2 Вопрос.

Интенсивность разрушения забоя скважины монотонно снижается с ростом глубины скважины. Основное влияние на сопротивление горных пород разру­шению оказывает не сама температура горных пород, а раз­ность между температурой горной породы и буровым раство­ром. Нагрев или охлаждение забоя промывочной жидкостью приводит к возникновению термических напряжений, кото­рые алгебраически складываются с напряжениями, создавае­мыми породоразрушающим инструментом. Нагружение элементов вооружения инструмента для соз­дания разрушающих напряжений в горной породе создается осевой нагрузкой G, например, весом бурильной колонны к которыми присоединено долото Разрушение горной породы характеризуется макси­мальной глубиной внедрения рабочих элементов горную породу при единичных воздействиях и величиной углубления скважины за один оборот инструмента Н₀. Последнее можно назвать проходкой за один обо­рот или интенсивностью разрушения забоя.

3 Вопрос.

Вращательный способ реализуется при воздействии на забой породоразрушающего инструмента, к которому через промежуточное звено, представляющее колонну стальных труб, приложены осевая статическая сила и крутящий момент . Под действием указанных нагрузок происходят резание, скалывание и истирание породы забоя. Вращательный способ в настоящее время является самым универсальным и применяется при бурении пород любой твердости.

Ударно-вращательный способ заключается в передаче через промежуточное звено породоразрушающему инструменту, помимо осевой статической силы и крутящего момента, ударных импульсов с силой , определенной энергии и частоты (900-5000 уд/мин). Генераторами ударных импульсов служат специальные машины (гидро – или пневмоударники, забойные вибраторы), устанавливаемые непосредственно над породоразрушающим инструментом или промежуточным звеном. Ударно – вращательный метод усиливает эффект разрушения твердых пород.

Билет номер 6

1. Методы определения прочности горных пород на растяжение

Предел прочности при растяжении (сопротивление на разрыв) или временное сопротивление разрыву σ_в — механическое напряжение, выше которого происходит разрушение материала. Поскольку при оценке прочности время нагружения образцов часто не превышает нескольких секунд от начала нагружения до момента разрушения, то его также называют условно-мгновенным пределом прочности, или хрупко-кратковременным пределом прочности.

Соответственно для определения показателей механических свойств горных пород применяются две группы испытаний: При этом стандартными являются методы испытания при одноосном сжатии и при статическом вдавливании цилиндрического штампа с плоским основанием.

Схема испытания горной породы при одноосном сжатии изображена на рис2.3. Образец породы нагружается до его разрушения. По величине максимальной нагрузки Р_mах и площади F начального поперечного сечения образца горной породы определяют предел прочности на одноосное сжатие

(2.2.)

Измерения упругого изменения длины и диаметра образца горной породы, как показано на рис. 2.2., б, позволяет определить основные показатели упругих свойств горной породы: модуль упругости горной породы при одноосном сжатии (модуль Юнга) Е_cж и коэффициент Пуассона .

; (2.3.)

Рис. 2.3. Схема испытания образцов горной породы при одноосном сжатии (а) и графики зависимостей и om Р (б).

Все горные по величине прочности на одноосное сжатие породы разделены на пять групп и двенадцать категории.

Испытания горных пород в условиях всестороннего сжатия показали:

1) хрупкие горные породы в условиях простого напряженного состояния становятся пластично-хрупкими в условиях всестороннего сжатия;

2) предел текучести и предел прочности горных пород растут по мере увеличения среднего нормального напряжения, характеризующего уровень всестороннего сжатия;

Обобщенный закон Гука. Деформации растяжения или сжа­тия принято обозначать . Согласно закону Гука, величина де­формации прямо пропорциональна нормальному напряжению:

.

Где Е - модуль Юнга.

Пусть твердое тело находится под действием внешней нагруз­ки. Напряжения на гранях куба с ребром, равным I, выделен­ного в объеме тела, распределены равномерно.

Можно показать из анализа сложного напряженного состояния элементарного куба твердого тела по действием внешней нагрузки, что в этом случае закон Гука представляет систему семи уравнений:

(2.4)

В уравнениях - нормальное напряжения, действующие перпендикулярно граням куба.

- касательные напряжения, действующие в плоскостях граней куба.

Е – модуль упругости материала куба;

- коэффициент Пуассона;

- деформации граней элементарного куба;

- объемная деформация куба.

- модуль объемной деформации;

- деформации сдвига;

- модуль деформации при сдвиге.

Закон Гука соблюдается лишь в области малых деформаций. Дальнейшее деформирование приводит или к хрупкому разру­шению тел, или к потере пропорциональности между напряже­ниями и деформациями, т.е. к появлению пластических (не­обратимых) деформаций.