- •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
Релаксация и ползучесть
Если деформированное тело оставить в напряженном состоянии в течение длительного времени, то напряжение внутри тела самопроизвольно уменьшается. Это явление называется релаксацией напряжений.
Если наблюдается увеличение деформации при длительном действии нагрузки, то такое явление называется ползучестью. Изменение ползучести во времени показано на графике (рис.6), где: АВ - неустановившаяся ползучесть; ВС - установившаяся ползучесть; СД - разрушение. Явления релаксации напряжений и ползучести в настоящее время могут быть объяснены с точки зрения несовершенства кристаллической структуры твердого тела.
|
. Рис.6 Изменение ползучести во времени. |
В реальных условиях деформирования релаксация напряжений и ползучесть чаще всего проявляются одновременно и могут быть рассмотрены как проявление вязких свойств твердых тел. Как математически описать явление ползучести? Если к моменту времени t=0 тело не деформировано, а затем приложено постоянное напряжение 0, то общая величина деформации определится по формуле
,
G - модуль деформации при сдвиге;
- коэффициент вязкости;
t - время;
(градиент касательных напряжений).
В механике горных пород существует такое понятие, как усталостное разрушение горных пород. Усталостное разрушение горных пород происходит при циклическом изменении напряженного состояния в результате нагрузки, значительно меньшей разрушающей, определенной при однократном деформировании. Отмечается также, что с увеличением циклов величина разрушающей нагрузки монотонно уменьшается. В качестве критерия, определяющего сопротивления усталостному разрушению, в машиностроении принимают величину напряжений, при которых материал выдерживает 107 циклов нагружения. Типовая усталостная кривая для металлов выглядит так (рис.7):
Рис.7
Типовая усталостная кривая для металлов
Число 107 108 циклов называется базой испытаний.
Точка кривой, при которой материал разрушается с одного нагружения соответствует пределу прочности (точка 1). В точках z не происходит разрушения при базовых испытаниях. Эта линия будет асимптотой, к которой кривая стремится в пределе. Напряжение z называется пределом усталости или пределом выносливости (точка 2).
Если задать ограниченный срок службы детали, к примеру, долота (предположим 10000 циклов), то напряжение zв, соответствующее данному числу циклов, называется ограниченным пределом выносливости (точка 2). Это кривая для металлов. Для горных пород такая кривая будет представлять левую часть графика, составляющего 15-20 циклов нагружения (ударов).
При разбуривании пород некоторыми видами породоразрушающих инструментов происходит усталостно - объемное разрушение. По характеру разрушения, учитывая многократность ударов до разрушения) - усталостное, а по виду разрушенных обломков (большие куски) - объемное.
Усталостное разрушение горных пород можно объяснить несовершенством их кристаллического строения. От цикла к циклу происходит накопление внутренних изменений, в итоге вызывающих значительные местные концентрации напряжений, следовательно, и снижение сопротивление твердого тела разрушению.
Лекция №2