2. Особенности напряженного состояния скелета пористых пород.

Рассмотрим влияние давления жидкости в порах на напряженное состояние скелета пористой горной породы. Возьмем идеальную модель пористого твердого тела и вырежем из нее единичный элемент (рис.).

Сверху на единичную площадку действует геостатическое давление . Если бы все вертикальное давление воспринималось скелетом породы, то напряжение в скелете в сечении I-I было бы максимальным:

Рис. 3. Модель

пористой породы

где - доля единичной площади, занимаемая скелетом в рассматриваемом сечении.

Однако жидкость, находящаяся в порах, воспринимает нагрузку, равную . Следовательно, напряжение в скелете

Обозначим , тогда

Величина зависит от пористости и структуры порового пространство. Из формулы видно, что по мере увеличения пластового давления наблюдается уменьшение вертикальной нагрузки на скелет. Если , то . Следовательно, по мере приближения пластового давления к геостатическому напряженное состояние к равномерному всестороннему сжатию.

Пористости и плотности породы изменяется в зависимости от глубины залегания z.

По данным z профессора Мельникова Ю.А. при

z, м	0	1000	2000	3000
Пористость, %	46	34	22	10
Плотность пород, г/см3	1,9	2,12	2,35	2,53

Монотонное увеличение плотности в случае изменения порового давления с глубиной по гидростатическому закону ( ) называется нормальным уплотнением глинистых пород.

3. Напряженное состояние горных пород, вскрытых скважиной.

Вскрытие горных пород скважиной существенно изменяет их напряженное состояние, т.к. давление в скважине, как правило, ниже бокового давления горных пород. Стенки скважины остаются длительное время незакрепленными и подвергаются как переменным нагрузкам так и физико-химическому воздействию промывочной жидкости. Все эти факторы отрицательно влияют на устойчивость горных пород стенок скважины стоит весьма остро.

Рассмотрим упругое распределение напряжений в горных породах, вскрытых скважиной (рис 1). Для вертикальной скважины задача осесимитрична относительно оси скважины и решается в цилиндрических координатах.

Изменение напряженного состояния пород описывается следующей системой уравнений:

вертикальное направление по данным профессора Лехницкого С.Г.

р

Рис. 1. Расчетная схема для определения напряжений вокруг вертикальной скважины

ациональное

тангенсальное

Последние два уравнения теоретически выведены профессором Лехницким С.Г.

Н а рис. 2 упругое распределение напряжений по горизонтальному направлению от оси скважины предоставлены в виде зависимостей от .

Рис. 2. Графики упругого распределения напряжений в горных породах:

; ; ;

охлаждение;

Из рис. 2 видно, что наибольше изменение напряженного состояния горных пород наблюдается на стенке скважины и обусловлено разностью между боковым давлением в горных породах и гидростатическим давлением в скважине .

Охлаждение или нагревание стенок при промывке скважины вызывает возникновение термических напряжений в горных породах.