ПО БУРЕНИЮ СКВАЖИН НА ВОДУ · Табл. 207, ил. 332, список лит....

ПОБУРЕНИЮСКВАЖИН

НА ВОДУ

Под редакциейпроф. Д. Н. Башкатова

МОСКВА НЕДРА 1979

УДК (622.143 : 628.1) (031)

Справочник по бурению скважинна воду/Д. Н. Башкатов, С. С. Сулак-шин, С. Л. Драхлис, Г. П. Квашнин,Под ред. проф. Д. Н. Башкатова.М., Недра, 1979. 560 с.

В справочнике рассмотрены совре-менная техника и технология враща-тельного (роторного) бурения и обо-рудования скважин на воду. Изло-жены сведения о свойствах горныхпород и подземных вод. Приведенытехнические характеристики совре-менных буровых установок, породо-разрушающего инструмента, буриль-ных и обсадных труб и вспомогатель-ного оборудования и инструмента.Большое внимание уделено креплениюскважин, технологии бурения, вскры-тию и освоению водоносных пластов.Описаны фильтры. Рассмотрены ава-рии, осложнения и борьба с ними.

Справочник предназначен для ши-рокого круга специалистов, занимаю-щихся вопросами проектирования, бу-рения и оборудования скважин на воду.

Табл. 207, ил. 332, список лит. —69 назв.

20804—475С 200—79 3206000000

043(01)—79© Издательство «Недра», 1979

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие (Д. Н. Башкатов) 5

ГЛАВА I.ГОРНЫЕ ПОРОДЫИ ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ(Д. Н. Башкатов) 7

§ 1. Горные породы и их свой-ства 7

§ 2. Краткие сведения о под-земных водах 24

§ 3. Требования к качествупитьевой воды 27

§ 4. Классификация горных по-род по буримости 32

ГЛАВА II.СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫБУРЕНИЯ СКВАЖИН НА ВОДУ(Д. Н. Башкатов) 36

ГЛАВА III.УСТАНОВКИ ДЛЯ ВРАЩАТЕЛЬ-НОГОБУРЕНИЯ СКВАЖИН(В. Я. Вальдман) 44

ГЛАВА IV.БУРОВОЙ ИНСТРУМЕНТ

ДЛЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГОБУРЕНИЯ_________________________113

§ 1. Породоразрушающий ин-струмент (Д. Н. Башка-тов, Г. П. Квашнин,С. Л. Драхлис) 113

§ 2. Бурильные, утяжеленные,ведущие трубы и ихсоединение (С. Л. Драх-лис) 154

§ 3. Инструмент для спуска иподъема бурильных и об-садных труб (С. Л. Драх-лис) 205

§ 4. Малая механизация(С. Л. Драхлис) 215

ГЛАВА V.ТЕХНОЛОГИЯ БУРЕНИЯ(Д. Н. Башкатов) 229

§ 1. Подготовительные работыи обустройство буровыхустановок 229

§ 2. Выбор типа и конструк-ции долота 232

1*

§ 3. Методика подбора осевойнагрузки и частоты вра-щения бурового инстру-мента 240

§ 4. Промывка скважины 245§ 5. Условия работы бурильной

колонны 250

ГЛАВА VI.ПРОМЫВОЧНЫЕ ЖИДКОСТИИ ОБОРУДОВАНИЕДЛЯ ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЯИ ОЧИСТКИ(С. С. Сулакшин) 255

§ 1. Общие сведения о гидра-влическом способе удале-ния продуктов разрушения 255

§ 2. Глинистые растворы и ихосновные свойства 256

§ 3. Технические средства и тех-нология приготовленияглинистых растворов 265

§ 4. Регулирование свойствглинистых растворов 274

§ 5. Специальные растворы длябурения в сложных горно-геологических условиях 290

§ 6. Методика обработки гли-нистых растворов химиче-скими реагентами 304

§ 7. Материалы для приготовле-ния промывочных жидко-стей на водной основе 307

§ 8. Очистка промывочной жид-кости от шлама 309

§ 9. Промывочные жидкости,применяемые для вскрытияводоносных пластов(Д. Н. Башкатов) 315

ГЛАВА VII.БУРЕНИЕ СКВАЖИНС ПРОДУВКОЙ ВОЗДУХОМ(Г. П. Квашнин) 325

§ 1. Обоснование и расчетытехнологии бурения с про-дувкой воздухом 325

§ 2. Бурение скважин с при-менением пневмоударников 328

§ 3. Роторное бурение скважиншарошечными долотами опродувкой воздухом 337

3

ГЛАВА VIII.КРЕПЛЕНИЕ СКВАЖИН 342

§ 1. Конструкции скважин(Д. Н. Башкатов) 342

§ 2. Стальные обсадные трубы(Д. Н. Башкатов,В. Л. Ваксман) 347

§ 3. Неметаллические обсад-ные трубы (Д. Н. Баш-катов, В. Л. Ваксман) 360

§ 4. Технология спуска обсад-ных колонн (Д. Н. Баш-катов, В. Л. Ваксман) 372

§ 5. Расчет обсадных колонн(Д. Н. Башкатов,В. Л. Ваксман) 376

§ 6. Способы цементирования(Д. Н. Башкатов,В. В. Сутягин) 378

§ 7. Тампонажные материалы(В. В. Сутягин) 383

§ 8. Расчет цементирования(Д. Н. Башкатов,В. В. Сутягин) 387

§ 9. Технология и качествоцементирования скважин(Д. Н. Башкатов,В. В. Сутягин) 393

§ 10. Ликвидационный тампо-наж (В. В. Сутягин) 396

ГЛАВА IX.ОСЛОЖНЕНИЯ И АВАРИИПРИ БУРЕНИИ И МЕРЫ ПО ИХПРЕДУПРЕЖДЕНИЮИ ЛИКВИДАЦИИ(Д. Н. Башкатов) 398

§ 1. Основные виды осложненийпри бурении 398

§ 2. Предупреждение и борьбас поглощением промывоч-ной жидкости 398

§ 3. Особенности бурения в ос-ложненных условиях 409

§ 4. Особенности бурения вмноголетнемерзлых поро-дах 415

§ 5. Искривление скважин 418§ 6. Аварии и методы их лик-

видации 419

ГЛАВА X.ФИЛЬТРЫ БУРОВЫХ СКВАЖИН(Д. Н. Башкатов) 442

§ 1. Требования, предъявляе-мые к фильтрам 442

§ 2. Типы и конструкции филь-тров 443

§ 3. Расчет фильтров 462§ 4. Бесфильтровые скважины 472§ 5. Технология оборудования

водоприемной части сква-жины 475

ГЛАВА XI.ВСКРЫТИЕ И ОСВОЕНИЕВОДОНОСНЫХ ПЛАСТОВ(Г. П. Квашнин) 478§ 1. Основные факторы, снижа-

ющие проницаемость водо-носного пласта 478

§ 2. Технология вскрытия во-доносных пластов 488

§ 3. Освоение водоносных пла-стов 502

§ 4. Особенности вскрытия иосвоения пластов при обо-рудовании гравийно-обсып-ных фильтров 540

§ 5. Вскрытие и освоение во-доносных пластов в слож-ных гидрогеологическихусловиях 550

§ 6. Оценка качества работ повскрытию и освоению водо-носных пластов 555

Список литературы 558

ИльяSticky Noteрр

ПРЕДИСЛОВИЕ

Акад. В. И. Вернадский назвал подземную воду самым ценным полезным

ископаемым. Поистине неоценима роль и значение подземных вод в жизнедеятель-

ности человека. Акад. А. П. Карпинский так определил значение подземных вод:

«Вода — это самое драгоценное ископаемое. Вода — это не просто минеральное

сырье; это не только средство для развития промышленности и сельского хозяй-

ства; вода — это действенный проводник культуры; это живая кровь, которая

создает жизнь там, где ее не было».

