Физико-механические свойства пород и их буримость. Виды разрушения и транспортирования пород при бурении

Бурение скважин осуществляется с помощью двух основных процессов:

• разрушения породы на забое скважины;
• транспортирования частиц разбуренной породы от забоя на поверхность.

В настоящее время известны две группы принципиально различных методов разрушения горных пород при бурении. К первой относятся те методы, при которых разрушение породы осуществляется непосредственным воздействием породоразрушающего инструмента на породу. Ко второй группе относятся методы бурения, при которых разрушение осуществляется различными физическими способами. Ниже приведена классификация способов бурения горных пород.

При бурении скважин процесс разрушения породы забоя осуществляется в основном породоразрушающими инструментами.

Новые методы бездолотного разрушения пород находятся в стадии изучения и экспериментирования. Из них термическое (огневое) бурение получило уже применение при проходке взрывных скважин в весьма крепких породах.

Из перечисленных способов бурения наибольшее распространение получило вращательное бурение. Почти все бурение на нефть и газ и основной объем разведочного бурения осуществляется вращательным способом. Ударно-вращательное бурение является новым способом и за последние годы находит все большее применение в крепких породах (VII - X категорий). Ударно-канатное бурение, наоборот, постепенно сокращается.

При бурении любыми породоразрушающими инструментами имеют место на забое следующие виды разрушения горных пород: объемное, поверхностное и усталостное.

Объемное разрушение происходит, когда на контакте резцов породоразрушающего инструмента с породой возникает напряжение, превосходящее твердость породы на вдавливание (критическое напряжение).

Поверхностное разрушение имеет место, когда на контакте лезвий породоразрушающего инструмента с породой возникает напряжение меньше прочности породы на вдавливание (твердости).

В этом случае разрушение породы при бурении будет происходить только вследствие сил трения, возникающих на контакте лезвий с породой.

Этот вид разрушения неэффективен.

Усталостное разрушение породы занимает промежуточное место между объемным и поверхностным.

При вращательном бурении инструментом с заточенными твердосплавными резцами вначале может иметь место объемное разрушение, которое вследствие затупления резцов переходит в усталостное и, наконец, в поверхностное. Надо стремиться производить бурение при объемном разрушении породы и извлекать из скважины инструмент для замены коронки на стадии усталостного разрушения.

Транспортирование разбуренной породы с забоя скважины на поверхность при штанговом бурении производится промывкой или продувкой, а также быстровращающимся ставом шнеков (винтового транспортера). В этом случае процесс бурения совмещается с процессом транспортирования частиц разбуренной породы от забоя скважины к ее устью.

При медленно-вращательном бурении без промывки разрушенная порода извлекается в породоразрушающем инструменте при его подъеме (в ложках и змеевиках).

При ударно-канатном бурении сперва разрушают породу забоя долотом, а потом транспортируют ее с забоя на поверхность желонками.

В процессе бурения много времени занимают спуско-подъемные операции, которые производятся для замены затупившегося породоразрушающего инструмента на новый или с целью извлечения кернов.

Чем глубже скважина, тем больше времени затрачивается на спуско-подъемные операции.