Технология и техника бурения в 2 частях Часть Горные породы

Классификация горных пород по интенсивности поглощения [2]
Груп-
па 
пород
Вид по-
глощения
Интенсив-
ность по-
глощения 
Q, м
3
/ч
Горные породы
Мероприятия по 
предотвращению и 
ликвидации погло-
щений
I
Частич-
ное
5
Песчаники, мелко- и 
среднезернистые пески, 
известняки с незначи-
тельной пористостью
Применение вы-
сококачественных 
глинистых раство-
ров
II
Сильное
5–10
Среднезернистые 
песчаники, крупнозер-
нистые пески, трещино-
ватые известняки, до-
ломиты, трещиноватые 
изверженные и мета-
морфические породы
Применение на-
полнителей, гли-
нистых и цемент-
ных растворов

---

1. Общие сведения о горных породах 
65
Окончание табл. 1.16
Груп-
па 
пород
Вид по-
глощения
Интенсив-
ность по-
глощения 
Q, м
3
/ч
Горные породы
Мероприятия по 
предотвращению и 
ликвидации погло-
щений
III
Полное
10–15
Крупнозернистые 
песчаники, мелкозер-
нистые известняки, до-
ломиты, сильнотрещи-
новатые изверженные 
породы
Применение бы-
стросхватываю-
щихся смесей
IV
Катастро-
фическое
> 15
Породы с крупными 
трещинами, кавернами 
и карстовыми пусто-
тами
Применение кре-
пления обсадными 
трубами и обход 
поглощающей 
зоны
Величину понижения уровня жидкости в скважине устанав-
ливают следующим образом. Вначале замеряют глубину статиче-
ского уровня жидкости в скважине. Затем в скважину доливают 
промывочную жидкость и снова замеряют уровень. Фиксируют 
время, за которое новый уровень снизится до начального стати-
ческого значения. Интенсивность поглощения рассчитывают по 
формуле (1.24).
Энергетика влаги в системе скважина — 
горный массив
Физико-химическое воздействие бурового раствора на напря-
женно-деформационное состояние горных пород около скважины 
может осуществляться как непосредственно — путем изменения 
действующих напряжений, так и опосредованно — путем влияния 
на реологические параметры породы.
В реальных условиях эти процессы протекают одновремен-
но с преобладанием одного из них в зависимости от конкретных 
условий. Напряжения в горной породе и ее механические свойства 
1.7.

---

66 I. 
Основные 
физико-механические свойства горных пород
взаимообусловлены, т.е. изменение механических свойств влечет 
за собой изменение напряжений, и наоборот.
Процессы, происходящие в системе скважина — горный мас-
сив, сопровождаются превращениями энергии, переходом си-
стемы из одного состояния равновесия в другое. Направление и 
характер этих процессов во многом определяются энергией свя-
зи влаги в горной породе и буровом растворе, используемом для 
промывки скважины. Поэтому при рассмотрении их взаимодей-
ствия полезно привлечение энергетического и термодинамиче-
ского анализа.
При контакте бурового раствора с породой часть свободной 
энергии dA затрачивается на совершение работы по перемещению 
влаги в пределах системы
dA = П
m
dm
или
dA = П
V
dV,
где П
m
, П
V
— полные потенциалы влаги соответственно по массе и 
объему жидкости; dm — элементарно малая масса жидкости; dV — 
элементарно малый объем жидкости.
Потенциал влаги есть мера энергии, которую необходимо за-
тратить, чтобы удалить ее из дисперсной системы. С этих позиций 
увлажнение породы связано с тем, что свободная энергия в системе 
буровой раствор — горная порода уменьшается, поэтому увлажне-
ние происходит до тех пор, пока этот процесс способствует сниже-
нию свободной энергии системы. При этом потенциалы влаги в по-
роде и буровом растворе должны выравниваться. Интенсивность 
процесса зависит от разницы энергетических состояний влаги в 
этих системах.
Опосредованным выражением энергетического состояния вла-
ги является ее потенциал. Его полное значение определяется урав-
нением
 
П = П
д 
+ П
г 
,
(1.25)
где П
д
, П
г 
— составляющие полного потенциала, зависящие соот-
ветственно от дисперсности системы и положения над уровнем 
сравнения (сил гравитации).

---

1. Общие сведения о горных породах 
67
Для породы
П
д
п
= f(V
п
, S, T
п
, C
п
, 
D
п
);
}
(1.26)
П
г
п
= f(Р
п
),
где V
п
— объем влаги в породе; S — площадь поверхности контакта; 
Т
п
— температура; 
D
п
— параметр, учитывающий влияние прочих 
факторов; Р
п
— поровое (пластовое) давление; С
п
— концентрация 
растворенных веществ.
В буровом растворе
П
д
р
= f(V
р
, n, T
p
, C
p
, 
D
p
, K
p
);
}
(1.27)
П
г
p
= f(Р
p
),
где V
р
— объем влаги в буровом растворе; n — параметр, характери-
зующий влияние твердой фазы; С
р
— концентрация растворенных 
веществ; 
D
р
— параметр, учитывающий влияние прочих факторов; 
K
р
— параметр, характеризующий влияние глинистой корки; Р
р
— 
давление столба бурового раствора.
Энергию связи влаги в дисперсной системе опосредованно 
можно выразить через давление, которое необходимо приложить к 
ней для полного обезвоживания. Тогда
m
P
c = P
an
 + 
6
(i
п
, C
п
)
j
– P
п
, 
(1.28)
j = 1
m
P
s
= 
V
э
t
ф
(P
р
– P
п
) + 
6
(i
р
, C
п
)
j
,
(1.29)
V
ф
t
э
j = 1
где P
c, Pcc — давление, необходимое для полного обезвоживания си-
стемы: соответственно горной породы и бурового раствора; P
an
— 
давление, необходимое для удаления n-го от поверхности частицы 
(породы) молекулярного слоя воды; n — количество молекулярных 
слоев адсорбированной воды в породе; V
э
, t
э
— соответственно объ-
ем и время истечения (удаления) воды из эталонного раствора; V
ф
, 
t
ф
— объем и время истечения (удаления) воды из раствора, цирку-
лирующего в скважине (обычно принимают t
э
| t
ф
).

---

68 I. 
Основные 
физико-механические свойства горных пород
Влагоперенос в системе буровой раствор — горная порода в 
стенках скважины определяется параметром К
в
= P
c/Pcc. Направ-
ление переноса зависит от значения этого параметра (табл. 1.17).
Таблица 1.17