7. Разрушение горных пород при бурении

При вращательном бурении энергия на разрушение горных пород передается

от вращающегося инструмента путем нагружения долота осевой нагрузкой

(прижатие долота к забою скважины). Измерение энергии реализуемой долотом на забое, связано с большими техническими трудностями. Наблюдения показывают, что в конкретных условиях бурения момент сопротивления вращению долота может быть приближенно определен через осевую нагрузку, т.е. осевую нагрузку можно рассматривать как параметр реализуемой энергии. Это допущение широко используется при изучении разрушения горных пород в процессе бурения скважин. С точки зрения изменения напряженного состояния в горной породе и связанного с ним процесса ее разрушения наибольший интерес представляют исследования при переменных значениях нагрузки и постоянной скорости вращения. Типичный график зависимости скорости разрушения горной

породы (механической скорости бурения ум) от нагрузки на долото приведен

на рисунке. Выделяют три характерных области изменения осевой

нагрузки, в которых имеют место различные процессы разрушения пород. Эти области обозначены соответственно I, II, Ш.

Рис. График зависимости скорости разрушения породы от нагрузки

I область. Скорость разрушения горной породы прямо пропорциональна

нагрузке и весьма мала. Никаких видимых разрушений на поверхности контакта горной породы с инструментом нет. Образование выработки в горной породе идет путем снятия с поверхности тончайших слоев породы, т.е. путем истирания вследствие работы сил трения. Такой процесс разрушения породы называется поверхностным истиранием.

I I область (переходная) Прямая пропорциональность между скоростью разрушения горной породы и нагрузкой при переходе из первой области во

вторую нарушается. На поверхности контакта горной породы с инструментом видна хорошо развитая трещиноватость, обусловленная усталостными явлениями при многократном воздействии породоразрушающего инструмента на породу. В результате наряду со снятием тонких поверхностных слоев истиранием наблюдается выкрашивание значительных объемов с поверхности породы.

Такой процесс разрушения породы называется усталостным.

III область. Напряженное состояние в горной породе достигло предельного

значения. При этом интенсивно разрушается порода в области прилегающей

к поверхности контакта породы с породоразрушающим инструментом.

Скорость разрушения с ростом нагрузки быстро возрастает. Такой процесс разрушения горной породы называется объемным.

Следует помнить, что при работе элементов вооружения долота на забое

одновременно имеют место во второй области изменения нагрузки усталостный и поверхностный процессы разрушения, а в третьей области - объемный, усталостный и поверхностный процессы разрушения. Поэтому четкой границы между областями провести нельзя. Области выделяются по основному вкладу того или иного процесса в общий объем разрушения.

Рассмотренные области выделяются в процессе разрушения пород всеми

типами долот.__