Наша страна располагает огромными ресурсами пресных подземных вод.

Эти запасы по территории страны распределены неравномерно, поэтому в ряде

областей имеется дефицит в подземных водах, это прежде всего относится к юж-

ным районам Украины, многим районам Средней Азии, Казахстана и др. Этим

объясняется, что в среднем используется около 10% подземных вод от общего

объема прогнозных ресурсов.

Буровые скважины являются наиболее экономичными и эффективными

сооружениями для добычи подземных вод. В настоящее время в стране исполь-

зуется около 500 тыс. скважин и 600 тыс. шахтных колодцев.

Бурение и оборудование скважин на воду занимает важное место в народном

хозяйстве страны, объем строительно-монтажных работ составляет более

350 млн. руб. в год.

Ежегодно в нашей стране строится около 30 тыс. буровых скважин на воду,

которые используются в народном хозяйстве для водоснабжения, обводнения

пастбищ, водопонижения, добычи минеральных термальных вод и рассолов,

при гидрогеологических и инженерно-геологических исследованиях.

За последние годы существенно изменились как технические средства бурения

скважин, так и технология и организация буровых работ. Разработаны и успешно

внедрены в производство новые буровые установки и инструменты, освоено буре-

ние скважин с обратной промывкой. Существенные достижения имеются в области

технологии бурения, освоения скважин и их гидрогеологического опробо-

вания.

Вместе с тем новые эффективные средства, технология и организация буровых

работ не стали широким достоянием организаций, ведущих бурение скважин

на воду. Это в значительной мере связано с отсутствием единого современного

пособия для инженерно-технических работников по бурению скважин. Авторы

ставили целью создать справочник, который бы удовлетворял широкие круги

работников, занимающихся проектированием, бурением и оборудованием буро-

вых скважин на воду.

Авторы сосредоточили основное внимание на изложении новых и наиболее

Зиминых узловых вопросах производства буровых работ, не получивших еще

достаточно широкого освещения в литературе.

Около 90% всего объема бурения скважин на воду приходится на вращатель-

ный способ бурения с прямой промывкой (роторное бурение), которому уделяют

основное внимание. Изложение материала в справочнике выполнено таким обра-

5

зом, что наиболее важные вопросы техники и технологии сгруппированы в отдель-

ные главы.

Основной объем справочника написан Д. Н. Башкатовым, С. Л. Драхлисом,

Г. П. Квашниным и С. С. Сулакшиным. Кроме названных авторов в написании

отдельных разделов справочника принимали участие В. Л. Ваксман, В. В. Сутя-

гин и В. Я. Вальдман.

Авторы выражают благодарность канд. техн. наук А. В. Панкову, который

ознакомился с рукописью и сделал много полезных и ценных замечаний.

Авторы будут благодарны всем лицам, приславшим свои замечания и пожела-

ния по справочнику в издательство «Недра» по адресу: 103633, Москва К-12,

Третьяковский проезд, 1/19.

ГЛАВА IГОРНЫЕ ПОРОДЫ

И ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ

§ 1. Горные породы и их свойства

Горные породы по происхождению делятся на осадочные, магматическиеи метаморфические. Независимо от генезиса и минералогического состава всегорные породы подразделяются на скальные, связные и сыпучие.

Многолетнемерзлые породы характеризуются тем, что имеют постояннуютемпературу ниже нуля; их можно подразделить на две группы: а) скальные;б) связные и несвязные осадочные породы. Содержание в породе воды в твердойфазе характеризует льдистость.

Свойства породы определяются рядом факторов, в первую очередь минерало-гическим составом, структурой и текстурой породы. Существенно изменяютсясвойства под влиянием процессов метаморфизма, тектоники, вторичных процессовзамещения отдельных минералов и т. д.

Свойства пород существенно варьируют. Так, коэффициент вариации твер-дости горных пород составляет 6—25%, временного сопротивления одноосномусжатию 15—40%, абразивности методом истирания стержня 15—40%, буримости10—20% и более.

С. С. Сулакшин [60] все свойства горных пород делит на два класса: физико-геологические и физико-технические. С учетом ряда уточнений эта классификацияприведена в табл. I .1. В двух выделенных классах все свойства пород подразде-ляются на 7 групп.

ТАБЛИЦА I.1СХЕМА КЛАССИФИКАЦИИ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД

Класссвойств

1. Физико-геологиче-

ские

Наименование свойств

1. ГеологоструктурныеДелимость

Линейность

Слоистость

Трещиноватость

Отдельность

Показатели свойств или ихопределение

Способность горных пород расслаи-ваться вдоль определенных поверхно-стей, совпадающих с ориентировкойили спайностью минералов или дру-гими направлениями ограниченияслоев

Единообразная ориентировка по на-правлению длинных осей, кристалловили вытянутых обломков (частиц),слагающих породу

Чередование слоев пород различ-ного состава и структуры или нали-чие плоскостей раздела в толще по-род одинакового состава

Расчленение пород трещинами безсущественных перемещений масс

Трещиноватость тектонического про-исхождения

7

Продолжение табл. I.1


I I . Физико-технические


Кливаж

Сланцеватость

Рассланцеватость

Пористость

Кавернозность

Закарстованность

Выветрелость

Раздробленность (дис-персность)

ПлотностьАнизотропность

2. МеханическиеУпругость

ХрупкостьПластичностьПрочность

Твердость

Абразивность

Разрушаемость

РазрыхляемостьСыпучесть

Устойчивость


Делимость или трещиноватостьс частым чередованием плоскостейраздела (мм, см) в слоистых породах

Система кливажа определенного ти-па (течения) в слоистых породах,а также делимость или трещиноватостьв массивных породах, возникающиепри пластических деформациях

Частое чередование поверхностей де-лимости или трещиноватости в зонахкрупных тектонических нарушений

Наличие в породе пустот (полостейнебольших размеров)

Наличие в породах пустот или ка-верн значительного размера

Наличие в толще пород полостейкрупного размера

Степень изменения свойств и со-става пород под действием агентоввыветривания

Степень разрушенности пород, ха-рактеризующаяся гранулометрическимсоставом и размером частиц

