3.2.3. Метод определения предела прочности при изгибе

Сущность метода заключается в определении разрушающей силы при изгибе образца породы, опирающегося на металлическое кольцо, при воздействии на него вертикальной нагрузки, передаваемой через кольцевой пуансон.

Образец горной породы кладут на опорное кольцо, а сверху на него ставят кольцевой пуансон. Отцентрировав испытательное устройство с образцом по вертикальной оси, помещают его между плитами пресса так, чтобы вертикальная ось устройства совмещалась с продольной осью пресса. Отклонения между осями при установке допускается не более 1-2 мм.

Пресс приводят в действие и образец плавно нагружают до его разрушения.

Предел прочности горной породы при изгибе

R_и = 0.75 Р_max /h  10⁵, где

Р_max - максимальная разрушающая сила, кг;

h - толщина образца, см.

Для практических расчетов с погрешностью не более 10% с учетом, что h = 1 см, предел прочности при изгибе вычисляют по формуле

R_и = 0.75  Р_max  10⁵, Па

3.3. Метод определения твердости пород по штампу

Сущность метода заключается во вдавливании в испытуемый образец горной породы цилиндрического или имеющего форму усеченного конуса пуансона с плоским основанием, в замере нагрузок, деформации до разрушения, параметров зоны разрушения и вычисления показателей механических свойств.

Твердость по штампу пород определяют на образцах любой формы с двумя плоскопараллельными поверхностями, площадь которых не менее чем в 350 раз превышает площадь сечения пуансона, , а высота составляет 15-20 диаметров пуансона. Испытуемые поверхности образцов шлифуют абразивными порошками. После изготовления образцы доводят до воздушно-сухого состояния высушивания в течение пяти суток на воздухе при 18-25^оС. Испытания проводят строго по инструкции, приложенной к прибору. Испытания допускается проводить на обеих поверхностях образца. Средний диаметр зоны разрушения определяют как среднее арифметическое не менее чем пяти замеров.

Расстояние между соседними осями вдавливания пуансона должно быть таким, чтобы кратчайшее расстояние между ближайшими точками краев зон разрушения было не менее их средних диаметров.

По диаграмме деформаций определяют твердость по штампу и вычисляют по формуле:

Р_ш = Р_ш / S , кгс/мм²,

где Р_ш - нагрузка, соответствующая пределу прочности на вдавливание ( определяют по максимальной ординате диаграмму деформации 1, 2 в кгс); S - площадь пуансона в мм².

4.Тепловые и свойства горных пород

В промыслово-геофизической практике для характеристики горных пород по тепловым свойствам также пользуются удельным тепловым сопротивлением — величиной, обратной коэффициенту теплопроводности. Указанные тепловые свойства горных пород определяют характер распределения естественного и искусственного тепловых полей в земной коре. От тепловых свойств горных пород и закономерностей их изменения по геологическим разрезам зависит эффективность результатов температурных измерений в скважинах. Эти данные являются основой методов геологической интерпретации материалов геотермии и способствуют решению ряда важнейших задач. Сведения о тепловых свойствах горных пород необходимы для тепловых расчетов, широко применяемых в настоящее время в нефтепромысловой практике и теоретических исследованиях, связанных с рациональными методами эксплуатации, и контроля за разработкой нефтяных и газовых месторождений. Коэффициент теплопроводности. Теплопроводность горных пород следует рассматривать с учетом их многофазного состояния. В горных породах величина коэффициента теплопроводности определяется объемным соотношением фаз (твердой, жидкой и газообразной), величиной и формой пор, гранулометрическим составом и другими факторами.

Основным параметром в терморазведке является теплопроводность, характеризующая способность сред и горных пород передавать тепло. В теории терморазведки доказано, что при температурах до 1000С теплопроводность обратно пропорциональна температуре. В связи с этим средняя теплопроводность до глубин около 100 км, где ожидаются такие температуры, понижается примерно в 3 раза по сравнению со средней теплопроводностью поверхностных отложений. На глубинах свыше 100 км теплопроводность постепенно повышается, что объясняется ростом с глубиной давления и лучистого теплообмена. Эта зона пониженной теплопроводности в мантии служит препятствием для оттока тепла к поверхности и способствует возрастанию температур с глубиной.

