II ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ

УТВЕРЖДАЮ

Генеральный директор

ООО «Петросервис-Гео»

_______________Кондрашин В.А.

«____» ______________ 2008 г.

СПРАВОЧНОЕ РУКОВОДСТВО

Оператора станции ГТИ

Г. Саратов

Г.

  I ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ХАРАКТЕРА

      1. Геохронологическая шкала

              Q –четвертичный период                                          0,7 млн.лет - до наст.                              

                                                                                                                                 времени

              N –неоген                                                                        25 - 0,7 млн.лет

              P – палеоген                                                                     65 – 25

              K – мел                                                                           132 – 65

              I –юра                                                                            185 – 132

              T – триас                                                                        235 – 185

              P –пермь                                                                        280 – 235

              C –каменноугольнный (карбон)                                 345 – 280

              D –девон                                                                       390 – 345

              S –силур                                                                        435 – 390

              O –ордовик                                                                   500 – 435

              Є - кембрий                                                                   570 – 500

              PR –протерозой                                                          2500 – 570

              AR –архей                                                                  4600 – 2500

   2. Основные понятия о горных породах

    Горная порода представляет собой совокупность минералов (иногда один минерал), формирующую геологическое тело и образовавшуюся в определенной термодинамической и химической обстановке земной коры.

       Макроскопически горную породу определяют по внешнему облику, слагающим ее породообразующим минералам, а также по величине и характеру распределения этих минералов.

Последние особенности обуславливают структурно-текстурные признаки породы.

       Структура – совокупность признаков, характеризующих породу по характеру структурных элементов – минералов (размеры, форма, взаимное расположение).

    Текстура – пространственное распределение ее минерального вещества, обусловленное ориентировкой, взаимным расположением структурных элементов и способов выполнения пространства.

    По происхождению горные породы подразделяются на три основные группы:

· магматические (гранит, диабаз, базальт);

· осадочные (песчаник, глина, известняк)

· метаморфические (сланцы, кварцит, мрамор).

Осадочные горные породы

     Горные породы возникшие при участии экзогенных процессов, т.е. в результате взаимодействия с атмосферой, гидросферой, и биосферой называются осадочными горными породами.

     По генезису (характеру образования) осадочные породы подразделяются:

· обломочные, являющиеся продуктом механического переотложения продуктов выветривания коренных пород;

· хемогенные, образующиеся путем выпадения в осадок минерального вещества из истинных и коллоидных растворов;

· органогенные, сложенные преимущественно остатками растительных и живых организмов (раковинками, остатками растений, мягкими частями организмов, трансформированными в жидкие и газообразные углеводороды и т.п.)

· В природе наиболее широко распространены породы смешанного типа – органогенно-хемогенные, хемогенно-обломочные и другие.

2.1.1. Обломочные горные породы

       Классификация обломочных горных пород производится по величине обломков, степени их сцементированности и по минеральному составу обломков.

 По величине обломков не сцементированные, рыхлые разности подразделяются на:

· глыбы – (>10см)

· валуны – (10 – 100см)

· гальку – (окатанные частицы) и щебень (не окатанные), (10 – 100мм)

· гравий – (1 – 10мм)

· песок – (0,1 – 1мм)

· алеврит – (0,01 – 0,1мм)          

· глину – (частицы менее 0,1мм), плотность 2,25 – 2,70г/см³

       Консолидированные, сцементированные аналоги рассмотренных пород имеют следующие наименования:

· брекчия (не окатанные обломки) и конгломерат (окатанные)

(величина обломков более10 мм)

· микробрекчия и гравелит (1 – 10мм)

· песчаник (0,1 – 1мм)

· алевролит (0,01 – 0,1мм)

· аргиллит (<0,01мм).

 Типы цемента:

     (по его составу и по способу выполнения пространства):

· базальный – цемента мало и он разобщает зерна, т.е. зерна плавают в цементе;

· поровый – цемент заполняет поры, обломки соединены между собой;

· пленочный – цемента мало, он только обволакивает зерна, а поры остаются;

· контактный – цемента мало, он только на контактах зерен;

· смешанный – разные типы цемента.

Вещественный состав цемента может быть разным: чаще всего – глинистый, известковый, или известково – глинистый. Реже – кремнистый, железистый, гипсовый, ангидритовый, баритовый, пиритовый и т.д.