Отношение массы к объему образцаКоэффициент анизотропии

Модуль упругости (Юнга), коэффи-циент Пуассона, модуль сдвига, мо-дуль всестороннего сжатия, акустиче-ские характеристики пород

Коэффициент хрупкостиКоэффициент пластичностиСила связи или сцепления, угол вну-

треннего трения, предел прочности иливременное сопротивление разрушению

Твердость по штампу, контактнаятвердость, динамическая твердость

Абразивный износ, объемный износ,изнашиваемость инструмента, износо-стойкость инструмента, относительныйизнос, работа износа, коэффициентабразивности

Способность породы разделяться наэлементы (куски): буримость, дроби-мость, истираемость

Коэффициент разрыхленияКоэффициент сыпучести, угол есте-

ственного откосаСпособность пород не разрушаться

при обнажении

8

Класссвойств Наименование свойств

Ползучесть

Пластическое течение

Релаксация напряже-ний

3. Водно-коллоидныеВлажность

Влагоемкость (водо-вместимость)Водопоглощение

Водонасыщение

Водопроницаемость

ВодоотдачаНабуханиеРазмокаемость

РазмягчаемостьПлывучесть

Тиксотропность

Растворимость

4. ТермодинамическиеТеплопроводность

Теплоемкость

Плавкость

Тепловое расширениегорных пород (сжа-тие)

5. ЭлектродинамическиеЭлектропроводность


Рост деформаций во времени припостоянном напряжении, значения ко-торых не превышают предела упру-гости

Рост деформаций во времени привозрастающем напряжении за преде-лами зоны упругости

Снижение напряжений в породе припостоянной деформации

Массовая влажность, объемнаявлажность, коэффициент влажности

Способность пород впитывать воду

Способность пород свободного во-допоглощения

Способность породы поглощать водупри давлении до 150 кгс/см2, степеньводонасыщения, коэффициент водона-сыщения

Коэффициент фильтрации. Коэффи-циент проницаемости

Коэффициент водоотдачиСтепень увеличения объема породыВремя размокания. Конечная влаж-

ность образцаКоэффициент размягчаемостиСвободное перемещение породы при

насыщении ее водой. Угол естествен-ного откоса под водой

Способность восстанавливать струк-туру раствора после окончания еготечения

Способность породы растворятьсяв воде

Способность пород проводить тепло.Анизотропия теплопроводности

Удельная теплоемкость, объемнаятеплоемкость

Удельная теплота плавления, тем-пературный интервал плавления

Коэффициенты объемного и линей-ного расширения пород. Термическиенапряжения

Удельное электрическое сопротивле-ние


9



I I . Физико-технические


Поляризация

Диэлектрическая про-ницаемостьПьезоэлектричество

Диэлектрические по-териЭлектропроводимость

Электрическая проч-ностьЕстественные элек-трические поля

6. МагнитныеНамагниченность

Магнитная проницае-мость

7. РадиоактивныеЕстественная радио-активностьРаспространение лу-чей и нейтронов


Электронная и ионная поляризация,дипольная ориентационная, объемнаяи электрохимическая поляризация

Коэффициент поляризуемости

Поляризация при приложении элек-трического поля или механическогонапряжения

Угол диэлектрических потерь

Удельная электропроводимость,удельное электрическое сопротивле-ние

Пробивное напряжение

Теллурические токи. Локальныеэлектрические поля

Способность пород приобретать ре-зультирующий магнитный момент.Остаточная намагниченность (коэрци-тивная сила)

Коэффициент абсолютной магнитнойпроницаемости, относительная магнит-ная проницаемость

Удельная активность

Поглощение и рассеивание γ-лучейи нейтронов

Ниже рассматриваются свойства пород, которые оказывают наиболее суще-ственное влияние на эффективность бурения.

Группа геолого-структурных свойств пород влияет на скорость бурения,искривление скважины, устойчивость ее стенок, потери промывочной жидкости,сохранность керна и др.

Трещиноватость и кливаж. Эти свойства могут существенно снизить проч-ностные характеристики породы. Крупные трещины могут привести к динамиче-скому характеру работы долота и к его заклиниванию. Трещиноватость являетсяпричиной поглощения промывочного раствора.

Трещиноватость пород оценивается обычно визуально, для чего может бытьиспользована и скорость прохождения звука в образце.

Пористость пород может существенно различаться, для осадочных породона колеблется от нескольких процентов до 60% (табл. I.2).

Глинистые породы имеют весьма незначительные поры и при насыщенииводой происходит их интенсивное набухание, что может привести к существенномусужению ствола скважины и вызвать осложнения при бурении.

Магматические породы имеют небольшую пористость (от долей процентадо нескольких процентов), лишь эффузивные породы имеют высокую пористость(до 60%).

10

ТАБЛИЦА I.2ПОРИСТОСТЬ НЕКОТОРЫХ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД

Чем выше пористость пород, тем меньше их прочность.Закарстованность и кавернозность снижают прочность породы и часто яв-

ляются причиной катастрофического поглощения промывочной жидкости.Методика В Н И И Б Т классифицирует все горные породы по сплошности на

четыре категории (табл. I.3).Плотность пород зависит от минералогического состава, цемента и др. Магма-

тические породы имеют, как правило, большую плотность, чем осадочные породы.Плотность осадочных пород изменяется от 2100 до 2900 кг/м 3 .

Объемная масса сухих горных пород колеблется от 1500 до 3500 кг/м 3, оса-дочные породы имеют объемную массу в пределах 1800—2500 кг/м 3. Объемнаямасса осадочных горных пород, насыщенных водой, составляет 2 0 0 0 — 2 7 0 0 кг/м 3 .Эта величина характеризует горное давление.

Из группы физико-технических свойств следует выделить механические свой-ства горных пород, которые определяют их поведение под действием приложенныхсил. Возникающие при этом деформации могут привести к остаточным или пла-стическим изменениям размеров и к разрушению породы. Механические свойстваопределяют такие важнейшие показатели бурения, как скорость и длину рейса.

Прочность горных пород зависит от минералогического состава, условийзалегания и формирования, структуры и других факторов. Наибольшей проч-ностью обладают породы, содержащие кварц, или породы с высокой степеньюплотности. Прочность породы характеризуется величиной напряжений, при кото-рых происходит разрушение.

На прочность оказывают существенное влияние трещиноватость, кливажи пористость, значительно снижая ее.

