочности самих зерен. Такие горные породы являются хрупкими и разрушаются без предварительной пластической деформации. Хруп­кие породы разрушаются по достижении предела упругости.

27. Особая разновидность долот разработана Институтом сверхтвердых материалов (ИСМ) – долота типа ИСМ. Долота ИСМ предназначены для разрушения резанием и истиранием (микрорезанием) неабразивных пород мягких (М), перемежающихся по твердости (МС) и средней твердости (С).

Эти долота имеют вооружение из сверхтвердого композиционного материала «Славутич», в состав которого входят мелкокристаллические алмазы и дробленный карбид вольфрама. Для оснащения долот применяют цилиндрические вставки (штыри) диаметром 8-12 мм с плоскими или полусферическими рабочими торцами. Штыри в корпусе долота припаивают в гнездах.

Преимуществами долот ИСМ являются их значительная проходка на долото, достигающая (при соблюдении условий эксплуатации) нескольких сотен метров и относительно высокая рейсовая скорость.

К недостаткам следует отнести узкую область применения (только в неабразивных порода М, МС и С) и высокий момент на вращение долота, ограничивающий применение забойных двигателей.

28. Слоистость — основной текстурный признак осадочных образований. Слоистость классифицируют по мощности слоёв, по характеру контактов между ними, по соотношению слоёв и типу их сочетаний, по их выдержанности и т. д.

Слоистость возникает в процессе образования ГП и связано с особенностями осадконакопления. Слоистость может быть вызвана изменением размера зерен, одинакового состава в вертикальном направлении или чередовании зерен различного состава.
Типы слоистости:
-обусловленная дисперсностью зерен
-горизонтальная ориентировка слоев
-расположение в одной плоскости какого-либо материала

29. В зависимости от соотношения вида деформаций горные породы подразделяются на упругие или хрупкие (пластическая зона практически не наблюдается), упруго-пластичные (разрушающей деформации предшествует зона пластической деформации) и пластичные (упругая деформация незначительна).Упругопластичные породы деформация переходит из пластичной в упругую.

Упруго-пластичные породы до разрушения претерпевают как упругие так и пластические деформации. Упруго-пластичные свойства пород характеризуются коэффициентами хрупкости и пластичности.

Упругопластичные породы (сланцы, доломитизированные известняки, крепкие ангидриты, доломиты, конгломераты на кремнистом цементе, кварцево-карбонатные породы и т. п.).

30. ответ 27 вопроса +

Существует две разновидности долот ИСМ по конструкции: лопастная и секторная. Лопастная разновидность аналогична по конструкции долоту 6ИР.

Секторная разновидность долота состоит из стального корпуса, торцевая профильная поверхность которого, разделена на секторы радиальными промывочными каналами. Штырями из «Славутича» вооружена торцевая и калибрующая поверхности долота. Вылет штырей над поверхностью секторов составляет 3-5 мм. На калибрующей поверхности штыри утоплены.

При бурении в мягких породах штыри работают как резцы, осуществляя резание и скалывание. В перемежающихся по твердости и породах средней твердости работают зерна алмазов, разрушая породу микрорезанием.

Присоединяют долото к бурильной колонне при помощи замковой резьбы.

Отраслевым стандартом ОСТ 39026 предусмотрено выпускать долота ИСМ диаметрами от 91,4 до 391,3 мм.

31 Дать объяснение понятию «сланцеватость»?

СЛАНЦЕВАТОСТЬ — способность горных пород относительно легко раскалываться при ударе параллельно определённой плоскости.

Сланцеватость отличается от кливажа тем, что при сланцеватости кристаллы сплющиваются в плоскости, перпендикулярной оси сжатия, порода приобретает плоскопараллельную ориентированную внутреннему структуру.

Сланцеватость обусловлена динамометаморфизмом, при котором пластинчатые и столбчатые зёрна минералов (например, слюды и хлориты), слагающих горные породы, приобретают вследствие перекристаллизации или поворота одинаковую ориентировку. Изучение закономерностей ориентировки и расшифровки движений, обусловивших сланцеватость, проводится с помощью микроструктурного анализа (см.Петротектоника).

Сланцеватость обычно возникает при складчатости горных пород (главным образом глинистых), при этом она обычно субпараллельна осевым плоскостям складок. Сланцеватость может быть региональной, проявляющейся на больших площадях при складчатости, или местной, связанной со смещениями вдоль тектонических разрывов.

32 Дать определение пластичным породам?

ПЛАСТИЧНОСТЬ горной породы — свойство горных пород необратимо деформироваться без микроскопических нарушений сплошности под действием механической нагрузки. Пластичность увеличивается с ростом температуры и давления. Наиболее пластичные горные породы — глины, графит, каменная соль и некоторые др. Под давлением 0,98-1,96 МПа гранит и диабаз становятся пластичными.

33 Конструкция долота со сверхтвердым вооружением.

