Полная версия

Главная arrow Строительство arrow Бурение наклонных, горизонтальных и многозабойных скважин

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Геологические причины естественного искривления скважин

Основными причинами отклонения скважин от проектных направлений являются причины естественного характера, определяемые условиями залегания и типами горных пород. Причины данного типа принято называть геологическими причинами естественного искривления скважин.

Характеристика горных пород по влиянию на процесс искривления скважин

К основным геологическим условиям, влияющим на искривление скважин, относят слоистость, сланцеватость, флюидальность, ориентированное расположение в породе кристаллов отдельных минералов, трещиноватость, пористость, перемежаемость слоев горных пород различной твердости, зоны дроблений пород, разломы, пустоты, твердые включения.

Горные породы по специфике влияния на направление скважин подразделяются на три группы [3, 8, 9, 12]: относительно изотропные; анизотропные; перемежающиеся по твердости горные породы.

Первая группа горных пород - изотропные горные породы - не оказывает какого-либо решающего влияния на искривление скважин, а механизм искривления определяется в основном действием технических и технологических факторов. Это чаще всего породы осадочного и магматического происхождения. Для изотропных горных пород характерно равенство параметров физико-механических свойств во всех направлениях.

Однако большинство горных пород в результате горного давления, температур и процессов складкообразования подвергаются тем или иным изменениям. Породы в результате процессов образования и последующего преобразования становятся неоднородными, подвергаются кристаллизации, приобретают сланцеватость, кливаж, трещиноватость. Такие породы становятся анизотропными.

Анизотропия горных пород - (от греч. - anios неравный и tropos - свойство) - неодинаковость физических свойств (теплопроводность, скорость прохождения упругих волн, а также твердость и буримость) горных пород (иных твердых тел) по различным направлениям внутри их тел.

Анизотропией обладают некоторые природные материалы, в том числе многие кристаллы, древесина, а также продукты человеческой деятельности, например металлы, которые подобно горным породам испытывают напряжения и действие температур при ковке, штамповке, прокатке, поверхностном упрочнении и др.

Анизотропными могут быть любые породы: магматические, осадочные или метаморфические. При этом анизотропия может быть присуща породам с момента их образования (генетическая анизотропия), а может появиться в процессе изменения, чаще всего при динамометаморфизме (тектоническая анизотропия).

Анизотропия магматических горных пород, равно как и других пород, внешне может быть оценена через текстуру.

Текстура (от лат. textura - ткань, строение) - характеристика степени и особенностей неоднородности горных пород, проявляющейся в форме, взаимном расположении и ориентировке минеральных агрегатов.

Магматические породы образуются при подъеме магмы из недр Земли и остывании на её поверхности или в глубине.

Магматические породы могут иметь однородную или директивную текстуру. Если порода на различных участках имела одинаковые условия кристаллизации, то она характеризуется однородной текстурой и изотропией свойств. При этом не наблюдается какой-либо преимущественной ориентировки породообразующих минералов.

Директивные текстуры образуются в магматических породах в том случае, если в текущей или остывающей магме происходит одинаковая ориентировка минералов, имеющих уплощенную или вытянутую форму, или происходит образование слоев различного состава. Ориентировка кристаллов магнитных минералов происходит под влиянием магнитного поля Земли. Известно, что упорядочиванию магнитных моментов подвержены даже изометрические зерна кристаллов.

Среди директивных текстур выделяются линейные, трахитоидные, полосчатые и флюидальные. Породы, обладающие этими текстурами, как правило, характеризуются анизотропией свойств.

Линейная текстура может наблюдаться в горных породах, включающих призматические минералы, если они ориентированы своими длинными осями в направлении движения магмы.

Трахитоидная текстура появляется при концентрации уплощенных и таблитчатых минералов в субпараллельных плоскостях, называемых плоскостями трахитоидности, расположение которых обычно задается направлением движения потока магмы.

Полосчатая текстура характеризуется чередованием в горной породе субпараллельно расположенных полос или слоев различного состава и структуры, образованных направленным движением охлаждающей магмы.

Флюидалъная текстура (текстура изверженной породы, сформированная в процессе отверждения движущейся жидкой лавы) характеризуется наличием очень мелких игольчатых и пластинчатых кристаллов, включенных в вулканическое стекло и ориентированных длинной стороной в определенном направлении, обычно вдоль направления движения лавы.

Осадочные породы образуются за счет разрушения материнских (уже существующих) пород, переноса продуктов разрушения и образования осадков. Осадок постепенно превращается в плотную, а часто и сцементированную породу. Попадая на глубокие подземные горизонты, осадочные породы изменяются и превращаются сначала в метаморфизованные осадочные породы (глинистые и другие сланцы, песчаники, кварциты), а затем в метаморфические породы (кристаллические сланцы, гнейсы и др.).

К числу важнейших первичных текстур осадочных пород относятся все проявления слоистости.

Слоистость - строение горных пород в виде налегающих один на другой слоев, различающихся минеральным составом, цветом, особенностями слагающих породы частиц и другими признаками.

По положению залегающих слоев слоистость может быть горизонтальной, косой, изогнутой, комплексной и др.