ТАБЛИЦА I.3

КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПО СПЛОШНОСТИ

11

Категориясплошности

12

3

4

Горные породы

Породы зон повышенной трещиноватости и кавернозностиПористые проницаемые породы (песчаники, ракушечники,

детритусовые и оолитовые известняки и др.), обладающие кол-лекторскими свойствами. Различные микротрещиноватые по-роды из зон тектонической нарушенности

Средне- и низкопористые проницаемые породы: кристалличе-ские осадочные породы (доломиты, известняки, ангидриты,каменная соль), изверженные и метаморфические породы, обло-мочные породы с низким содержанием глинистой фракции

Непроницаемые пелитоморфные и глинистые породы: глины,аргиллиты, глинистые алевролиты, различные породы с содер-жанием глины более 30%

Горные породыПористость,

%Горные породы

Пористость,

ПесокГлинаАргиллит .Алевролит

2—550—620—250—17

ДоломитИзвестнякМергельПесчаник

0 — 2 70 — 4 50—600 — 5 3

Д л я оценки горных пород обычно используют теорию прочности Мора, осно-ванную на зависимости нормальных и касательных напряжений. Огибающая кру-гов Мора характеризует прочность горных пород [59] .

Более полный учет свойств пород д л я составления паспорта горной породыпредложен В. В. Ржевским [56], а применительно к бурению Б. И. Воздвиженскими И. П. Мельничуком [16] .

Прочность мономинеральных пород всегда выше, чем полиминеральных.Размер кристаллов минералов также влияет на показатель прочности: чем меньшевеличина кристалла, тем выше прочность. Значительное влияние на прочностьоказывает наличие того или иного цемента в породе. Пористость и трещиноватостьсущественно снижают прочность горных пород. Анизотропия и слоистость су-щественно изменяют показатель прочности в зависимости от направления дей-ствия силы. Величина коэффициента анизотропии (отношение величин прочностипри сжатии параллельно слоистости и перпендикулярно к ней) для большинствапород составляет от 0,8 до 0,3.

Различают прочность породы при одноосном и всестороннем (трехосном)сжатии. В практике чаще всего определяют прочность при одноосном с ж а т и и ,которое меньше, чем при трехосном сжатии.

На значительных глубинах, когда порода на забое находится благодарядействию столба промывочного раствора в условиях, близких к всестороннемусжатию, ее разрушение требует приложения больших осевых нагрузок, при этомснижается скорость бурения и имеет место интенсивный износ долота. Н а п р и м е р ,глины, залегающие у поверхности земли, имеют прочность 20—100 кгс/см 2, апрочность этих же пород, подвергнутых метаморфизму за счет высокого давленияи температур, может достигать 1000 кгс/см 2 существенно влияет на прочностьпород температура; большая часть осадочных пород с повышением температурыстановится менее прочной, но увеличивается их пластичность. В плотных мелко-зернистых породах повышение температуры до 800° С ведет к упрочнению по-роды, это же относится и к глинистым породам.

Испытание на одноосное сжатие производилось на шести образцах кубическойформы 5 0 X 5 0 X 5 0 мм при постоянной скорости нагружения образца 3 кг/см 2

за 1 с. Пределы прочности наиболее распространенных пород на одноосное сжатиеприведены в табл. I.4.

Большинство горных пород обладает ярко выраженной хрупкостью, поэтомувременное сопротивление пород растяжению, изгибу и сдвигу значительно меньше,чем сжатию (табл. I.5).

Е. Ф. Эпштейн отмечает, что прочность породы при внедрении в нее резцав 10—12 раз больше, чем прочность при одноосном сжатии.

Прочность пород зависит от скорости приложения нагрузки. В пределах 2—5 м/с этот показатель изменяется незначительно, при больших значениях скоро-стей прочность породы и удельная работа разрушения растут. Д л я ударного,

12

ТАБЛИЦА I.4ПРЕДЕЛ ПРОЧНОСТИ ПОРОД НА ОДНООСНОЕ СЖАТИЕ

Горные породыПредел

прочности,кгс/см3

Горные породыПредел

прочности,кгс/см3

БазальтыГаббро . . . . . . . .ДиоритыГранитыСиенитыКварцевые породы . . .

Известняки, доломитыПесчаники с кремни-стым цементом . . . .

< 5 0 0 01200—36001300—3000800—2500

1500—20003000

и выше100—2600

2000и выше

Песчаники с известко-вым цементом . . . . .Глинистые сланцы . . .Аргиллиты .. . . . .

Ангидриты .......

Гипсы .

Каменный у г о л ь . . . .

Глины

200—1000< 1 0 0 0< 2 0 0 0

и выше< 1 2 0 0< 5 0 010—400

2—10

ТАБЛИЦА I.5

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ПРОЧНОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД(СЖАТИЕ ПРИНЯТО ЗА 100%)

шарошечного, гидроударного и пневмоударного б у р е н и я большое значение имеетпрочность при динамических н а г р у з к а х . Н. И. Любимов горные породы по дина-мической прочности разделяет на шесть групп [ 4 5 ] . Все горные породы М. М. Про-тодьяконов предложил подразделить на 10 классов. В качестве меры с р а в н е н и яп р и н я т коэффициент крепости f:

Более широкое применение п о л у ч и л а у т о ч н е н н а я зависимость

Р. И. Тодер считает, что более точно

f = σс ж/140.

( I . 2 )

( I . 3 )

Твердость пород х а р а к т е р и з у е т сопротивление проникновению в нее другоготвердого тела, а т а к ж е местную прочность породы.

Р а з л и ч а ю т агрегатную твердость породы и твердость слагающих ее минера-лов. А г р е г а т н а я твердость х а р а к т е р и з у е т твердость горной породы в определенномобъеме и зависит от твердости в х о д я щ и х в нее минералов, цементирующего (свя-зывающего) м а т е р и а л а , твердых включений, текстуры и с т р у к т у р ы горной по-роды. Следует иметь в виду, что твердость отдельных м и н е р а л о в , в х о д я щ и х в со-став горной породы, может существенно отличаться от агрегатной твердости.Твердость отдельных минералов о к а з ы в а е т сильное в л и я н и е на износ буровогонаконечника, а а г р е г а т н а я твердость — на скорость б у р е н и я . Известен р я д мето-дов определения твердости: Герца, Б р и н е л л я , Р о к в е л л а и Ш о р а . Н а и б о л ь ш е ераспространение получил метод Л. А. Шрейнера (ГОСТ 12288—66), основанныйна вдавливании цилиндрического пуансона в породу.

З а п и с ь диаграмм ( н а г р у з к а — д е ф о р м а ц и я ) на приборах УМГП-3 и УМГП-4позволяет выделить три типа деформаций: у п р у г о - х р у п к у ю , пластично-хрупкуюи пластичную (рис. I.1). Твердость упруго-хрупкой породы р а в н а

pш = Pш/Fш, ( I .4)

где Pш— н а г р у з к а в момент хрупкого р а з р у ш е н и я , к г с ; Fш— площадь пуан-сона, м 2 .