В целом теплопроводность горных пород зависит от минерального состава, структуры, текстуры, плотности, пористости, влажности, температуры. Минеральный состав магматических, метаморфических и осадочных пород не очень влияет на их теплопроводность. Плотность, пористость и давление, под которым находятся горные породы, связаны между собой. При повышении плотности и давления, а значит понижении пористости теплопроводность пород повышается. С увеличением влажности горных пород их теплопроводность резко увеличивается. Например, изменение влажности с 10 до 50% может увеличить теплопроводность в 2 - 4 раза. Повышение температуры снижает теплопроводность кристаллических и сухих осадочных пород и увеличивает у водонасыщенных. В целом влияние различных, иногда взаимно противоположных природных факторов, на теплопроводность горных пород весьма сложно и недостаточно изучено. Магматические и метаморфические породы обладают коэффициентом теплопроводности 0,2 - 0,4 (в среднем 0,3) Вт/(м*град), осадочные - 0,03 - 0,5 (в среднем 0,125) Вт/(м*град), нефтегазонасыщенные - меньше 0,05 Вт/(м*град).

Теплоемкостью горных пород объясняется их способность поглощать тепловую энергию. Она отличается сравнительным постоянством и возрастает с увеличением водонасыщенности. У магматических и метаморфических пород при обычных температурах теплоемкость изменяется в пределах (0,6 - 0,9)*10³ Дж/(кг*град), у осадочных - (0,7 - 1)*10³ Дж/(кг*град), у металлических руд - (0,9 - 1,4)*10³ Дж/(кг*град). С ростом температуры она увеличивается.

Температуропроводность характеризует скорость изменения температур при поглощении или отдаче тепла. У различных горных пород она изменяется в пределах (4 - 10)*10^-7 м² /c.

Тепловая инерция пород [Дж/(м²*с^1/2*K), где K - градусы Кельвина] является одной из обобщенных тепловых характеристик земной поверхности. Она используется при тепловых аэрокосмических съемках и характеризует суточный ход температур над разными ландшафтами и акваториями. Породы со слабой тепловой инерцией (сухие почвы и пески) характеризуются низкими ее значениями 500 Дж/м²с^1/2К и большим колебанием суточных температур (до 60 С). Породы и среды с высокой тепловой инерцией (обводненные породы, заболоченные участки) характеризуются значениями до 3000 Дж/м²с^1/2К и суточным изменением температур до 30 С. Над акваториями крупных рек, морей и океанов 10000 Дж/м²с^1/2К, а суточный ход температур составляет несколько градусов.

Перечисленные тепловые свойства горных пород определяют лабораторными методами. Для этого образцы горных пород помещают в плоские, цилиндрические или сферические датчики, через которые пропускают стационарный или импульсный тепловой поток от источника тепла. Измеряя прошедший поток, градиент температур за время опыта и зная геометрические размеры датчика, можно определить тепловые свойства пород.

Знание тепловых свойств горных пород необходимо для интерпретации результатов термометрии скважин и донных осадков; при глубинных геотермических исследованиях; выявлении тех или иных полезных ископаемых; при проведении тепловых расчетов с целью установления зависимостей тепловых свойств от физических, геологических, водно-коллекторских параметров.

Список используемой литературы:

1. Гиматудинов Ш. К/Физика нефтяного и газового пласта/ Ш.К. Гиматудинов,

Л.И. Ширковский // Недра 1982.

2. Кобранова В. Н./ Физические свойства горных пород / В.Н. Кобранова //

Гостоптехздат, 1962.

3. Мирзаджанзаде А. Х,/ Физика нефтяного и газового пласта/ А. Х.

Мирзаджанзаде, М. М. Аметов, А.Г. Ковалев // М.: Ижевск, 2005.

30