|
|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (ГОУ ВПО «СамГТУ»)
|
Кафедра “Бурение нефтяных и газовых скважин”
теория
разрушения горных пород
Конспект лекций
Самара 2010
Лекция №1
ВВЕДЕНИЕ
Горные породы обладают различными физико-механическими свойствами, изучением которых занимается предмет механики горных пород с привлечением различных методов исследований. Данные механики горных пород и грунтов используются при проектировании различных сооружений и фундаментов. Наша задача рассмотреть вопросы механики горных пород, связанные с изучением свойств горных пород, залегающих на больших глубинах и связанные с прочностью и характером поведения горных пород при сооружении в них различных горных выработок.
К горным выработкам относятся и буровые скважины, характеризующиеся цилиндрической формой и при сравнительно малых поперечных размерах длина (глубина) достигает нескольких тысяч метров.
Буровая скважина отличается от других горных выработок (шахт, штолен, штреков и др.) еще и тем, что она сооружается с помощью специальных инструментов без доступа человека к забою.
При строительстве буровой скважины процессу разрушения подвергается небольшой объе6м породы, который находится под разрушающим инструментом в условиях всестороннего сжатия.
Кроме того на породу действуют: горное (за счет толщи вышележащих пород), гидростатическое (за счет столба жидкости в скважине) и пластовое давления.
Бурение, как правило, ведется с промывочными жидкостями (глинистый раствор), которые оказывают большое влияние на механические характеристики пород. Жидкая среда снижает прочность горных пород, что благоприятно отражается на эффективности процесса разрушения ее под разрушающим инструментом.
В разрезе глубокой скважины встречаются породы различного геологического возраста и разнообразного минералогического состава и строения.
Для осуществления эффективного процесса разрушения горных пород необходимо знать их механические свойства (упругость, прочность и пластичность) и в соответствии с ними подбирать породоразрушающий инструмент. При бурении скважин необходимо также знать условия, способствующие устойчивости стенок скважины. Исчерпывающие знания механических свойств горных пород позволяют активно влиять на технологию и технику бурения (долота, забойные двигатели).
В настоящее время для разрушения горных пород используются буровые долота различных типов и размеров (приводятся сведения о качестве долот, о конструкциях, недостатках и др.):
долота малопроизводительные;
долота несовершенной конструкции;
долота несоответствующих типов.
Рациональный режим бурения (т.е. разрушения горных пород) зависит от научно-обоснованного сочетания нагрузки на долото, числа оборотов долота и других параметров режима бурения, подбираемых в соответствии со свойствами разбуриваемых пород.
Таким образом, основной задачей этого курса является изучение различных факторов, влияющих на механические свойства пород и на закономерности их разрушения.
Вопросами механики горных пород применительно к процессу разрушения их при бурении начали заниматься лет 10-15 назад. Большой вклад в развитие этой науки внесли ученые Л.А.Шрейнер, проф. В.С.Федоров, проф. Энштейн, проф. Павлова, Л.И.Барон и др.
Очень много вопросов этого курса пока еще носят эмпирический и дискуссионный характер, требующие дальнейших исследований и экспериментов.
При изучении курса нами будут рассмотрены следующие вопросы:
основные сведения о горных породах: понятие, классификация, структура, текстура, анизотропия горных пород;
механические свойства минералов и горных пород в условиях одноосного напряженного состояния;
влияние всестороннего сжатия на механические свойства горных пород;
физические свойства и основные закономерности разрушения горных пород при вдавливании;
влияние среды и некоторых других факторов на механические свойства и устойчивость горных пород;
абразивные свойства горных пород;
основные закономерности динамического разрушения горных пород;
энергетика процессов разрушения горных пород;
буримость горных пород.