Д л я пластично-хрупких пород п р и н и м а е т с я величина p 0 (рис. I . 1,б) . Д л япластичных пород понятие твердости я в л я е т с я неопределенным. Л . А . Шрейнер

1 3

f = σсж/100. (I.1)


Базальты . . . . . . . . . . . . .Граниты . . . .КварцитыПесчаникиГлинистые сланцы (вдоль напласто-вания) .ГипсИзвестняки . .Мрамор

Относительная прочность, %

растяжение изгиб сдвиг

2—44—52—5

10—1811

10—138—10

8

2—14

15—60

358—10

55—1009—125—7

10—20

15—2016—40

Р И С . I.1.ДИАГРАММА РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД:а — упруго-хрупких; б — пластично-хрупких; в — пластичных

рекомендует для этих пород использовать значение предела текучести. Д л я опре-деления твердости таких пород может быть применен метод ВИМСа, заключаю-щийся в том, что вдавливание пуансона диаметром от 2 до 20 мм производится наглубину 10 мм. По конечной нагрузке определяют твердость.

Все горные породы по твердости Л. А. Шрейнер предлагает подразделитьна 12 категорий (табл. I.6).

Контактная твердость рк определяется при вдавливании пуансона в нешли-фованную поверхность образца до момента разрушения породы. Испытания про-водятся приборами ПКП-1, ПКП-2 и ПКП-ГР, последний предназначен для испы-тания кернов.

Для широкого комплекса пород установлено [55]:

рк = 0,62pш, (1.5)

σсж = 4,2pк + 440, (1.6)

pш = (5 — 2 5 ) σ с к . (I.7)

Метод Шора заключается в измерении высоты отскока бойка от шлифованнойповерхности породы. Этот метод в большей степени характеризует упругие свой-ства породы и динамическую прочность.

Кроме указанных методов твердость можно определять методами истирания(метод М. И. Койфмана) и сверления.

Метод Герца предусматривает вдавливание шара в породу. Известны и ряддругих методов определения твердости, в частности Е. Ф. Эпштейна, О. Н. Го-

ТАБЛИЦА I.6КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПО ТВЕРДОСТИ

Категорияпород

1II

IIIIVV

VI

Твердость, кгс/см3

< 1 0001 000—2 5002 500—5 0005 000—10 000

10 000—15 00015 000—20 000

Категорияпород

VIIVIII

IXX

XIXII

Твердость, кгс/см3

20 000—30 00030 000—40 00040 000—50 00050 000—60 00060 000—70 000

> 7 0 000

14

РИС. 1.2.СХЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕСТА НА ТВЕРДОСТЬ И АБРАЗИВНОСТЬ;

лубинцева, В. П. Шубина, КузНИУИ, ВНИМИ и др. В практике эти методы при-менения не получили.

Широко распространена при определении свойств породы шкала Маоса,подразделяющая все породы по твердости на 10 классов. Д л я оценки буримостипород, выбора рациональных режимов бурения и т. п. эта шкала дает слишкомобщие и недостаточно точные сведения.

Б. В. Байдюк предложил тесто для ориентировочной оценки механическихсвойств породы (шлама, керна) — ТТА. Твердость Т определяется усилием в кгс,с которым надо прижать к породе торец игольчатого индентора, чтобы при егосдвигании в породе образовался след шириной не менее диаметра индентора(0,6 мм) (рис. I.2).

Твердость горных пород существенно зависит от геолого-петрографическойхарактеристики и от пористости (табл. I.7).

Упругость. Горные породы подразделяются на упруго-хрупкие, подчиняю-щиеся закону Гука, пластично-хрупкие и высоко-пластичные. Упругие свойствахарактеризуются модулем упругости Е и коэффициентом Пуассона. Модуль упру-гости существенно зависит от вида деформации, строения и свойства горнойпороды, направления действия сил по отношению слоистости, скорости приложе-ния нагрузки и др. Д л я большинства пород модуль упругости Е колеблется от0,03·104 до 1,7·105 МПа.

15

1 — порода;2 — игольчатый инден-тер;3 — направляющаявтулка;4 — стержень стальной;

5, 7 — пластины упор-ные;6 — вилка;8 — пружина;9 — фиксатор;10, 14 — пружинные

динамометры;11 — шламодержатель;12 — три шламинки по-роды;13 — стеклянная пла-стина

ТАБЛИЦА I.7

КЛАССИФИКАЦИОННАЯ ТАБЛИЦА ГОРНЫХ ПОРОД

Геолого-петрографичеcкаяхарактеристика горных порол

Известняки

То же, песчанистые и алевритистые

» глинистые

» доломитизированные

» доломитизированные

Известняки окремненные

То же, окремненные

» сульфатизированные

Доломиты

То же, известковистые

» известковистые

» окремненные

Примеси%


Геолого-петрографическаяхарактеристика горных пород

Мергели известковистые (массивные ислоистые)

То же, известковистые окремненные

» глинистые (массивные и слои-стые)

То же глинистые алевритовые

» глинистые ожелезненные

То же, доломитовые

Глинистые породыГлины

То же, уплотненные тонко- и ми-крослоистые

То же алевритовые

Аргиллиты

Сланцы глинистые

То же, глинистые известковистые» глинистые опаловые

» глинисто-углистые

Обломочные породыПесчаники и алевролиты с регенера-ционным цементомТо же, с контактным кварцевым це-ментом

То же с карбонатным цементом

Примеси,%

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

Пористость,%

0—1011—20

20

0—3.4—10

10

1011—2021—25

25

0—1011—20. 20

0—1011—20

4—1010

20—2525

0—3

11—2021—25

25

4—1011—20

4—1010

4—104—10

1010

0—34—10

11—2020

0—34—10

11—2020

Категориятвердости

VI—VIVIII

VIIVIVI

IVIII

III

VIVIII

VI—VIV

VIV

III

II

IVI I I

II

VI V — I I I

IVII

VV I - V

IVI I — I I I

X — I XVIII—VIIV I I — V

V

VIIV I - V

IVIII

17


Геолого-петрографическаяхарактеристика горных пород

Песчаники и алевролиты с доломито-вым цементом

То же, с карбонатно-глинистым це-ментом

То же с глинистым цементом

» с гипсовым порово-базальто-вым цементом

Сульфатно-галлоидные породыАнгидрит кристаллическийГипсы кристаллическиеКаменная соль

Кремнистые породыКремниКремни глинисто-карбонатные

Примеси,%

—

—

———

10—15< 4 0

Пористость,

0—34—10

11—2020

0—34—10

11—2020

0—34—10

11—20

0—10

0—30—30—3

0—30—3

Категориятвердости

VIIIVIIVII

VI

VIV—IV

I V — I I IIII

VIV

I I I — I I

IV

VIII

I

XI X — V I I I

Пластичность — свойство пород изменять свою форму без разрыва сплош-ности называют пластичностью. Коэффициент пластичности равен (см. рис. I.1)

(I.8)

где SOABC и SODE — площади на диаграмме, характеризующие работу соот-ветственно до хрупкого разрушения и упругих деформаций; Aп — работа, затра-ченная на деформацию пуансона. Л. А. Шрейнер предложил классификацию гор-ных пород по пластичности (табл. I.8.).

Хрупкость— это свойство породы разрушаться на отдельные куски приударе. Все скальные породы относятся к хрупким. Хрупкость проявляетсяболее полно при высоких скоростях приложения нагрузки.