Хемогенные горные породы

       При химическом выветривании растворимые части горных пород переходят в раствор,а затем выпадают коллоидные осадки гидроокислов Fe, Al, Mn, (лимонит, боксит, пиролюзит),карбонатов Ca, Fe, Mg. Сульфатные и галоидные соединения выкристализовываются лишь из вод лагун и озер повышенной солености в засушливом климате. Так образуются гипс, галит, сильвин. Среди карбонатных пород наиболее распространены известняки – породы содержащие более 50% CaCO3. Плотность их от 1,3 – 1,8г/см³ для рыхлых разностей до 2,4 – 2,65 г/см³ для плотных, твердых известняков. Мергель – порода состоящая из равных частей CaCO3 и глины.

Органогенные горные породы

      Породы этого типа в основном сложены органическими остатками различной степени сохранности, с содержанием органогенной части >50%.

        Органогенные карбонатные породы – породы состоящие из карбонатных (CaCO3) раковин и скелетов микроорганизмов – известняки-ракушняки, рифовые известняки, криноидные известняки, мел.

      Кремнистые органогенные породы – диатомиты, опоки, трепелы – состоящие из обломков раковин и скелетов микроорганизмов построенных из кремнезема – опала.      Каустобиолиты – органогенные породы ряда углей и битумного ряда. Породы ряда углей – торф, лигнит (бурый уголь), каменный уголь, антрацит (плотность от 0,5 для торфа до 1,8 для антрацита).

      Породы битумного ряда – нефть, асфальт, озокерит, нефтяные (горючие) сланцы.

3. Давления и температура в земной коре

      Горное давление – напряжения, возникающие в массиве горных пород, вблизи стенок скважин в результате действия гравитационных и тектонических сил.

      Поровое давление – давление флюида в глинистых непроницаемых породах.

      Пластовое давление – давление пластового флюида на вмещающие породы в пластах – коллекторах, имеющих внутреннюю гидродинамическую связь по площади и разрезу.

      Геостатическое давление – давление выше залегающих горных пород.

                                                Р = ρ*g*H , где ρ - средневзвешенное значение

                                                                                        плотности пород.

      Эффективное давление (напряжение) – разность между горным давлением и

 пластовым (поровым).

                                                  Рэф = Рг – Рпор

      Дифференциальное давление – разность забойного давления и пластового (порового).

      Температурный градиент – увеличение температуры на единицу глубины

 Температурная ступень – увеличение глубины на единицу температуры [град/м].

4. Возникновение и прогнозирование зон АВПД, понятие о D-экспоненте

Горному давлению пород противодействует как давление пластовой жидкости в порах, так и механический сдвиг на контакте зерен. По мере вытеснения жидкости из порового пространства погребенной породы происходят уплотнение породы и снижение ее пористости. Такой процесс происходит при контакте глинистых пород с мощными сообщающимися коллекторами (песчаниками, алевролитами и др.). Давление в коллекторах приближается к гидростатическому, условно называемым нормальным.

Если мощная глинистая толща содержит коллекторы ограниченного объема, происходит неполное вытеснение жидкости из глин, что ведет к повышению их пористости и вызывает возникновение аномально высоких поровых давлений (АВПД).

Аномально высоким пластовым давлением флюида принято считать такое давление, которое превышает более чем на 20% гидростатическое давление столба пресной воды на данной глубине.

Создание АВПД возможно также и за счет тектонических усилий, которые сопровождаются поднятием и взбросом блоков или прогибов бассейнов, что ведет к изоляции отдельных участков земной коры от нормальных путей миграции.

                     , где

                           Kп и Kо – пористость глин на заданной глубине и на поверхности;

                           β - константа, характеризующая степень уплотнения глин с глубиной

                           Рэ – эффективное давление   

                                                   Рэ = Рг – Рпор

                           Рг = ρп * g * H – геостатическое давление; ρп – средняя плотность

                                                                                                            пород по разрезу

                           Рпор = ρв * g * H – поровое давление; ρв – средняя плотность воды по           

                                                                                                              разрезу

                            Рэ = ( ρп- ρв) * g * H

                            Ln Kп = Ln Kо — β * Рэ =  Ln Kо - β * H * g * (ρп- ρв),

                    Так как β * H * g * (ρп- ρв) = const, обозначим ее A, получим:

                       Ln Kп = Ln Kо — А * H ,

 т.е. из этого следует, что при нормальном уплотнении глин между величиной Ln Kп и глубиной их залегания существует практически прямолинейная зависимость.