Три лапы сваривают между собой. На верхнем конце конструкции нарезана замковая присоединительная резьба. Каждая лапа в нижней части завершается цапфой, на которой проточены беговые дорожки под шарики и ролики. На цапфе через систему подшипников устанавливается шарошка с беговыми дорожками. Тело шарошки оснащено фрезерованными стальными зубьями, размещенными по венцам. На торце со стороны присоединительной резьбы выбиваются шифр долота, его порядковый номер, год изготовления.
Шарошечные долота изготавливают как с центральной, так и с боковой системой промывки. На лапах долота долота с боковой гидромониторной системой промывки выполнены специальные утолщения – приливы с промывочными каналами и гнездами для установки гидромониторных насадок.
При центральной промывке забоя лучше очищаются от шлама центр забоя и вершины шарошек, шлам беспрепятственно выносится в наддолотную зону. Однако при высокой скорости углубки забоя трудно подвести к долоту необходимую гидравлическую мощность, требуемую для качественной очистки забоя (перепад давления на долотах с центральной промывкой не превышает 0,5-1,5 МПа). Боковая гидромониторная промывка обеспечивает лучшую очистку наиболее зашламованной периферийной части забоя, позволяет подвести к долоту большую гидравлическую мощность (перепад давления на долотах с гидромониторной промывкой достигает 5-15 МПа). Однако мощные струи бурового раствора, выходящие из гидромониторных насадок экранируют транспортирование шлама через проемы между секциями долота, поэтому часть шлама циркулирует некоторое время в зоне действия шарошек и переизмельчается, а часть – транспортируется в зазорах между стенкой скважины и спинками лап. Поэтому зачастую переходят на ассиметричную систему промывки, заглушая одну или две гидромониторные насадки для повышения пропускной способности основных транспортных каналов долота.
Беговые дорожки цапфы и шарошки и тела качения без сепараторов составляют опору шарошки. Помимо подшипников качения опора может включать подшипники скольжения (антифрикционные втулки) и торцевую пяту (антифрикционный диск).
Полость опоры заполняется консистентной смазкой.
Опоры шарошек – наиболее ответственные узлы шарошечного долота, стойкость которых чаще всего определяет долговечность долота в целом. Опоры воспринимают радиальные и осевые нагрузки (по отношению к цапфе).
Опоры шарошек в зависимости от типоразмера долот конструируются из различных сочетаний шариковых и роликовых подшипников качения и подшипников скольжения.
Подшипники шарошек в процессе бурения смазываются и охлаждаются буровым раствором, проникающим к ним по зазору между основанием шарошки и упорной поверхностью в цапфе. Поэтому в буровой раствор добавляются специальные реагенты, улучшающие его смазочные свойства.
При бурении с продувкой скважины воздухом условия работы опор шарошек значительно ухудшаются вследствие недостаточного теплоотвода от трущихся деталей подшипников. Поэтому в долотах, предназначенных для бурения с продувкой воздухом, часть воздуха по специальным каналам в лапах и цапфах направляется непосредственно в опоры шарошек.
В последние годы все большее применение находят долота с герметизированной маслонаполненной опорой, у которых специальная смазка поступает к подшипникам из эластичного баллона по имеющемуся в лапе и цапфе каналу. Проникновению бурового раствора в полость такой опоры и утечке смазки препятствует жесткая уплотнительная манжета. Долговечность таких долот при ограниченной частоте оборотов на порядок и более превосходит долговечность долот с открытой опорой.
Для бурения скважин в абразивных породах различной твердости с целью повышения долговечности вооружения шарошки оснащают вставными твердосплавными зубками (штырями). Такие долота часто называют штыревыми. Вставные зубки закрепляются в теле шарошки методом прессования. Для бурения в малоабразивных породах, в теле стальной шарошки фрезеруются призматические зубья, поверхность которых упрочняется термохимической обработкой.

34 Дать объяснение понятию «пористость»? От каких факторов она зависит?

ПОРИСТОСТЬ горных пород — характеризуется наличием пустот (пор), заключённых в горных породах. Благодаря пористости горные пород могут вмещать (за счёт влияния капиллярных сил) жидкости и газы. К пористости не следует относить ёмкость каверн и трещин, характеризующих общую пустотность горных пород (ввиду влияния гравитационных сил). Различают три вида пористости: общую (физическую), открытую и эффективную.

Общая пористость — объём сообщающихся и изолированных пор — включает поры различных радиусов, формы и степени сообщаемости. Открытая пористость — объём сообщающихся между собой пор, которые заполняются жидким или газообразным флюидом при насыщении породы в вакууме; она меньше общей пористости на объём изолированных пор. Эффективная пористость характеризует часть объёма, которая занята подвижным флюидом (нефтью, газом) при полном насыщении порового пространства этим флюидом; она меньше открытой пористости на объём связанных (остаточных) флюидов.

Определяют пористость методом Преображенского, насыщая породы керосином или 3%-ным раствором солёной воды. Пористость определяется по разнице весов сухого и насыщенного образца, отнесённой к объёму образца, умноженному на плотность насыщающей жидкости. Отношение объёма пор к объёму образца даёт искомую величину пористости, её выражают в % или в долях единицы.

Величина пористости тесно связана с вещественным составом горных пород. В илах, лёссах она достигает 80%; в осадочных горных породах(известняки, доломиты, песчаники) изменяется от единиц до 35%; в вулканогенно-осадочных породах (туфопесчаники, туффиты) — в пределах 5-20%; в магматических породах — не более 5%. Теоретическая величина пористости зависит от размера, формы и упаковки зёрен и изменяется от 26 до 44,6%. Пористость уменьшается с глубиной, установлена линейная зависимость для песчано-алевритовых пород.

Пористость определяет физические свойства горных пород: прочность, скорость распространения упругих волн, сжимаемость, электрические, теплофизические и другие параметры. В нефтяной геологии методы промысловой геофизики основаны на использовании зависимостей между этими параметрами.