Буримость

Если нет данных о механических и абразивных свойствах горных пород, слагающих месторождение, то для характеристики трудности их разбуривания можно пользоваться обобщенным показателем эффективности бурения - буримостью. Этот показатель широко используется также при планировании и нормировании работ разведочного бурения и при других практических расчетах.

Под буримостью понимают способность горной породы разрушаться под действием различных породоразрушающих инструментов. Буримость определяется величиной углубки в данной породе за единицу механического бурения и измеряется в м/ч, см/мин или мм/мин.

Буримость зависит не только от физико-механических свойств пород, но и от состояния технологии бурения, организации работ, квалификации работников и др. По мере совершенствования породоразрушающих инструментов, режимов бурения и буровой техники этот показатель растет.

Классификация горных пород по буримости, в которой все породы разделены на 12 категорий, применяемая при вращательном бурении геологоразведочных скважин не учитывает механические свойства пород и поэтому не позволяет вести инженерные расчеты разрушения горных пород при бурении и разработке оптимальных режимов бурения.

В литературе приводятся классификации горных пород по буримости для шнекового, ударно-канатного и ударно-вибрационного бурения. В них также отсутствуют конкретные объективные признаки для отнесения породы к той или иной категории.

Для контрольного определения категорий пород и характеристики буримости на основе их физико-механических свойств в условиях геологоразведочных партий и экспедиций применяется методика ЦНИГРИ. Согласно этой методике, для мягких пород (I - III категорий) рекомендуется использовать метод вдавливания штампа на глубину 10 мм, а для остальных пород (IV - XII категорий) предложен объединенный показатель ρ_м, учитывающий влияние динамической прочности F_д и абразивности К_абр пород.

Значения ρ_м для различных категорий пород по буримости приведены ниже:

III	2,00-3.00	VII	10,10-5,20	X	34,15-51,20
IV	3.00-4,50	VIII	15,20-22,80	XI	51,20-76.85
V	4.50-6,75	IX	22.80-34,15	XII	76,85-15,00 более
VI	4,50-6,75

Объединенный показатель рм рассчитывается по формулам:

для вращательного бурения

ρ_м=3F_д^0,8К_абр;

для ударно-вращательго бурения

ρм=2F_дК_абр0,41;      (1.17)

Объединенный показатель можно определить по номограмме (рис 1.1).

Рис. 1.1. Номограмма для определения объединённого показателя ρм при установлении категории по буримости

Полученное значение коэффициента динамической прочности откладывают на правой шкале F_д, а значение коэффициента абразивности -на левой шкале (k_абр). Далее обе точки соединяют прямой линией и на пересечении этой прямой со шкалой ρ_м находят величину объединенного показателя буримости ρ_м. По величине ρ_м определяют категорию породы по буримости.

Буримость можно также определять по данным хронометражных наблюдений за скоростью бурения. При этом необходимо иметь результаты не менее чем по пяти рейсам по одной горной породе с определенными режимными параметрами. Если в течение наблюдаемого рейса объем бурения по одной породе составляет не менее 75%, то принято относить все показатели бурения к этой горной породе.

Существует другой метод более объективного определения категории пород, разработанный в ВИТРе и заключающийся в том, что с помощью специально устройства - определителя твердости пород - в керне делается рез алмазным диском при строго определенных условиях (нагрузка, частота вращения) за время 1 мин. Категория пород определяется по глубине реза (табл. 1.1).

Таблица 1.1 Классификация горных пород по методике ВИТР

Категория порол по буримости (ЕНВ)	Глубина реза, мм
	при нагрузке 10 Н	при нагрузке 41 Н
IV	>2,28	-
V	1,63-2,28	-
VI	1,04-1,62	-
VII	0,76-1,03	4,01-5,30
VIII	-	3,11-4,00
IX	-	2,41-3,10
X	-	1,76-2,40
XI	-	1,16-1,75
XII	-	<1,15

Этот метод основан на реальном процессе разрушения породы при вращении алмазного диска, что в значительно большей степени соответствует условиям работы алмазного инструмента.

Отсутствие данных о характеристике физико-механических свойств горных пород не позволяет вести инженерные расчеты процессов бурения скважин. В ВИТРе разработан способ определения горных пород по характеру электрических и упругих сигналов, возникающих при их разбуривании, т.е. синхронно с углубкой породоразрушающего инструмента. Практическое применение этого способа откроет перспективы бурения с помощью оперативного изменения параметров режима бурения в зависимости от геологического строения разбуриваемого разреза.

Для прогнозирования механических свойств горных пород можно воспользоваться данными геофизических методов исследований: электрических, радиоактивных, акустических и др. Эти методы позволяют делить разрезы скважин по плотности пород, оценивать коэффициент пористости пород и их упругие свойства.

При бурении на нефть и газ в качестве показателей буримости пород используют как результаты комплексного изучения свойств и строения горных пород, так и промысловые данные о работе долот. Широко применяется классификация пород, в которой основным классификационным признаком является твердость горных пород по штампу или категории твердости. Выделяются мягкие, средние, твердые, крепкие и очень крепкие породы, которые соответствуют группам категорий

Накопление и обобщение информации ведется по пачкам одинаковой буримости пород. Объективное выделения пачек в разрезе - одна из основных задач определения буримости пород. В основе выделения пачек должна лежать геологическая информация и в первую очередь информация о наличии и распространении признаков, определяющих сопротивление горных пород разрушению и их абразивность.

Пример 1.5. С помощью номограммы (рис 1.1) определить объединенный показатель р_м  для горной породы, динамическая прочность которой F₂=7,5, а К_абр=1.

Решение. На соответствующих осях номограммы (см.рис 1.1) отложим значения F_д и К_абр, соединив их линией. Точка пересечения линий с осью р_м дает значение р_м=15, что соответствует VIII категории буримости пород.

Пример 1.6. В результате проведенных исследований установлены корреляционные связи между геофизическими данными - кажущимся сопротивлением горных пород р_к, двойным разностным параметром ΔI_πγ и твердостью ρ_ш

ρ_ш =0,9ρ_кΔI_πγ + 3,91р_k + 1650ΔI_πγ+2610,

где р_к =1450м·м и ΔI_πγ =0,796 для крупнозернистых гранодиоритов. Установить твердость и категорию буримости.

Решение. Используя приведенную зависимость находим:

ρ_ш =0,9·145·0,796 + 3,91·145 + 1650·0,796 + 2610 = 4594 МПа.