- •Кафедра “Бурение нефтяных и газовых скважин”
- •Введение
- •Методы разрушения горныхпород
- •И классификация способов бурения
- •Элементы механики сплошных сред
- •Напряжение и деформация сплошной среды
- •Напряженное состояние в точке тела
- •Коэффициент пуассона , модуль упругости (юнга) е и модуль сдвига g
- •Пластические свойства горных пород
- •Текучесть твердых тел
- •Упругий гистерезис и упругое последействие
- •Релаксация и ползучесть
- •Физические свойства горных пород
- •Теоретическая прочность твердых тел.
- •Масштабный фактор
- •Силы связи между зернами в поликристаллических телах
- •Основные сведения о горных породах
- •Влияние забойных факторов на механические
- •Свойства горных пород
- •Влияние структуры, текстуры и минералогического состава
- •Влияние глубины залегания пород
- •Влияние всестороннего сжатия
- •Влияние жидких сред
- •Влияние температуры
- •Влияние скорости приложения нагрузки
- •Влияние масштабного фактора
- •Влияние формы разрушающего инструмента
- •Механические свойства горных пород при вдавливании
- •Штампа и зуба
- •Влияние кинематики долота
- •Влияние шероховатости поверхности горных пород
- •Влияние воды на механические свойства горных пород
- •Неоднородность горных пород
- •Механические свойства горных пород и минералов
- •При простых видах испытаний
- •Прочность горных пород при простых видах деформирования
- •Твердость минералов
- •Определение твердости
- •Напряженное состояние горных пород в земной коре
- •Основные факторы, определяющие напряженное
- •Состояние горных пород в земной коре
- •Поведение горных пород при равномерном всестороннем сжатии
- •Особенности горных пород в условиях неравномерного всестороннего сжатия
- •Пластичность горных пород
- •Напряженное состояние горных пород на стенках скважины
- •Факторы, влияющие на величину давления разрыва пластов (гидроразрыв)
- •Влияние среды на процесс разрушения горных пород
- •При бурении. Понизители твердости (пав)
- •Технологические свойства горных пород
- •При бурении скважин
- •Напряженное состояние горных пород при бурении
- •Вдавливание цилиндрического штампа с плоским основанием
- •Вдавливание в горную породу жесткой сферы
- •Вдавливание в горную породу жесткого цилиндра
- •По образующей
- •Определение механических свойств горных пород методом вдавливания штампа
- •Методика испытания горных пород при определении
- •Механических свойств путем вдавливания штампа
- •Классификация горных пород по механическим свойствам
- •I - 10-100
- •Разрушение горных пород и упругие характеристики
- •При динамическом вдавливании
- •Абразивные свойства горных пород
- •Факторы, влияющие на износ металлов при трении
- •Влияние различных факторов на абразивную
- •Способность горных пород
- •Влияние среды на абразивное изнашивание стали
- •И твердых сплавов
- •Износ металлов раздробленными горными породами
- •Методы изучения абразивности горных пород
- •Новые методы разрушения горных пород
- •Основные принципы разрушения горных пород
- •При бурении скважин
- •Механические методы разрушения горных пород
- •Классификация методов разрушения горных пород
- •Ультразвуковое разрушение
- •Разрушение струей воды
- •Взрывной метод
- •Электрогидравлическое разрушение
- •Термическое разрушение горных пород
- •Термотехническое разрушение
- •Разрушение горных пород при бурении долотами
- •Режуще-скалывающего типа
- •Технические требования к конструкции лопастных долот
- •Конструктивные особенности долот истирающего действия
- •Конструктивные особенности одношарошечных долот
- •Конструктивные особенности шарошечных долот
- •Скалывающего действия
- •Гидромониторные долота
- •Разрушение горных пород кольцевым забоем и отбор керна
- •Влияние различных факторов на показатели работы долот
- •Влияние нагрузки на механическую скорость проходки
- •Влияние скорости вращения на механическую скорость проходки
- •Влияние расхода бурового раствора на механическую скорость проходки
- •Классификация горных пород по буримости
- •Библиографический список
Новые методы разрушения горных пород
Основные принципы разрушения горных пород
При бурении скважин
Общее развитие науки и техники позволило разработать новые методы разрушения горных пород, таких, как термический, электрофизический, термомеханический, электрогидравлический и др.