Абразивность— это способность пород изнашивать буровой инструмент.Л. А. Шрейнер, П. С. Баландин и А. И. Спивак выделяют двенадцать групп

пород по абразивности. Показатели абразивности для эталонных дисков из сталиУ8 определялись при окружной скорости 47 м/мин и усилии прижатия 10 кгс.

Класс пород

Категория породK п . . . . . . .

Упругохрупкие

11

Пластично-хрупкие

21—2

32 — 3

43—4

54—6

Пла-стичные

6>6

18

ТАБЛИЦА 1.8

КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПО ПЛАСТИЧНОСТИ

Относительный износ со определяется выражением

ω = ΔVс/ΔVп, (I.9)

где ΔVс и ΔVП— износ стали и породы на единицу пути, см3/м.

Коэффициент абразивности

Ka = ΔVc/p, (I.10)

где Р — нагрузка на кольцо, кгс.Относительная абразивность оценивается на основании абразивности гипса,

принятой за единицу. Следует отметить, что коэффициент абразивности и относи-тельная абразивность зависят от свойств пары: горная порода — резец и для раз-личных материалов резца различны.

Значения коэффициента абразивности и относительной абразивности длянекоторых пород приведены в табл. I.9.

Все горные породы по коэффициенту абразивности подразделены на 12 кате-горий. Л. И. Барон и А. В. Кузнецов определяют абразивность по износу стальныхстержней при вращательном движении о необработанную поверхность породы.Показатель абразивности определяется в миллиграммах. Горные породы подраз-делены на 8 классов (табл. I.10).

Б И. Воздвиженский рекомендует определять абразивность по формуле

где В1 и Вг— массы породоразрушающего инструмента до и после бурения, г;L — проходка, м.

Для лопастных долот по формуле (I.11) можно определить ширину площадкипритупления. Этот способ весьма прост и позволяет быстро получить необходимыеданные для решения конкретных практических задач.

Абразивность пород определяется твердостью породы, содержанием в нейкварца, пористостью и литологическим составом. Д л я ряда наиболее распростра-ненных пород эти значения приведены в табл. I.11.

Абразивность по методу Б. В. Байдюка определяется горизонтальной силой,обеспечивающей движение трех шламинок вдоль стекла, прижатых к поверхностишламодержателем и индентором, с силой 3 кгс (см. рис. I.2). Данный метод позво-ляет оперативно определять свойства пород непосредственно на буровой и нетребует сложного оборудования.

Недостатком данной методики является то, что она не учитывает свойствапластичности и трещиноватости горных пород.

В табл. I.12 приведены сведения о соответствии теста на твердость и абразив-ность (ТТА) горных пород по категориям твердости и абразивности по Л. А. Шрей-нера.

В Министерстве геологии СССР для определения категории породпо буримости при вращательном бурении принята методика Н. И. Любимова(ОСТ 41-89-74), в основу которой положено определение динамической прочностиметодом толчения и абразивности по истиранию дроби.

Динамическая прочность оценивается коэффициентом динамической проч-ности и определяется по формуле

(I.12)

где nc — число сбрасывания груза; lп— высота столбика раздробленной (измель-ченной) породы при толчении породы в объеметре.

Значения динамической прочности для различных пород приведены в табл.I.14.

Показатель абразивности определяется по формуле

Kа = Q/100, (I.13)

где Q — потеря массы свинцовых шаров при их истирании.Все горные породы по абразивности делятся на шесть групп (табл. I.14)

19

(I.11)

ТАБЛИЦА I.9

ПОКАЗАТЕЛИ АБРАЗИВНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД

Горные породы, минералы Твердость,кгс/мм2Коэффициентабразивности

ω·109Относительнаяабразивность

Гипс . .

Ангидрид

Мрамор

Известняк

Доломит

Базальт

Гранит

Кремень

Кварц

Кварцит

Корунд

30

200

110

135—180

325—415

690

830

1000

1050—1080

1100—1130

2300

3,5

4,5

25

18—27

18—22

41

51

29

53—58

60—62

170

1

1,3

7

5—8

5—6

12

15

8

15—17

17—18

49

ТАБЛИЦА I.10

КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПО АБРАЗИВНОСТИ

Характеристикагорных пород

Весьма малоабразивные

Малоабразивные

Ниже средней абразив-ности

Среднеабразивные

Выше средней абразив-ности

Повышенной абразивно-сти

Высокоабразивные

В высшей степени абра-зивные

Классабразив-

ности

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

Показательабразивно-

сти, мг

5

5—10

10—18

18—30

30—45

45—65

65—90

90


Известняки, мраморы, гли-нистые сланцы

Аргиллиты, сланцы, суль-фидные руды

Джеспилиты, тонкозерни-стые кварцевые песчаники,окремнелые известняки, ро-говики, кварцево-сульфид-ные руды

Диабазы, жильный кварц,магматические мелкозерни-стые породы

Крупнозернистые песча-ники, граниты, порфириты

Граниты, порфириты, гней-сы, амфиболиты, окварцован-ные сланцы

Порфириты, сиениты, гра-ниты

Корундосодержащие

20

ТАБЛИЦА I.11

СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД

Литологическая характеристикагорных пород

Содер-жание

кварца,Твердость,

кгс/мм2Пори-стость,

%

Абразив-ность

по шкалеЛ. А. Шрей-

нера

Песчаники кварцевые крупнозер-нистые, среднезернистые, мелко-зернистые, тонкозернистые и алев-ритыМономинеральные песчаники:

окварцованные (сливные) . . .частично окварцованные (с ли-нейными контактами срастаниязерен)с точечными контактами зерен

Песчаники кварцевые с известко-вистым цементом (25—40%) . . .

Известковисто-глинистые . . • .То же, глинистые

» сульфатныеПесчаники полевошпатово-квар-цевые и аркозовыеКрупнозернистые . . . . . . . .СреднезернистыеМелкозернистыеТонкозернистые и алевролитыТо же, полевошпатово-кварцевыеи аркозовые с цементом (15—20%)Песчаники полевошпатово-квар-

цевые и аркозовые с цементом(25—50%)То же, полимиктовыеГлины:

алевролитовые . . . . . . . .песчанистые »кремнистые (опоковидные) . • •

АргиллитыТо же, без примесей твердых ми-нераловТо же, алевролитовые и песчани-стые . . .Аспидные сланцыУглистые сланцы • • •Мергели:

глинистыекарбонатные (50—75%) . . . •алевролитовыепесчанистые

Известняки без примесей твердыхминералов . . • .Т о же, глинистые . . . • • . .

