Классификации горных пород по буримости и физико-механическим свойствам

Чтобы технологически грамотно осуществлять процесс бурения, т. е. бурить быстро и дешево, необходимо знать основные физико-механические свойства горных пород, влияющие на процесс бурения, (упругие и пластические свойства, прочность, твердость и абразивную способность). К сожалению, из-за сложности методики и трудоемкости исследований, отсутствия надлежащих лабораторных баз и по другим причинам в большинстве случаев при бурении скважин таких данных нет. Поэтому в практических условиях для характеристики разбуривания горных пород пользуются обобщенным показателем – буримостью. При этом под буримостью горных пород понимают степень их сопротивляемости разбуриванию. В настоящее время существуют два направления в классификации горных пород по буримости.

Одно направление при построении классификации базируется на технологических производственных показателях (в этом случае за единицу измерения буримости принимают либо величину проходки, либо скорость бурения, полученные при бурении в тех или иных породах при определенных условиях), другое – на механических свойствах горных пород.

В основу большинства классификаций горных пород по буримости положена зависимость фактической буримости пород от их петрографической характеристики, определенная путем большого числа фотохронометражных наблюдений. Разработаны и применяются при проектировании и нормировании буровых работ следующие классификации, учитывающие способ бурения:

1) для вращательного механического бурения – с двенадцатью категориями пород по буримости;

2) для вращательного бурения шнеками – с шестью категориями пород по буримости;

3) для ударного механического бурения (исключая разведку россыпных месторождений) – с семью категориями пород по буримости;

4) для ударного механического бурения при разведке россыпных месторождений – с шестью категориями пород по буримости;

5) для ручного ударно-вращательного бурения – с шестью категориями пород по буримости.

В табл. 2.1 приведены выраженная через механическую скорость примерная буримость горных пород и примерная твердость по штампу.

После осмотра и описания извлеченного из скважины керна породу относят к той или иной категории в соответствии с классификацией. Для облегчения и контроля определения горной породы и отнесения ее к соответствующей категории на месторождениях составляют эталонные коллекции пород различной буримости. Буримость зависит не только от физико-механических свойств горных пород, но и от способа бурения, типа и качества породоразрушающего инструмента, глубины скважины и режимов бурения.

По мере совершенствования буровой техники и технологии бурения показатели буримости одних и тех же пород могут изменяться. В связи с этим нормативы на бурение, отражающие достигнутый уровень техники и технологии, необходимо постоянно корректировать.

Наиболее универсальный способ бурения – вращательный с применением породоразрушающих инструментов, армированных твердыми сплавами и алмазами. Область применения вращательного бурения твердыми сплавами ограничивается практически бескварцевыми породами малой и средней твердости и абразивности (I–VIII категории по буримости). В частности, ребристые коронки, пикобуры, долота лопастного типа, армированные резцами с заданным углом приострения, а также шарошечные долота типа М целесообразно применять при бурении пород небольшой твердости и абразивности.

Горные породы умеренной твердости и абразивности целесообразно бурить тонкостенными коронками, армированными резцами с заданным углом приострения, а также долотами уступообразной формы. Самозатачивающиеся коронки можно применять для бурения пород средней твердости и абразивности.

При ударно-вращательном бурении область использования твердых сплавов значительно увеличивается. Этот способ бурения осуществляется гидро- и пневмоударниками, а также шарошечными долотами вращательно-ударного действия. Он распространяется на все группы пород по твер дости и абразивности (V–XII категории по буримости), имеющие умеренную механическую прочность. При бурении весьма прочных горных пород эффективность применения указанных видов технических средств

снижается, тем не менее их использование весьма желательно, особенно шарошечных долот типа К, при высоких осевых нагрузках и пневмоударников, имеющих высокую энергию единичных ударов.

Область применения алмазного бурения охватывает породы от умеренно твердых и абразивных до весьма твердых и абразивных. Однослойные алмазные коронки эффективнее применять, начиная с пород средней твердости и абразивности и кончая твердыми и абразивными породами, а импрегнированные – в более твердых и абразивных породах, включая весьма твердые и абразивные.