Горное (геостатическое) давление

Горное давление (иногда употребляется термин литостатическое давление), Р_гор, – это давление, создаваемое весом вышележащих горных пород. Оно может быть определено из выражения МПа,

где Н-глубина залегания пласта, м;

-средневзвешенный удельный вес горных пород вышележащих горизонтов, г/см³.

Плотность отложений зависит от плотности их матрицы, содержащегося в их порах флюида и пористости. Плотность пород, встречающихся при бурении, колеблется в пределах 1,8-3,1 кг/м³.

В нормальных условиях пористость отложений уменьшается вместе с глубиной, а их плотность повышается. В случае глинистых пород пористость уменьшается по экспоненте. Для других типов отложений она уменьшается почти линейно.

В осадочных горных породах величина геостатического давления линейно растет с глубиной и соответствует равновесному значению напряжений, расчитываемых по данным о средней плотности расположенных выше горных пород.

Исходной точкой геостатического градиента на суше является поверхность земли, а на море – водная поверхность. На море его величина находится в сильной зависимости от глубины моря по причине незначительной плотности морской воды по сравнению с плотностью отложений.

Горное давление формируется давлением вышележащих пород, тектоническим давлением и давлением пластовых вод. Вышележащая толща породы оказывает вертикальное давление на пласт. Результирующее значение горизонтального давления зависит от жесткости скелета породы (с возрастанием жесткости горизонтальное давление уменьшается). Тектоническое напряжение очень высоко в гористой местности, в глинах оно формирует обычно овальный ствол. На площадях с незначительной тектонической активностью градиент горного давления, т. е. величина его повышения с углублением на единицу длины, составляет примерно 22620 Па/м, а в тектонически активных зонах - 18100 Па/м.

Индекс геостатического давления, , рассчитывается по формуле

,

где - геостатическое давление, Па:

,

здесь - пористость породы;

- плотность скелета данной породы, кг/м³;

- плотность жидкости в порах породы, кг/м³;

h_i - толщина слоя той же породы, м;

q - ускорение свободного падения, м/с;

ρ _гп - объемная плотность вышележащих пород, кг/м³.

z_пл -глубина залегания пласта, м;

Таблица 1.1

Плотность скелетов некоторых горных пород

Наименование породы	Плотность породы, , кг/м3
Пески	2640–2680
Песчаники	2600–2880
Алевролиты	2650–2730
Глины	2620–2750
Глинистые сланцы	2800–3000
Мергели	2670–2730
Известняки	2700–2740
Доломиты	2750–2880
Ангидриты	2300–2400

Напряжения, возникающие в массиве горных пород под действием горного давления, в процессе бурения скважины существенно изменяются. Это приводит к деформации стенок ствола и, как следствие, к осложнениям.