7.8 Прояв в’язкісних властивостей гірських порід

В’язкісні (реологічні) властивості гірських порід проявляються на великих глибинах. Особливо відчутно їх прояв у глинистих, галоїдних і сірчанокислих породах.

В загальному випадку деформація і швидкість деформування порід залежать від величини напружень і швидкості їх зміни, часу дії напружень, властивостей рідини, що заповнює свердловину, температури тощо. Врахувати усі ці фактори одночасно надзвичайно важко. Тому на основі лабораторних випробувань або промислових спостережень підбирають набілиш відповідну модель реального тіла, котра має математичний опис, і визначають потрібні характеристики порід.

Співак і Попов експериментально вивчали повзучість порід пристовбурної зони свердловини і вплив на повзучість глинистих порід різних факторів. Ними отримано такі результати.

Повзучість глинистих гірських порід постерігається практично при будь-якому нерівномірному напруженому стані. У випадку, коли напруження близькі до межі текучості порід, свердловина буквально “запливає” на очах.

На кривих повзучості (рис. 5) чітко просліджуються лише області неусталеної і усталеної повзучості. Час неусталеної повзучості для умов випробування складав не більше 30 хв. На процес повзучості наряду із статичним протитиском суттєво впливають температура порід і фізико-хімічна дія середовища. Коливання протитиску і температури рідини інтенсифікують процес деформування порід. Підбір неактивних засобів дає змогу істотно зменшити швидкість повзучості.

ЛЕКЦІЯ 8

Основні закономірності руйнування І ПОКАЗНИКИ

МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ГІРСЬКИХ ПОРІД ПР ВТИСКУВАННІ

8.1 ОСНОВНІ СХЕМИ ВЗАЄМОДІЇ ЕЛЕМЕНТІВ

ОЗБРОЄННЯ ДОЛОТА З ГІРСЬКОЮ ПОРОДОЮ

За принципом взаємодії з гірською породою усі механічні породоруйнуючі інструменти для буріння свердловин можна розділити на три класи: ріжуче-сколююючі, дроблячі і дробляче-сколюючі.

С

а – різання-сколювання; б – дроблення; в – дроблення-сколювання

Рисунок 16 – Схеми взаємодії елементів озброєння долі з гірською породою

хема взаємодії ріжуче-сколюючого інструменту з гірською породою показана на рис. 16, а .Зі схеми видно, що притиснутий до вибою з силою P_z елемент озброєння долота зрізає (сколює) породу, переміщуючись зі швидкістю V_ .За цією схемою основними характеристиками умов руйнування породи є: швидкість руху V_, сили P_z і P_ і властивості породи.

За другою схемою (рис. 16,б) долото дроблячої дії здійснює прямі удари по поверхні вибою свердловини. Динамічний процес руйнування описується двома рівняннями – кінетичної енергії T_к інструменту і потенціальної енергії деформування породи U :

(80)

, (81)

де m – маса долота і ударної штанги;

V₀ – швидкість в момент удару долота по породі;

_max – максимальна глибина занурення долота в породу;

P_z() – опір гірської породи проникненню долота.

Умова T_к=U є основною при аналізі ударної взаємодії інструменту з гірською породою.

Найскладнішою є третя схема (рис. 16, в) взаємодії елементів озброєння доліт дробляче-сколюючої дії. Зуб долота, що взаємодіє в певний момент з породою, втискується в неї із зусиллям P_z і одночасно приймає участь в обумовленому кінематикою долота ковзанні зі швидкістю V_ і обертанні з кутовою швидкістю .

В це же час сусідній зуб рухається до поверхні породи зі швидкістю V_у і ударяється об поверхню породи

, (82)

де (r – відстань від вершини зуба до миттєвого центра обертання шарошки) .

В наступний момент часу навантаження перерозподіляється з першого зуба на другий, і перший зуб виходить з контакту з породою. Таким чином, кожен елемент озброєння долота періодично наносить по породі складні дробляче-сколюючі удари.