Слоистость образуется благодаря обособлению слоев различной толщины и плотности, что связано с изменением режима осадконакопле- ний со сменой времени года, климата, других природных условий осадко- накопления, например, с изменением глубины водоема.

Метаморфические горные породы образованы в результате преобразования горных пород под воздействием температуры, горного давления и химической активности минерализованных растворов. Процессы метаморфизма часто сопровождаются изменением химического состава пород, нарушением имеющихся и созданием новых текстур и структур. К числу главных видов метаморфических пород относятся различные сланцы (глинистые, кристаллические и др.), гнейсы, мраморы, магматиты, кварциты, роговики и др.

Наиболее анизотропны метаморфические горные породы с полосчатой и сланцеватой текстурами.

Процессы метаморфизма вызывают усиление слоистой текстуры осадочных пород, увеличивая степень их анизотропии. В других случаях анизотропия метаморфизованных пород связана с рассланцеванием пород и появлением чешуйчатых, листоватых, пластинчатых минералов, минералов удлиненной формы, расположенных в породе субпараллельно.

Например, можно наблюдать упорядоченную ориентировку удлиненных кристаллов в одних и хаотичное расположение кристаллов в других образцах байкальских мраморов. При этом в первом случае отмечалась значительная анизотропия прочностных свойств мрамора, а во втором - порода была практически изотропна, что получило отражение в форме окатывания этих образцов в горной реке: первый имел форму эллипсоида вращения, вытянутого длинной осью в направлении наклона удлиненных кристаллов, второй имел форму практически идеального шара.

В метаморфических породах часто наблюдаются сланцеватость и кливаж. Эти два структурных элемента почти всегда являются верными признаками анизотропии горных пород.

Сланцеватость - способность горных пород относительно легко раскалываться при ударе параллельно определенной плоскости. Слоистость возникает в результате укладки плоских минералов субпараллельно. При этом образуются плоскости делимости.

Кливаж (от франц. clivage - расслаивание, расщепление) - сеть параллельных поверхностей с ослабленными в результате пластической деформации связями между частицами породы, по которым порода может раскалываться на тонкие пластины.

Кливаж хорошо прослеживается в породах, испытавших сжатие при образовании горной складки. Кливаж может развиваться параллельно основной структуре месторождения, в некоторых случаях возникает веерообразный кливаж по отношению к замку складки. Степень кливажирова- ния горных пород определяет анизотропию горных пород, а направления кливажа - возможное направление естественного искривления проектируемых скважин [13].

Наиболее опасен с позиций направленного бурения скважин кливаж в том случае, если он сечет напластование под каким-либо углом (веерное распространение кливажа в областях, близких к замкам складки). В подобных случаях направленное бурение осложняется тем, что скважины проектируются вкрест простирания слоев породы и рудного тела, а направлением естественного их искривления будет направление, совпадающее с направлением вкрест простирания кливажа и не совпадающее с проектным направлением [13].

Большое значение имеет также анизотропия за счет порового пространства, соответствующая, как правило, внешней анизотропии кристаллов. То есть это пористость, ориентированная в направлении слоистости, сланцеватости, флюидальности и др.

На рис. 2.14 приведена фотография забоя скважины, пробуренной в блоке анизотропного туфодацита. Забой после бурения и распиловки блока пропитан керосином. Сплошной линией и штриховкой уточнен контур забоя, штриховой линией - зона распространения керосина по породе. Форма распространения керосина по породе показывает преимущественное распространение пористости вдоль слойков породы.

Ориентировка пористости вдоль текстурных элементов породы определяет ее повышенную деформируемость в направлении перпендикулярно слоистости, сланцеватости и таким образом может влиять на процессы разрушения анизотропной породы, определяя степень неравномерности и асимметрию объемов деформации и скалывания. Проникновение бурового раствора в направлении пористости (слоистости) также существенно влияет на эффективность разрушения породы, определяя некоторую асимметрию породоразрушающего действия бурового инструмента при бурении.

Фото скважины в разрезе, пробуренной в анизотропном туфо- даците

Рис. 2.14. Фото скважины в разрезе, пробуренной в анизотропном туфо- даците

Величина пористости тесно связана с вещественным составом горных пород, размерами, формой и упаковкой зерен породы. В осадочных породах пористость может достигать 35 % объема породы, в вулканогенно-осадочных (туфопесчани- ки, туффиты) и метаморфических породах - 5-20 %, в магматических породах - не более 5 %.

Механизм искривления скважин в анизотропных породах определяется взаимосвязанным влиянием геологических и технологических факторов.

Перемежающиеся по твердости горные породы составляют массив горных пород, в котором, переслаиваясь, залегают в виде отдельных слоев и жил горные породы различной твердости и буримости, а процесс искривления скважин связан с формированием кривизны ствола при пересечении контактов горных пород различной твердости.

В ряде случаев возможны варианты, когда анизотропия горных пород сочетается с перемежаемостью по твердости отдельных слоев.

При искривлении скважин, буримых в перемежающихся по твердости горных породах, закономерности их искривления объясняются действием факторов геологического и технологического характера.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>