Доклад 1 Горные породы нефтяных и газовых месторождений и их свойства. Доклад №1. "Горные породы нефтяных и газовых месторождений и их свойства"
 Скачать 30.05 Kb.
|
|
Доклад №1 на тему : "Горные породы нефтяных и газовых месторождений и их свойства". Классификация горных пород Горной породой называют геологическое тело, состоящее из минеральных агрегатов или их обломков, имеющих определенные структуру и текстуру и физико-механические свойства. [3] По происхождению горные породы делятся на три группы: магматические, осадочные и метаморфические. Магматические породы образовались из магмы в результате ее застывания на глубине или лавы, излившейся на поверхность. Осадочные породы образовались в результате химико-физического преобразования ранее существующих пород с последующим их переносом и отложением в виде пластов (слоев). Они покрывают практически всю поверхность Земли. В эту группу также входят породы, образованные в результате жизнедеятельности организмов (органогенные осадочные породы). Метаморфические породы образовались в результате преобразования магматических и осадочных пород под действием высоких давления и температуры. Нефть и газ залегают преимущественно в осадочных породах, поэтому ниже рассматриваются только осадочные горные породы. [1,2] По составу и происхождению осадочные породы подразделяются следующим образом: а) обломочные (терригенные) породы, являющиеся продуктами механического раздробления более древних пород с образованием осадочного материала, переноса этого материала, накопления и преобразования осадка в осадочную породу; б) хемогенные породы – продукты химического осаждения из водных растворов или химических реакций, происходящих в зоне осадкообразования; в) биогенные (органогенные) породы. Это остатки животных и растительных организмов; г) вулканогенно-осадочные породы. Это такие продукты вулканической деятельности, как туфы, обломки вулканического стекла, кластолавы и др. [3] Осадочные горные породы делятся на две большие группы: обломочные и хемогенные кристаллические. Описанием пород по составу занимается наука литология. В сою очередь обломочные горные породы делят на три подгруппы. В скобках показано осредненное содержание рассматриваемых горных пород в разрезах нефтяных и газовых месторождений. Физико-механические свойства горных пород Свойства горных пород, которые проявляются в механических процессах (при деформировании, разрушении и изнашивании) называются механическими. [2] Изучение физико-механических свойств горных пород имеет важное значение при сооружении нефтяных и газовых скважин. Основными физико-механическими свойствами горных пород, влияющими на бурение, являются: механическая прочность, упругость, пластичность, хрупкость, твёрдость, абразивность, плотность, пористость, водопроницаемость, плывучесть и устойчивость. Механическая прочность – это способность пород сопротивляться разрушению при сжатии, скалывании, разрыве и изгибе их. Для различных пород предел прочности на сжатие изменяется от 0,1 - 0,2 до 500 МПа. В горно-добывающей промышленности применяется термин «крепость» как синоним понятия «прочность». Прочность горных пород на скалывание, разрыв и изгиб значительно меньше, чем на сжатие. Если принять предел прочности породы при одноосном сжатии за 1,0, то предел прочности её на скалывание будет равен 0,2 - 0,08; на растяжение - 0,07 - 0,04. Прочность горных пород зависит от минералогического состава, структуры и пористости, характера связи между зернами, твердости и размера частиц и т. п. Например, мелкозернистые породы обладают большей прочностью, чем крупнозернистые. Упругость пород – это их способность восстанавливать свою форму и объем после прекращения действия нагрузки. Упругость также характеризуется отскакиванием ударяющего инструмента (долота) от породы. Упругие свойства в той или иной степени присущи всем породам. Пластичность - способность пород изменять свою форму (деформироваться) под воздействием приложенных сил, без разрыва сплошности; при этом порода получает остаточную деформацию. Большинство минералов и твердых скальных пород практически не дает остаточной деформации, так как разрушение их происходит раньше, чем начинают проявляться пластичные свойства. Хрупкость - способность породы разрушаться на отдельные куски при ударе, без заметной пластической деформации. Проявление хрупких свойств зависит от времени приложения нагрузки. При медленном приложении нагрузки в породе могут развиваться остаточные пластические деформации, и, наоборот, при весьма быстром приложении нагрузок даже вязкие тела могут проявлять себя как хрупкие. Твёрдость - способность горной породы оказывать сопротивление проникновению в неё другого твердого тела, не получающего остаточных деформаций. Твердость можно считать частным случаем прочности на вдавливание. Это одно из наиболее важных свойств горных пород, определяющее величину внедрения резцов бурового инструмента и существенно влияющее на механическую скорость бурения скважины. Различают агрегатную твердость (твердость породы в целом) и твердость отдельных минералов, из которых состоит порода. Таблица 2 - Классификация горных пород по твердости по штампу
