Технология и техника бурения в 2 частях Часть Горные породы

Анизотропия технологических свойств 
горных пород
Под 
анизотропией технологических свойств понимают нео-
динаковость этих свойств пород в различных направлениях.
Анизотропия технологических свойств конкретной горной по-
роды или толщи разных горных пород в целом является следстви-
ем неоднородности строения каждой породы, различия механи-
ческих свойств разных пород, наличия слоистости, направленной 
трещиноватости, твердых включений и пустот, а также ряда других 
факторов.
Рассмотрим основные формы проявления анизотропии техно-
логических свойств как конкретной горной породы, так и толщи 
разных горных пород в целом, приводящие к отклонению оси сква-
жины от первоначально заданного направления, т.е. к искривлению 
скважины.
Угол встречи \ (\ d 90q) оси скважины с плоскостью напла-
стования — это угол между касательной, проведенной к оси сква-
жины в точке встречи, и плоскостью напластования. Острым углом 
встречи (
\ < 90q) называется угол между касательной и ее проек-
цией на данную плоскость. Острый угол встречи есть наименьший 
2.8.

---

114 
I. Основные физико-механические свойства горных пород
из всех углов, образованных касательной с любой прямой, лежащей 
на плоскости напластования.
Если проекцией касательной на плоскость напластования явля-
ется линия падения или линия восстания пласта, т.е. ось скважины 
вблизи точки встречи лежит в плоскости, нормальной к прости-
ранию пласта, то угол встречи 
\ измеряется между линией паде-
ния или линией восстания пласта и касательной к оси скважины 
(рис. 2.7). 
а
б
в
г
К
В
Г
1
а
b
y
j
п
q
Г
В
1
q
y
а
j
п
а
В
К
Г
j
п
1
y
q
В
Г
а
j
п
1
q
y
К
Вышка
Пласт породы
Устье скважины
К
b
b
b
Рис. 2.7. Варианты встречи оси скважины с плоскостью наслоения:
а, б — угол встречи 
\ между линией восстания пласта и касательной K к 
оси скважины; в, г — угол встречи 
\ между линией падения пласта и каса-
тельной K к оси скважины; 1 — точка встречи; b
o
— вектор линии восстания 
пласта; a
o
— вектор линии падения пласта; Г — горизонталь; В — вертикаль; 
M
п 
— угол падения пласта; 
T — зенитный угол скважины
Для варианта встречи на рис. 2.7, а 

\ = T – 
M
п
+ 90
q; (2.39)
на рис. 2.7, б

\ = 90q – T– 
M
п
; (2.40)

---

2. Физико-механические и технологические свойства горных пород 
115
на рис. 2.7, в

\ = 
M
п
– 
T + 90q; (2.41)
на рис. 2.7, г
\ = 
M
п
+ 
T – 90q. (2.42)
Если для пласта рудного тела 
M
п
t 30
q , то скважины с поверх-
ности следует задавать наклонными. Необходимое условие встре-
чи 
M
п
> 30
q, что практически гарантирует пересечение скважиной 
толщи полезного ископаемого. Чем ближе угол 
\ к 90q , тем выше 
качество пересечения рудного тела скважиной.
При пересечении скважиной под острым углом контактов 
между слоями пород с различной твердостью основной фактор, 
вызывающий искривление ствола скважины, — неравномерное со-
противление породы разрушению на забое (рис. 2.8). Аналогичная 
картина может наблюдаться и при азимутальном искривлении. 
а
б
в
b
Dq
j
п
y
j
п
Dq
y b
j
п
Dq
b
y
кр
— мягкие породы
— твердые породы
Рис. 2.8. Схемы зенитного отклонения ствола скважины 
при смене пород с различной твердостью:
а — при переходе из мягких пород в твердые; б — при переходе из твердых 
пород в мягкие; в — при переходе из мягких пород в твердые при критиче-
ском значении угла встречи 
\
кр 
< 10
q–15q

---

116 
I. Основные физико-механические свойства горных пород
При пересечении толщ, сложенных твердыми анизотропными 
породами, искривление скважин возникает из-за неодинакового 
сопротивления породы разрушению в разных направлениях; ин-
тенсивнее разрушение происходит в направлении наименьшего со-
противления.
Наиболее явно анизотропия свойств проявляется у слоистых 
пород и пород, разбитых строго ориентированной системой тре-
щин. Буримость (твердость) пород всегда выше в направлении, 
перпендикулярном к плоскости слоистости, чем в любом другом 
направлении (рис. 2.9). 
При угле встречи с плоскостью слоистости, т.е. при 
\ = 90q 
или 
\ = 0q, скважина из-за анизотропии пород не должна искрив-
ляться (рис. 2.9, а, б). При бурении в направлении падения пород 
(рис. 2.9, в) и против него (рис. 2.9, г), т.е. при 0 < 
\ < 90q, из-за 
анизотропии пород скважина будет искривляться в направлении 
наименьшего сопротивления.
а
б
в
г
y
°
= 90
y
°
= 0
2
1
3
y
1
3
2
2
1
2
3
= =
1
3
=
Рис. 2.9. Схемы зенитного искривления ствола скважины при бурении в 
слоистых анизотропных породах:
а, б — сохранение скважиной заданного направления; в — выкручивание 
скважины (уменьшение угла 
T); г — выполаживание скважины; 1 — перво-
начальное направление скважины; 2 — направление наименьшего сопро-
тивления; 3 — последующее направление скважины
При пересечении толщи мягких, рыхлых и сильно разрушенных 
пород, а также крупных пустот или полостей (карст, трещины, гор-
ные выработки) наклонные скважины могут резко изменить свое 
направление из-за провисания бурового снаряда или интенсивного 
разрушения лежачей стенки. При встрече твердых включений (ва-
луны или глыбы твердых пород) скважины могут отклоняться в 
сторону мягкой породы.

---