Наличие в породе АВПД приводит к некоторой разгрузке скелета, снижению Рэ и увеличению Кп. В результате зависимость Ln Kп = f(H) в зоне АВПД отклоняется от  линейной. Именно это явление и легло в основу различных методик прогнозирования зон АВПД и количественной оценки давлений в пласте.

                     где:

                          ρо – средневзвешенная плотность пластовых вод (принимается

                                  равной – 1,05 г/см³)

                         ρэ – эквивалентная плотность бурового раствора в процессе

                                  циркуляции с учетом потерь давления в кольцевом

                                  пространстве [г/см³].

Приближенно эквивалентную плотность можно определить по следующей формуле:                  

                        где:

                               H – глубина скважины [м]

                               Pвх – давление нагнетания [кГ/см²]

                               Vмех – мех.скорость бурения [м/час]

                               Wд – нагрузка на долото [т]

                                Dдол – диаметр долота [мм].

При подходе к пласту-коллектору с АВПД в глинистой покрышке будет существовать зона разуплотнения (так называемая переходная зона). Мощность переходной зоны иногда достигает более 100 м. Напряженность пород здесь понижена, а буримость повышена. Показатель Dexp резко начнет уменьшаться.

    Определив плотность глин и величину Dexp, можно количественно оценить величину порового давления:

                             где:

                                    G – градиент Рпор, [кГ/см²/м]

                              где:

                                    ρгл – плотность глин на рассматриваемой глубине, [г/см³]

II ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ

Основным породоразрушающим инструментом при бурении являются буровые долота. Долота делятся по:

    а) Назначению

       - для сплошного бурения

       - для бурения с отбором керна

    б) По исполнению

       - пикообразные

       - лопастные

       - торцовые ( фрезерные )

       - шарошечные

    в) По воздействию на породу

       - режуще - скалывающего типа(лопастные)

       - дробяще - скалывающие типа (шарошечные)

       - режуще - истирающего типа (ИСМ, алмазные)

1. Основной объем бурения в РОССИИ производится шарошечными долотами. В соответствии с ГОСТ 20692-75 шарошечные долота изготавливаются следующих типов (см. табл.№ 1)

                                                                                                     Таблица № 1

* - фрезерованные зубья - выполнены за одно целое с телом шарошки

** - вставные твердосплавные зубки - обычно карбит-вольфрамовые вставки

Рациональное сочетание типа шарошечного долота и разбуриваемой породы приведено в таблице № 2

                                                                                                     Таблица № 2

2 По конструкции шарошечные долота делятся на:

    2.1. По количеству шарошек:

                   одношарошечные,

                   двухшарошечные,

                   трехшарошечные

    2.2 По расположению и конструкции промывочных или продувочных отверстий:

                   Ц - долото с центральной промывкой

                   Г - долото с боковой промывкой.

                   П - долото с центральной продувкой

                   ПГ - долото с боковой продувкой.

    2.3 По конструкции опор шарошек:

                   В - на подшипниках качения.

                   Н - на одном подшипнике скольжения (остальные подшипники качения )

                   У - герметизация опоры с маслонаполнением

                   А - на двух или более подшипниках скольжения.

    Литерами А маркируются долота для низкооборотного бурения ( до 150 об/мин),

                    Н - для среднеоборотного бурения ( от 150 до 400 об/мин ),

                    В - для высокооборотного бурения ( более 400 об/мин).

Пример маркировки:

III 215.9 МЗГВ - долото трехшарошечное, диаметром 215.9 мм, для бурения мягких абразивных пород, с боковой промывкой, для высокооборотного бурения

III 295.3 МСГАУ - долото трехшарошечное, диаметром 295.3 мм, для бурения мягких пород с прослойками средних, с боковой промывкой, для низкооборотного бурения ( А - все подшипники скольжения), с герметизированными маслонаполненными опорами.

К 139.7/52 ТКЗ- долото для отбора керна диаметром 139.7 мм, диаметр выносимого керна 52 мм, для бурения твердых абразивных пород с пропластками крепких.

В обозначении бурильных головок перед диаметром:

    К- для керноприемных устройств без съемного керноприемника, тип резьбы - муфта

    КС - для керноприемных устройств со съемным керноприемником, тип резьбы — ниппель