» песчанистые (5%) . • . •» » (10%) . . .» » ( 2 0 - 3 0 % )

85—95

50—75

25

10-155—10

5—1010—30

1 5 - 2 02—52—5

510

20—30

250—520

100—25050—100

60—20090—15050—13040—90

70—170

70—170

10—8015—4015—40

120

50—120

60—120

90—170100—200100—20080—180

2—7

8—1515—30

5—10

5—10

5—105

40< 1 5

< 1 5

IX, X, XI

IX

XXI

XX

XIXI

XIXX

IX

IX

VIII, IXVIII

III , IVVIX

VIII—VI

II—VI

VIIVIV

IIII

IVV

I I , I I I

VV I

X , X I

21


Литологическая характеристикагорных пород

Содер-жание

кварца,%

Твердость,кгс/мм2

Пори-стость,

%

Абразив-ность

по шкалеЛ. А. Шрей-

нера

Известняки алевролитовые . . . .То же, кремнистые (5%) . . . .

» » (10%)» » (15%) . . . .» окварцованные

Доломиты без примесей твердыхминераловТо же, песчанистыеКремнистые породы:

кремни . . . . . .опокитрепела

Ангидриты без примесей твердыхминералов:

гипсыто же, песчанистые

» глинистые

100—200

330—410

IVIVV

VIVI

III, IVVI, VII

XIVIIVII

IIV

I

ТАБЛИЦА I.12ТАБЛИЦА СВОЙСТВ ТВЕРДОСТИ И АБРАЗИВНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД

Твердость

Данные по ТТА

Т, кгс

0,100,10—0,250,25—0,500,50—1,00

1,00—1,501,50—2,002,00—3,00

3,00

Категориятвердости поЛ. А. Шрей-

неру

III

IIIIV

VVI

VIIVIII

Абразивность

Данные по ТТА

А, кгс

0,50

0,50—0,75

0,75

Т, кгс

0,250,25—1,001,00—2,00

2,00

0,250,25—1,001,00—2,00

2,00

1,001,00—2,002,00—3,00

3,00

Категория аб-разивности поЛ. А. Шрей-

неру

III

IIIIV

VVI

VIIVIII

IXX

XIXII

22

ТАБЛИЦА I.13

ДИНАМИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД

№группы

I

II

III

IV

V

VI

Коэффи-циент дина-

мическойпрочности

8,0

8—16

16—24

24—32

32—40

40

Динами-ческая

прочность

Малая

Умеренная

Средняя

Прочная

Весьмапрочная

Оченьпрочная


Мрамор, песчаники, диориты, кварце-вые порфиры, туфобрекчии, граниты,габбро, доломиты, сланцы хлорито-крем-нистые, медно-цинковый колчедан

Роговики, сиениты, эпидозиты, квар-циты магнетитовые, песчаники кварцево-биотитовые, диориты кварцевые скарни-рованные, туф кислого эффузива, амфи-болиты, руда сульфидно-магнетитовая, из-вестняки и доломиты окварцованные

Альбитофиры, порфиры, туф альбито-фира, диориты эпидотизированные, сие-нито-диориты, роговики кварцево-биоти-товые

Пироксен-плагиоклазовая порода, диа-базовые порфириты, порфириты кварцево-плагиоклазовые, скарны эпидот-гранато-пироксеновые

Габбро-диориты, порфириты ороговико-ванные

Диабазы ороговикованные

ТАБЛИЦА I.14

ГРУППА ГОРНЫХ ПОРОД ПО АБРАЗИВНОСТИ

№группы

I

II

III

Показателиабразивно-

сти Kа

0,5 и менее

0,5—1,0

1,0-1,5

Абразив-ность пород

Мало-абразивныеУмеренно-

абразивные

Средне-абразивные


Мрамор, известняк, эпидозит, ангидрит,алевролит

Руда марганцевая, туфобрекчия, доло-мит, хлорито-кремнисто-магнетитовая по-рода, скарн преимущественно карбонатно-пироксенового состава, сланец серицито-хлорито-карбонатового состава полево-шпатизированный, известняк частичноокремненный

Карбонатно-хлорито-эпидотовая породаполевошпатизированная, скарн карбонат-ный окремненный, диабаз, туфопесчаник,скарн эпидото-хлорито-пироксеновый, туфкислого эффузива, пироксенальбитоваяпорода, туф кварцевых порфиров, адаме-лит-порфир, диорит скарнированный

23


№группы

IV

V

VI

Показателиабразивно-

сти Kа

1,5—2,0

2,0—2,5

2,5—3,0

Абразив-ность пород

Абразив-ные

Сильноабразивные

Весьмаабразивные


Диорит эпидотизированный с сульфи-дами, скарн рудный, туф ороговикован-ный, гранодиорит, диабазовый порфирит,габбро-диабаз, диорит кварцевый, альби-тофир ороговикованный, кварцевый пор-фир, туф кварцевого альбитофира, рого-вик пироксеновый, скарн гранато-пиро-ксеновый, песчаник ороговикованный

Кварц жильный, гранит, граносиенит-порфир, песчаник кварцевый, кварц-тур-малиновая порода, адамелит, роговиксиликатно-магнетитовый, скарн гранато-вый

Яшмовидная порода, кварцит, роговиккалишпатизированный, гранит мелкозер-нистый, ороговикованная калишпатоваяпорода

Недостатком методики Ц Н И Г Р И является то, что свойства пород опреде-ляются в условиях, существенно отличных от бурения, и не учитываются пластич-ность и ряд других свойств горных пород.

Водно-коллоидальные свойства характеризуют влажность, водопроницаемость,набухаемость и др. Эти свойства пород влияют на выбор и параметры промывоч-ной жидкости, состояние стенок скважины при бурении и др.

Влажность горных пород оказывает существенное влияние на величину сцеп-ления породы с буровым инструментом. Этот показатель следует учитывать привыборе способа разрушения пород и их удалений с забоя.

Термические, электрические, магнитные и радиоактивные свойства горныхпород влияют главным образом на сопротивляемость разрушению при физическихспособах бурения.

§ 2. Краткие сведения о подземных водах

Подземные воды заполняют поры, пустоты и трещины горных пород.Обводненная порода однородного минерально-петрографического состава,

возраста и генезиса и значительного площадного распространения называетсяводоносным пластом.

Если пласт ограничен по площади, то его называют линзой.Под водоносным горизонтом понимают обводненную толщу пород иногда

разнородного состава, генезиса и возраста, но имеющих хорошую гидравличе-скую связь и единый пьезометрический уровень.

По условиям залегания и питания различают подземные воды следующихтипов: грунтовые воды; подземные воды безнапорные; подземные воды напорные(артезианские грунтовые воды могут содержать воды, приуроченные к сезоннымпериодам и локальным участкам — верховодку).

Основными гидродинамическими параметрами водоносного пласта являются:статический напор пласта, м;коэффициент пьезопроводности (уровнепроводности) пласта, м2/сут;коэффициент водоотдачи пласта.Ориентировочные значения коэффициента фильтрации приведены в табл. I.15.

24

ТАБЛИЦА I.15ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ К(М/СУТ)

Коэффициент пьезопроводности а характеризует упругие свойства пласта;для условий безнапорного пласта — коэффициент уровнепроводности ау. Опре-деление этих коэффициентов производится при постановке опытно-фильтрацион-ных исследований.

