- •Определение механических свойств горных пород методом вдавливания жесткого цилиндрического штампа
- •Введение
- •Методика проведения испытания
- •Геометрия используемых штампов
- •Проведение испытаний и обработка графиков деформации
- •Пример определения механических характеристик диорита
- •Содержание отчета
- •Литература
- •Определение механических свойств горных пород методом вдавливания жесткого цилиндрического штампа
Министерство общего и профессионального образования
Российской Федерации
Томский политехнический университет
УТВЕРЖДАЮ Декан ЗГРФ
______________ В.И.Брылин
"____"______________ 1997 г.
Определение механических свойств горных пород методом вдавливания жесткого цилиндрического штампа
Методические указания к выполнению лабораторной
работы по курсу "Физика разрушения горных пород"
для студентов специальности 090800 "Бурение нефтяных
и газовых скважин" очного (заочного) обучения
Томск 1997
Введение
Механические свойства, к которым чаще всего относят только трещиностойкость (иначе, прочность) горных пород, определяются различными способами: одноосным сжатием образцов или их растяжением, испытанием образцов пород в более сложных напряженных состояниях ( двух-, трёхосное нагружение) и пр. Получаемые в таких испытаниях связь между напряжением и деформацией, а также значения прочности, предела упругости образцов горных пород несут важную информацию об особенностях деформационного поведения различных пород, но к деформационному поведению пород на забое скважины имеют лишь косвенное отношение.
Вдавливание жесткого цилиндрического штампа в образцы горных пород более точно воспроизводит процесс разрушения породы на забое скважины при действии на неё специальным инструментом, чем разрушение, реализуемое при одноосном сжатии или в более сложных напряженных состояниях. К тому же определение механических свойств горных пород методом вдавливания штампа не занимает много времени, что позволяет считать данный метод экспрессным.
Методика проведения испытания
Для определения механических свойств горных пород методом вдавливания штампа используется установка УМГП-3, сконструированная под руководством Л.А.Шрейнера. Установка позволяет получить диаграмму деформирования, т.е. связь между усилием вдавливания F, развиваемым установкой, и величиной абсолютной деформации, т.е. глубиной проникновения штампа в породу. Кривая деформации записывается автоматически. Установка позволяет с помощью четырёх входящих в её комплект грузов с различным условным весом использовать следующие пределы нагружения:
О - 1000 Н (груз с условным весом 0,582 кг),
0 - 2500 Н (груз с условным весом 2,605 кг),
0 - 5000 Н (груз с условным весом 6,105 кг),
0 - 10000 Н (груз с условным весом 13,0 кг).
Следует иметь ввиду, что масштаб записи нагрузки при использовании различных условных грузов будет различен: при использовании четвертого условного груза 1 мм на оси F соответствует 100 Н, для третьего условного груза 1 мм на оси F соответствует 50 Н и т.п.
Максимальная измеряемая абсолютная деформация горной породы достигает 750·10-6 м.
При помощи вдавливания штампа в образцы горных пород на установке УМГП-3 можно определить следующие механические характеристики: твердость Рш, условный предел текучести (предел упругости) Р0, условный коэффициент пластичности Кпл, удельную контактную энергию разрушения А3, удельную объёмную энергию разрушения Аv, жесткость горной породы С .
Подготовка образцов к исследованию
Образцы горных пород, подготавливаемые к исследованию, должны иметь две плоско-параллельные поверхности. Чаще всего образцы изготавливаются из кернов при помощи алмазного круга для получения полированной торцовой поверхности. Боковая поверхность образцов не обрабатывается. Цилиндрические образцы из кернов имеют высоту (30 ÷ 50)·10-3 м и диаметр (40 ÷ 60)·10-3 м. Проверка параллельности торцовых поверхностей образца производится при помощи микрометра: допуск на непараллельность не должен превышать (0,05 ÷ 0,1)·10-3 м при длине образца, равной 50·10-3 м.
После изготовления образцы подсушиваются в сушильном шкафу при температуре, не превышающей 100 °С, в течение (2 ÷ 2,5) часов., а затем медленно охлаждаются на воздухе.