При определении твердости горных пород в категориях по промысловым данным используют метод аналогий, который основан на следующих экспериментально установленных фактах: 1) твердость кристаллических осадочных пород находится в прямой зависимости от твердости их породообразующих минералов, а твердость обломочных пород типа песчаников и алевролитов зависит в основном от состава и строения цементирующего вещества; 2) с увеличением пористости твердость пород уменьшается; 3) твердость глинисто-карбонатных пород (глина, известковая глина, глинистый известняк) повышается с увеличением степени карбонатности; 4) твердость карбонатных пород резко возрастает при окремнении. При определении категории твердости горной породы методом аналогий необходимо определить ее литологию, наличие и состав твердых примесей, состав и строение цемента, например по шламу, и пористость по геофизическим данным, выбрать из таблиц соответствия, которые имеются в руководящих документах по технологии бурения, ближайший аналог и присвоить рассматриваемой горной породе твердость аналога. В горном деле под абразивностью горных пород понимают их способность изнашивать металлы при трении. Абразивность - способность горных пород влиять на износ забойного инструмента при бурении скважин. Абразивными свойствами обладают породы, сложенные зернами твердых минералов, сцементированными менее прочным материалом. Наиболее высокими абразивными свойствами обладают кварцевые песчаники. В меньшей степени абразивность зависит от окатанности зерен. Все горные породы по абразивности разделены на три группы и двенадцать категорий (таблица 3) Таблица 3- Классификация по абразивности осадочных горных пород по отношению к закаленной стали
К группе малоабразивных горных пород относятся галоидные, сульфатные и карбонатные отложения без существенной примеси кварца и халцедона. К группе пород средней абразивности относят те же отложения, что и в первой группе, но с примесью кварца и халцедона до 30 % (кварц и халцедон алевритовой фракции), а также глины и аргиллиты. К группе высокоабразивных горных пород относят карбонатные и обломочные отложения с примесью кварца и халцедона песчаной фракции, алевролиты и мелкозернистые песчаники. Средне- и крупнозернистые кварцевые песчаники относятся к 12 категории. Плотность породы определяется как отношение массы к её объему или как степень заполнения некоторого объема минеральным веществом. Наименьшей плотностью обладают осадочные породы, наибольшей - изверженные. Плотность горных пород зависит от минералогического состава зёрен и связывающего их цемента. Отношение массы образца к его полному объему характеризует среднюю плотность породы, зависящую от вещественного состава и пористости. Эти свойства играют важную роль в буровых процессах, так как определяют условия транспортировки частиц разрушенной породы на поверхность. Пористость, характеризуемая наличием в горной породе пустот, имеет существенное значение, так как от нее непосредственно зависят: механическая прочность, абразивность, влагоёмкость и другие свойства горных пород. Пористость определяется отношением объема пор к объему породы. Пористость изверженных пород наименьшая и измеряется долями или небольшим количеством процентов от объема. Только некоторые излившиеся породы (трахиты, туфовые лавы и др.) обладают высокой пористостью (до 60%). Пористость осадочных пород различна; у доломитов и известняков она изменяется от нескольких до 30%, у песчаников - до 40%, у мела - от 5-7 до 40-45%, у песков - около 30-40%, у глинистых пород колеблется в значительных пределах и может достигать 50% и более. В твердых породах выделяют пористость открытую и закрытую. В первом случае поры сообщаются друг с другом и с наружной поверхностью образца, во втором - поры изолированы друг от друга. Это влияет на водопоглощение и водопроницаемость горных пород. В пористых твердых породах скорость бурения и износ резцов увеличиваются. Трещиноватость, характеризуемая совокупностью систем трещин в горных породах, осложняет работу породоразрушающего инструмента на забое, увеличивает водопроницаемость, ведёт к снижению процента выхода керна, уменьшает устойчивость пород в стенках скважин, вызывает самозаклинивание керна и т. д. Водопроницаемость - способность горных пород пропускать воду. Водопроницаемость зависит от размеров и характера пор или трещин. Это свойство горных пород имеет большое значение при бурении с промывкой, так как часто определяет потерю промывочной жидкости. Плывучесть - свойство пород течь при вскрытии. Таким свойством обладают насыщенные водой мелкозернистые пески с примесью илистых и глинистых частиц. Таким же свойством могут характеризоваться суглинки и даже глины при сильном увлажнении. Подвижность пород вызывается или движением воды, перемещающей частицы пород, или переходом породы в состояние вязкой жидкости вследствие сильного насыщения водой. Устойчивость - поведение горных пород при обнажении их в массиве. Породы устойчивые при этом не обрушаются, стенки скважины не требуют закрепления. В породах неустойчивых или слабоустойчивых требуется проводить крепление стенок скважины. При бурении по таким породам часто разрушается керн, что снижает качество буровых работ. Устойчивость горных пород зависит целиком от характера связи между частицами, слагающими горную породу, от трещиноватости и степени выветрелости. |