9.2 Особливості деформування порід ударником, що вільно падає

Величина кінетичної енергії удару для ударника, що вільно падає, дорівнює його потенціальній енергії в крайньому верхньому положенні

, (110)

де U – потенціальна енергія ударника;

m – маса ударника;

h – відстань від верхнього крайнього положення робочої поверхні штампа до поверхні зразка гірської породи.

Прирівнявши значення U_к і U і підставивши його у вираз (101), можна визначити початкову швидкість удару v₀ штампа об гірську породу

. (111)

Вивченням процесів деформування гірських порід при ударі займалися в лабораторії Уфимському нафтовому інституті під керівництвом Мавлютова М.Р.

На основі проведених експериментів встановлено, що із збільшенням енергії удару (а відповідно, і початкової швидкості v₀) змінюється характер залежності сили від переміщення. В загальному випадку графік навантаження – переміщення при динамічному втискуванні є складною кривою, що має максимуми і мінімуми, причому кожен наступний максимум вищий за попередній. Встановлено, що при збільшенні маси ударника збільшується опір проникненню ударника, тому при однаковій енергії удару глибина проникнення важкого ударника менша.

Ці результати наштовхують на висновок, що в процесі буріння доцільно забезпечувати великі швидкості взаємодії елементів озброєння долота з гірською породою. Швидкість удару елементів озброєння прямо пропорційна швидкості обертання долота. Енергія взаємодії елемента озброєння навпаки від швидкості обертання залежить мало, а, основним чином, залежить від осьового навантаження на долото.

9.2 Руйнвання гірських порд при динамічномувтискуванні

Як показали результати експериментальних досліджень відмінність механізму руйнування породи при динамічному втискуванні від механізму статичного втискування є непринциповою. Тому розглянемо лише кінематику розвитку руйнування породи із збільшенням енергії удару.

При малих значеннях енергії удару на поверхні гірської породи утворюється зона тріщин, що оточують контур штампа (рис. 28, а). Якщо енергію удару збільшувати, за контуром породи з’являється зона кругового сколювання. Цю форму руйнування Мавлютов, Вдовін, Філімонов назвали першою формою крихкого руйнування. При подальшому збільшенні енергії удару лише збільшується об’єм сколотої породи ( рис. 28, б). Основне збільшення об’єму руйнування відбувається в результаті поступового заглибленні штампа. При цьому величина навантаження зростає несуттєво.

Коли енергія удару досягає певної величини, спостерігається крихке руйнування породи під штампом ( рис. 28, в), аналогічне тому руйнуванню, що має місце при статичному втискуванні. Цю форму руйнування прийнято називати другою формою руйнування. Уламки породи, що при цьому утворюються, за результатами раніше названих дослідників мають сліди першої форми, тобто перша і друга форми руйнування процесі деформування утворюються послідовно.

П

а – поява залишкової деформації; б – перша форма крихкого руйнування;

в – друга форма крихкого руйнування; г – третя форма крихкого руйнування

Рисунок 28 – Схема розвитку руйнування породи при динамічному втискуванні

ри подальшому збільшенні енергії удару до деякої критичної величини форма руйнування суттєво не змінюється. Спочатку зростає глибина проникнення індентора в породу, а при більших значеннях енергії удару можуть з’явитися нові нестійкі форми руйнування.

Якщо ж енергія удару досягне критичного значення, з’являється нова, стійка третя форма руйнування. Уламки породи, що при цьому утворюються також несуть на собі сліди попередньої форми руйнування. Це свідчить про послідовне утворення форм руйнування. Наявність максимумів і мінімумів на кривих залежності навантаження від глибини проникнення штампа свідчать, що процес руйнування гірських порід відбувається скачкоподібно.

Збільшуючи енергію удару далі, можна отримати четверту і, можливо, наступні форми руйнування. Кількість отриманих форм руйнування обмежується міцністю інденторів.