Томский		Институт
политехнический		геологии и
университет		нефтегазового дела

Экзаменационный билет № 1 Государственный экзамен Кафедра бс

Курс – 4 очн., заочн.

1. Какими показателями пользуются для оценки работы долот.

2. Влияние осевого усилия на механическую скорость бурения.

3. Тело Максвелла и проявление упругих и вязких свойств горных

пород.

Утверждаю: зав. кафедрой БС _________

«___»__________________2009 г.

1. Какими показателями пользуются для оценки работы долот.

2. Влияние осевого усилия на механическую скорость бурения.

3. Тело Максвелла и проявление упругих и вязких свойств горных

пород.

Томский		Институт
политехнический		геологии и
университет		нефтегазового дела

Экзаменационный билет № 2 Государственный экзамен Кафедра бс

Курс – 4 очн., заочн.

1. Бразильский метод определения прочности горных пород.

2. Взаимосвязь параметров режима бурения при турбинном способе бурения.

3. Идеальное тело Ньютона: механическая модель, уравнение состояния, деформационная кривая.

Утверждаю: зав. кафедрой БС _________

«___»__________________2009 г.

1. Бразильский метод определения прочности горных пород.

.1.1. Определение прочности при одноосном растяжении. При одноосном растяжении образцов (σ₁ = σ₂ = 0 > – σ₃) поверхность  вырождается в точку T_o, расположенную на оси σ₃ (рис. 17). Разрушение в этом случае происходит в результате развития в образце трещины нормального отрыва. Разрушение начинается с наибольшего в теле дефекта (трещины), которая расположена перпендикулярно линии действия растягивающей силы.

Прочность на растяжение _р большинства горных пород не превышает 20 МПа.

Определение прочности горных пород при одноосном растяжении связано с большими трудностями. Главными из них является техническая сложность в создании приемлемой геометрии образца и линейного растяжения его. По этим причинам прочность горных пород на растяжение определяется косвенными методами. Одним из них является «бразильский способ испытания». Этот метод основан на сжатии цилиндрических образцов по их образующей либо стальными плитами, либо клиньями (рис.18). Рекомендуемый диаметр d образцов равен 42 мм, допускается использование образцов и диаметром от 30 до 60 мм. Длина l образца составляет (0,7 – 1,1)d, но предпочтительнее соблюдать равенство l = d.

Метод основан на решении задачи теории упругости, из которой следует, что в плоскости ОО (рис. 18) действия силы F в образце возникают растягивающие напряжения, перпендикулярные к этой плоскости, имеющие почти равномерное распределение по большей части диаметра образца.

Скорость приложения нагрузки составляет 0,1 – 0,5 МПа/с. При изменении скорости приложения нагрузки в таком небольшом диапазоне не вызывает появления зависимости прочности образца от скорости приложения нагрузки: для этого, как известно, последняя должна изменяться в значительно большем диапазоне: 10^-5 – 10² МПа/с.

Рис.18. Схема «бразильского» способа испытания образцов горной породы на разрыв с помощью плит (а) и клиньев (б)

Прочность образца определяется по формуле

_р = 2F/S,

где S – площадь сечения разрыва образца близка произведению d^·l.

Круг напряжений Мора для данного напряженного состояния

₁ = ₂ = 0 > – ₃ = – _р

на координатной плоскости –  имеет следующие особенности: радиус окружности R = _р/2 , центр окружности имеет координаты (– _р/2, 0).

5.1.2. Определение прочности при одноосном сжатии. При таком испытании образца (₁ > 0, ₂ =₃ = 0) поверхность  вырождается в точку С на оси ₁ (рис. 17). Для широкого круга горных пород выполняется соотношение _сж/_р = 8  10, хотя нередко это отношение имеет и большее значение. Наибольшую величину прочности на сжатие имеют плотные мелкозернистые кварциты и нефриты (500 – 600 МПа), мелкозернистые граниты (350 МПа).

Испытанию подвергаются образцы горных пород, имеющие цилиндрическое или прямоугольное сечение. Чаще всего образцы изготавливают из кернов горных пород. Диаметр d цилиндрических образцов составляет (40 ÷ 50) мм. Отношение длины образца к диаметру l / d должно равняться 1,0 ± 0,05. Но часто используются образцы, у которых отношение l / d достигает и больших значений (l / d ≥ 2,0).

Сравнивать получаемые значения прочности образцов, у которых величина отношения l / d различная, нельзя, т.к. увеличение l / d вызывает снижение прочности. Наиболее существенное снижение прочности происходит при изменении отношения l / d в диапазоне 0,5 ÷ 1,0. Такое снижение прочности связывают с уменьшением влияния трения на торцовых поверхностях образца на развитие разрушения при росте l.

Испытательный пресс должен иметь полированные давильные плиты, между которыми помещается образец горной породы. Необходимо, чтобы одна из давильных плит имела шаровую опору, радиус которой должен в несколько раз превышать радиус нагружаемого образца. Основное назначение шаровой опоры – обеспечить плотное прилегание к давильным плитам непараллельных торцовых поверхностей образца горной породы.

Скорость нагружения образца составляет 0,5 – 1,0 МПа/с.

Прочность образца на сжатие _сж определяется по формуле

_сж = F_max/S,

где F_max  – нагрузка, при которой произошло разрушение образца, S  – начальная площадь поперечного сечения образца.

Круг напряжений Мора для напряженного состояния

₁ = _сж, ₂ = ₃ = 0 

имеет такие особенности: радиус окружности R = _сж/2, центр окружности имеет координаты (_сж/2, 0). Круг напряжений Мора для этого случая значительно превосходит предыдущий и располагается в положительной части оси нормальных напряжений.

Причиной неодинакового сопротивления горных пород растяжению и сжатию является внутреннее трение, усиливающееся в образцах горных пород при их сжатии.