Независимо от способа разрушения горной породы разрушение наступает при достижении напряжений, равных пределу ее прочности.
Разрушение породы может произойти и при меньших напряжениях. Этому способствует среда, обладающая поверхностно-активным эффектом и др.
Метод разрушения горной породы определяется характером физических, химических и физико-химических процессов, происходящих в породе, которые приводят к возникновению в ней разрушающих напряжений.
Все основные методы делятся на следующие группы: 1) механические, 2) термические, 3) электрофизические, 4) комбинированные.
Механические методы разрушения горных пород
В результате износа инструмента в процессе бурения, как правило, меняется его геометрия. Это, в свою очередь, приводит к изменению напряжений в природе, к снижению производительности и увеличению энергии на разрушение единицы объема породы. Поскольку пока еще не созданы высокопрочные инструменты, основное внимание уделяется разработке таких механических методов разрушения, при которых снижается износ инструмента, или происходит без него.
К методам разрушения горных пород с помощью породоразрушающего инструмента относятся следующие:
Резание горных пород. Этот метод применяется при вращательном способе бурения скважин.
Резание горных пород с энергетической точки зрения является достаточно совершенным методом. Однако, этот метод малопроизводителен вследствие быстрого затупления инструмента при бурении абразивных пород средней и более высокой крепости.
Ударное разрушение горных пород отличается тем, что после каждого удара долото отрывается от забоя и проворачивается на некоторый угол. При небольшой частоте ударов этот метод (ударно-канатное бурение) малопроизводителен.
Резание и бурение с наложением ударных нагрузок. Удары могут передаваться в направлении подачи инструмента, либо в направлении резания. (Второй способ пока не нашел широкого распространения).
Ударно-вращательное бурение отличается тем, что к породоразрушающему инструменту приложены усилие подачи, крутящий момент и удары определенной частоты и силы.
При бурении шарошечными долотами динамические нагрузки возникают при перекатывании шарошек долота по забою. При правильном выборе параметров режима бурения и конструкции рабочего инструмента ударно-вращательное бурение для большинства горных пород более производительно, чем ударно-поворотное и вращательное.
При ударно-вращательном бурении сочетание статического усилия подачи и ударов позволяет повысить эффективность разрушающего действия ударных нагрузок, а также сдвигать элементы породы, находящиеся впереди (по движению) углубившегося в породу непрерывно вращающегося резца.
Чем выше модуль упругости горной породы, тем лучше ее разрушать ударными нагрузками. Чем выше коэффициент пластичности породы, тем успешнее может быть она разрушена путем сдвижения ее элементов непрерывно вращающимися прижатыми к породе и воспринимающими удары резцами. Поэтому для пород, характеризующимися разными коэффициентами пластичности, модулем упругости и твердостью, влияние статического усилия подачи на скорость бурения неодинаково.
Энергоемкость, т. е. количество энергии, расходуемое на разрушение единицы объема породы (кгм/см3) при ударно-вращательном бурении с увеличением усилия подачи вначале довольно быстро снижается, а при дальнейшем увеличении усилия подачи - остается постоянной или даже несколько возрастает (см. рис.46).
Рис.46 Зависимость энергоемкости от усилия подачи для разных коронок |
На графике показана зависимость энергоемкости ударно-вращательного бурения от усилия подачи для разных коронок по песчанику при n = 196 об/мин. Коэффициент крепости по Протодьяконову f = 8-12. В заключение (по этому методу) можно сказать следующее: на |
скорость бурения при ударно-вращательном способе оказывают существенное влияние скорость вращения и усилие подачи.