Общая характеристика многолетнемерзлых пород

В зависимости от глубины залегания и наличия талых пород выделяется три типа мерзлотных зон:

1. Сплошное распространение мерзлых пород с поверхности до определенной глубины. Эта глубина в разных регионах колеблется в пределах от нескольких десятков до 1400 м.

2. Двухслойное строение мерзлой толщи с талыми породами между ними – таликами мощностью до 100‑150 м. Такое строение мерзлоты объясняется несколькими периодами похолодания.

3. Глубинные реликтовые мерзлые породы.

К основным свойствам мерзлых горных пород, влияющим на возникновение осложнений, относятся:

- льдистость;

- температура;

- литологическая характеристика пород.

Льдистость – отношение веса льда к весу сухой породы. Льдистой уменьшается с глубиной, для верхней части разреза в ряде случаев доходит до 60 %. Известны случаи вскрытия скважиной пластовых залежей льда мощностью до 20 м. При высокой льдистости в случае протаивания породы часть порового пространства освобождается, что способствует обрушению стенок скважины. С другой стороны при низкой льдистости теплоемкость пород невелика, и поэтому при тепловом воздействии они разрушаются быстрее. Наиболее полно мерзлую породу характеризует избыточная льдистость, т.е. содержание льда в объеме, превышающем пористость. Если избыточная льдистость близка к нулю, то частицы пород плотно прилегают друг к другу, и несущую способность обеспечивает скелет породы. Протаивание в этом случае почти не приводит к осложнениям при бурении.

Температура ММП колеблется в пределах от 0 до -10^о С. При низких температурах протаивание ММП, естественно, меньше, и кавернообразование в них меньше при прочих равных условиях. В то же время при низких температурах значительно быстрее проходит процесс обратного промерзания талых пород. В результате в стволе скважины при длительных остановках образуются ледяные пробки, а если в скважине находится колонна бурильных труб, то она примерзает к стенкам ствола, т.е. происходит прихват. Вместе с тем следует учесть, что промерзание пород происходит в 3‑5 раз медленнее, чем их протаивание.

При охлаждении льда, находящегося в замкнутом объеме, на 1^о С давление повышается на 13,43 МПа. Следовательно, чем ниже температура ММП, тем большие усилия действуют на колонну обсадных труб при обратном промерзании пород. Это может привести к смятию и поломке колонн.

Любые горные породы, находящиеся на соответствующей глубине, могут быть многолетнемерзлыми, но только несвязные, или со слабыми минеральными связями (пески, супеси), легко разрушаются при бурении с образованием каверн. Глинистые породы, а тем более породы с минеральными связями, имеющие отрицательную температуру, в процессе бурения остаются устойчивыми, ствол скважины сохраняет номинальный диаметр, а осложнения маловероятны.