Ориентировочные значения коэффициентов пьезопроводности и уровнепро-водности приведены в табл. I.16.

Способность пласта отдавать воду характеризуется коэффициентом водоот-дачи, который определяется опытным либо расчетным путем. Средние значениякоэффициентов водоотдачи приведены в табл. I.17.

ТАБЛИЦА I.16ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВII УРОВНЕПРОВОДНОСТИ (М2/СУТ)

ПЬЕЗОПРОВОДНОСТИ

Тип пласта

Напорный

Безнапорный


Слабопроницаемые мелко-и среднезернистые рыхлыепески

Хорошо проницаемыескальные и полускальные

Мелкозернистые пескиКрупнозернистые и гра-

велитовые пески

Коэффи-циент уров-непроводно-

сти ау

250—5002000—4000

Коэффициентпьезопрозодности

а

(5÷10)·10 3÷÷(5÷10) ·10 4

10 5÷10 6

ТАБЛИЦА I.17

СРЕДНЕЕ ЗНАЧЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ВОДООТДАЧИ

25

Горные породи К Горные породы К

Песок:пылеватыймелкозернистый . . .среднезернистый . . .крупнозернистый . . .

0 ,5÷1 ,02 ÷ 56 ÷ 1 5

16÷30

Гравий . . .Галечник:

мелкийсреднийкрупный

31 ÷ 70

71÷300301 ÷ 500

>500

Горные породыКоэффициентводоотдачи

(доли единиц)

Супесь и тонкозернистые пески ........Песок:

мелкозернистыйсреднезернистый .крупнозернистый с гравием

Известняки трещиноватые

0,1÷0,15

0,15÷0,20,2÷0,25

0,25÷0 350,008÷0.1

РИС. I.3.ЗАВИСИМОСТЬ Q ОТ S:1 — для напорных пластов;2 — для безнапорных пластов

В практических расчетах для оценкиводообильности используется показательудельного дебита q, который характеризуетфильтрационные свойства пласта, несовер-шенство пласта по степени и характерувскрытия. В скважинах большого диаметраудельный дебит оказывается большим, чемв скважинах малого диаметра при прочихравных условиях.

Ориентировочные значения удельногодебита в различных породах приведеныв табл. I.18.

Значения удельного дебита существенно определяются также технологиейвскрытия и освоения пласта, конструкцией фильтра и величиной водоотбора.Рядом исследователей установлена корреляционная связь коэффициента фильтра-ции пород и удельного дебита. Дебит скважины Q определяется из выражения

S = aQ + bQ2, (I.15)

где а и b — опытные коэффициенты, зависящие от параметров пласта и кон-струкции водоприемной части скважины.

Подземные воды отличаются большим разнообразием таких свойств, какплотность, температура, химический состав, содержание газов и др.

По величине общей минерализации подземные воды подразделяют на пресные(до 1 г/л), солоноватые (от 1 до 10 г/л), соленые (до 50 г/л) и рассолы (более 50 г/л).

ТАБЛИЦА I.18ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ УДЕЛЬНЫХ ДЕБИТОВ

Горные породыКоэффициентфильтрации,

м/сутУдельныйдебит, л/с

Скальные, сильно трещиноватые породы,гравийно-галечниковые отложения . . . .Скальные, трещиноватые породы, мел, гра-вийно-галечниковые отложения с примесьюмелких частиц, разнозернистые гравелистыепескиСлабо трещиноватые породы (песчаники, до-ломиты, мергели, сланцы). РазнозернистыепескиМелкозернистые пески

60÷70

2 0 ÷ 6 0

5 ÷ 2 05 и менее

5 ÷ 1 0 и более

1÷10

0,1÷10,01÷0,5

26

Q = qS, (I.14)

где S — понижение уровня, м.Д л я безнапорных пластов формула (I.14) мало приемлема, так как имеет

место менее интенсивный прирост дебита с величиной понижения. В напорныхпластах при небольших понижениях отмечается пропорциональный приростдебита, однако дальнейшее увеличение понижения уровня также не обеспечиваетпропорционального прироста дебита (рис. I.3).

Зависимость понижения от дебита имеет вид

Плотность минерализованных вод превышает единицу и для крепких рассо-лов достигает 1,8.

Величину минерализации подземных вод измеряют экспериментально и опре-деляют в миллиграмм-эквивалентах.

Характер минерализации определяют количественным соотношением компо-нентов: хлоридным Cl–, сульфатным SO4

2–, гидрокарбонатным HCO3–, анионами

и катионами натрия N a + , магния Mg 2 + и кальция C a 2 + . Кроме того, в подземныхводах содержатся ионы NO3

–, F e 2 + , К+ и др. В воде могут быть растворены: серо-водород, азот» кислород, двуокись углерода, метан, гелий и радиоактивныевещества.

Результаты химического анализа подземных вод обычно выражаются форму-лой Курлова.

В зависимости от преобладания в воде тех или иных анионов и катионовим присваиваются наименования, например сульфатная натриево-магниевая илигидрокарбонатно-хлоридная кальциево-натриевая и т. д.

Жесткость воды определяется химическим анализом на содержание солеймагния и кальция. Жесткость выражается в миллиграмм-эквивалентах Mg 2 + иС а 2 + на 1 л воды, что соответствует содержанию M g 2 + 12,61 мг/л и Са 2 + 20,04 мг/л.Мягкая вода, если жесткость воды составляет 1,43—2,86 м г · э к в . , умеренно жест-кая при 2,86—5,35 м г · э к в , жесткая при 5,35—8,92 мг ·экв и очень жесткая, при8,92 мг ·экв. и более. Реакция воды выражается показателем рН (при рН < 7 —кислая, рН > 7 — щелочная, рН=7 — нейтральная реакция).

Агрессивность воды — способность воздействовать на материалы породы.Агрессивность проявляется, например, в разрушении бетона и цемента за счетрастворения карбоната кальция и карбонатных пород.

Органические вещества, коллоиды гидроокиси и окиси железа, окиси алю-миния и кремнекислота могут находиться в молекулярном и коллоидальном со-стоянии.

По температуре подземные воды подразделяются на холодные (20° С), теплые(20—30° С), горячие (35—42° С) и высокотермальные (42° С).

Высокотермальные и термальные воды могут использоваться в народномхозяйстве для обогрева жилищ, теплиц, производства электроэнергии и другихцелей.

К минеральным водам относят такие воды, в которых в определенных коли-чествах содержатся вещества, оказывающие лечебные воздействия на организмчеловека. Минеральные воды должны отвечать определенным требованиям и про-ходить лечебно-клиническую проверку.

К промышленным водам относятся воды, из которых извлекают различныекомпоненты, например иод, бром и др. В промышленных водах определяетсясодержание извлекаемых компонентов, а также компонентов, которые осложняюттехнологию извлечения.

Подземные воды в зоне �

ПО БУРЕНИЮ СКВАЖИН НА ВОДУ · Табл. 207, ил. 332, список лит....

Documents