6.Механические свойства горных пород и способы их определения.

Эффективность разрушения горной породы зависит от ее механических свойств и характера воздействия породоразрушающего инструмента.

Горные породы представляют собой твердые поликристаллические тела, состоящие из природных химических соединений – минералов, обладающих во всех своих частях одинаковыми физическими свойствами и одним и тем же химическим составом.

Осадочные горные породы, к которым приурочены нефтяные и газовые месторождения, состоят в основном из следующих минералов: глинистых (монтмориллонита, каолинита, палыгорскита), сульфатных (гипса, ангидрита, барита), карбонатных (кальцита, доломита), окисных (кварца) и некоторых других.

Под механическими свойствами горных пород понимают такие свойства, которые определяют поведение горных пород и минералов в процессе деформации. Деформации могут быть обратимыми и необратимыми.

Под действием внешних сил, превосходящих предел упругой деформации, может возникнуть либо хрупкое разрушение, либо пластическая (необратимая) деформация. Разрушение тела наступает при возникновении в нем напряжений, превышающих некоторый предел, называемый пределом прочности.

Прочность породы зависит от ее минерального состава. Наиболее твердым породообразующим минералом является кварц. Поэтому прочность породы обычно возрастает с увеличением содержания кварца. Прочность, абразивные свойства обломочных пород зависят от размеров частиц, состава и строения связывающих обломки цементов. Среди осадочных пород наибольшую прочность имеют породы с кремнеземистым цементом. При наличии глинистого цемента прочность пород резко снижается. Прочность горных пород увеличивается с уменьшением пористости, так как при этом возрастает число контактов минеральных частиц и силы взаимодействия между ними. Прочность горных пород зависит от глубины их залегания и степени метаморфизации. На прочность горных пород влияет и температура. С повышением температуры растет прочность глинистых пород вследствие спекания или метаморфизации. Прочность же хемогенных пород с повышением температуры уменьшается, а пластические свойства усиливаются.

Определяющим показателем сопротивления горных пород разрушению при бурении является сопротивление вдавливанию породоразрушающего инструмента в условиях неравномерного всестороннего сжатия.

Способность материала сопротивляться внедрению другого твердого тела в его поверхность называется твердостью.

Известно несколько методов определения твердости. Применительно к проблемам бурения наибольшее признание получил метод Л.А.Шрейнера. Сущность метода состоит в измерении деформации породы при вдавливании в нее цилиндрического пуансона (штампа) с плоским основанием. При вдавливании такого штампа в плоскую поверхность испытуемого тела площадь контакта в процессе вдавливания остается постоянной. Нагрузка на штамп увеличивается до тех пор, пока под основанием штампа не произойдет полного разрушения породы. Нагрузка при разрушении деленная на площадь основания штампа, определяет величину твердости.