Материал: Куличихин Н.И. Разведочное бурение учебник

стойкости рабочих элементов породоразрушающего инструмента, от параметров режима бурения, от продолжительности контакта породоразрушающего инструмента с породой в процессе бурения.

Вторичный износ осуществляется частицами разрушенной породы (шламом). Он зависит от твердости и абразивных свойств частиц породы, отделенных от забоя, от количества этих частиц в призабой­ ной зоне, т. е. от скорости бурения и интенсивности промывки (про­ дувки) забоя.

При бурении самозатачивающимися коронками, особенно импрегнированными алмазными, первичный и, особенно, вторичный абра­ зивный износы имеют первостепенное значение.

При бурении многослойными и импрегнированными алмазными коронками для поддержания работоспособности коронок необходим такой износ матрицы этих коронок, чтобы алмазы своевременно обнажились на требуемую высоту. Поэтому износостойкость мате­ риала матриц должна подбираться в соответствии с абразивными свойствами разбуриваемых пород.

Абразивность пород в значительной степени зависит от твердости породоразрушающих минералов —чем тверже минералы, тем больше абразивность породы. Особенно большой абразивностью обладают песчаники с кварцевыми зернами угловатой формы, сцементирован­ ными менее твердым материалом.

Трещиноватость и кливаж. Трещиноватость и кливаж 1 понижают сопротивляемость пород механическим воздействиям и облегчают отбойку их от массива. Однако при попадании лезвия бура в трещину возможны случаи его заклинивания и скалывания.

Итак, физико-механические свойства пород зависят от твердости и размера зерен породообразующих минералов, количества и мине­ рального состава цемента, от молекулярных связей между отдель­ ными минеральными зернами.

Физико-механические свойства пород, а следовательно, и их буримость зависят также и от текстуры породы, в особенности от сланцеватости. По исследованиям Е. Ф. Эпштейна, максимальная твердость сланцеватой горной породы наблюдается при вдавливании в нее резцов в направлении падения или поднятия слоев, и минималь­ ная твердость наблюдается в направлении, нормальном к поверхности напластования.

§2. КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПО КРЕПОСТИ И БУРИМОСТИ

Крепостью горной породы принято характеризовать ее сопротив­ ляемость разрушению.

Проф. М. М. Протодьяконов (старший) в 1926 г. предложил классификацию всех горных пород по их крепости.

1 Кливаж — системы параллельных трещин, не совпадающих с первичной текстурой и слоистостью пород.

В основу этой классификации положена мысль о том, что сопро­ тивляемость горной породы любым видам разрушения (бурению различными способами, взрыванию и т. п.), а также степень устой­ чивости породы при проведении в ней горной выработки могут быть выражены определенным числом — коэффициентом крепости породы — /.

Крепость горной породы есть комплексная характеристика породы, определяемая целым рядом ее физико-механических свойств, оказывающих влияние на процесс ее разрушения при бурении. Кре­ пость горной породы есть величина постоянная, не зависящая от спо­ соба бурения.

Ориентировочно коэффициент крепости / может быть принят равным 0,01 от предела прочности горной породы при одноосном сжатии (/ = 0,01 асж).

Буримость породы — это величина углубки скважины за единицу времени чистого бурения (механическая скорость бурения). Она оценивается в м/ч, см/мин, мм/мин.

Буримость пород устанавливается опытным путем для определен­ ных горных пород и породоразрушающих инструментов при рацио­ нальных режимах бурений. Так как при различных способах бурения механизм разрушения горных пород различен, то и буримость одной и той же породы при различных способах бурения будет раз­ личной. Буримость породы характеризуется следующими показате­ лями: механической скоростью бурения, величиной проходки до допустимого износа породоразрушающего инструмента, затратой времени на проходку 1 м скважины. Эти величины зависят не только от свойств породы, но и от вида и конструкции породоразрушающего инструмента и параметров режима бурения. По мере усовершенство­ вания породоразрушающих инструментов и технологических пара­ метров «буримость» пород повышается.

В настоящее время существует большое количество шкал буримости пород различными породоразрушающими инструментами и различ­ ными способами. Эти шкалы не увязаны друг с другом.

Горные породы по буримости для вращательного колонкового бурения разделены на двенадцать категорий х. Критерием отнесения породы к той или иной категории буримости является углубка скважины за 1 ч чистого бурения при определенных условиях (тип и диаметр буровой коронки, глубина скважины и т. д.). При откло­ нениях от установленных (стандартных) условий вводятся попра­ вочные коэффициенты.

Эта классификация в сокращенном виде приведена в табл. 2.

В табл. 2 приведены наиболее характерные породы для каждой категории буримости и одновременно указаны примерные механи­ ческие свойства пород — их твердость по Шрейнеру и коэффициент крепости по Протодьяконову.1

1 По классификации МГ СССР (ЕНВ 1964 г.).

Классификация горных пород по буримости для вращательного механического бурения

По пластичности Л. А. Шрейнер разделил породы на шесть кате­ горий (см. формулу 3). Шкала пластичности горных пород приведена в табл. 3.

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

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

где С — осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент в кгс; F — общая площадь контактов лезвий породоразрушающего инстру­ мента с породой в мм2; р т — твердость породы на вдавливание в кгс/мм2.