При строительстве скважин

Основными физико-механическими свойствами горных пород влияющими на процесс их разрушения при строительстве сква­жин, являются упругость и пластичность, твердость, абразивность и сплошность.

Упругие свойства горных пород.Все горные породы под воз­действием внешних нагрузок претерпевают деформации, исче­зающие после удаления нагрузки или остающиеся. Первые из _них называются упругими деформациями, а вторые — пласти­ческими- Большинство породообразующих минералов являются телами упруго-хрупкими, т. е. они подчиняются закону Гука и раз­рушаются, когда напряжения достигают предела упругости. При простом растягивании или сжатии упругого тела относительное удлинение или сжатие пропорциональны нормальному напря­жению:

где Е — модуль Юнга; е — деформация.

Горные породы относятся к упруго -хрупким телам и подчиня­ются закону Гука только при динамическом приложении нагрузки. Упругие свойства горных пород характеризуются модулем упру­гости (модуль Юнга) Е и коэффициентом Пуассона \л (\л = г_х/г_у, где 8_Х. — поперечная деформация; е_у — продольная деформация). Модуль упругости горных пород зависит от их минералогического состава, вида нагружения и величины приложенной нагрузки, структуры, текстуры и глубины залегания пород, состава и строе­ния цементирующего вещества у обломочных пород, степени влаж­ности, песчанистое™ и карбонатности пород.

Коэффициент Пуассона для большинства пород и минералов находится в пределах 0, 2. ..0, 4, и только у кварца он аномально низок — примерно 0,07, что обусловлено особенностями строе­ния его кристаллической решетки.

Пластические свойства горных пород (пластичность).Разруше­нию некоторых горных пород предшествует пластическая дефор­мация, которая начинается при превышении напряжения в по­роде предела упругости. Пластичность зависит от минералогичес­кого состава горных пород и уменьшается с увеличением содер­жания кварца, полевого шпата и некоторых других минералов. Высокими пластическими свойствами обладают глины и поро­ды, содержащие соли. При определенных условиях некоторые горные породы подвержены ползучести. Ползучесть проявляется в постоянном росте деформации при неизменном напряжении. Значительной ползучестью характеризуются глины, глинистые сланцы, соляные породы, аргиллиты, некоторые разновидности известняков.

Твердость горных пород.Под твердостью горной породы пони­мается ее способность оказывать сопротивление проникновению в нее (внедрению) породоразрушающего инструмента.

В геологии большое распространение имеет шкала твердости минералов Мооса, по которой условную твердость минералов оп­ределяют методом царапания. В основу этой шкалы взяты твердо-

сти наиболее часто встречающихся в породе минералов, причем менее твердым из них присваиваются меньшие номера:

1 — тальк;

2 — гипс или каменная соль;

3 — известковый шпат или кальцит;

4 — плавиковый шпат;

5 — апатит;

6 — полевой шпат;

7 — кварц;

8 — топаз;

9 — корунд;
10 — алмаз.

На основании многочисленных исследований Л. А. Шрейнер предложил классификацию горных пород, отличающуюся от шкалы твердости Мооса тем, что она наиболее полно учитывает основ­ные физико-механические свойства горных пород, которые влия­ют на процесс бурения (табл. 1.1).

К I группе относятся породы, не дающие общего хрупкого разрушения (слабо сцементированные пески, суглинки, извест­няк-ракушечник, мергели, глины с частыми прослоями песча­ников, мергелей и т.п.). Ко II группе относятся упругопластич-ные породы (сланцы, доломитизированные известняки, крепкие ангидриты, доломиты, конгломераты на кремнистом цементе, кварцево-карбонатные породы и т.п.). К III группе относятся упругохрупкие, в основном изверженные, и метаморфические породы.

Как правило, по твердости породы, участвующие в сложении нефтяных залежей, относятся к первым восьми категориям.