Физични и механични свойства на скалите, влияещи върху процеса на сондиране, основните закони за разрушаване на скалите.

един.Основните физико-механични свойства на скалите, влияещи върху процеса на тяхното разрушаване по време на изграждането на кладенец­zhin, са еластичност и пластичност, твърдост, абразивност и непрекъснатост

физични

1. Сгъвания на земната кора:

и - антиклинална и синхронинална;
6 - изпускане и изтласкване; в - елементи
постелки от слоеве; 1 - шев отгоре;
2 - дъното на леглото

Еластични свойства на скалите. Всички скали претърпяват деформации под въздействието на външни натоварвания, изчезвайки­заседнал след сваляне на товара или останал. Извикват се първите еластична деформации, а втората - лице­ical. Повечето минерали, образуващи скали, са еластично чупливи тела, тоест те се подчиняват на закона на Хук и се срутват, когато напреженията достигнат границата на еластичност. С просто разтягане или компресия на еластично тяло, относителното удължение или компресия е пропорционално на нормалното напрежение­zheniya:

където Е е модулът на Йънг; - деформация.

Скалите принадлежат на еластично крехки тела и са подчинени­Законът на Хук само при приложение на динамично натоварване. Еластичните свойства на скалите се характеризират с модула на еластичност­гости (модул на Йънг) Е. и съотношението на Поасон (, където - напречна деформация; - надлъжна деформация). Модулът на еластичност на скалите зависи от минералогичния им състав, вида на натоварването и големината на приложеното натоварване, структурата, текстурата и дълбочината на залягане на скалите, състава и структурата.­на циментиращо вещество в кластични скали, степента на влага­съдържание, нетно към бруто и съдържание на карбонати в скалите.

Съотношението на Поасон за повечето скали и минерали е в рамките на 0,2. 0,4, а само при кварца е необичайно ниско - около 0,07, което се дължи на особеностите на структурата­неговата кристална решетка.

Пластични свойства на каменната пяна (пластичност). Унищожи­някои скали се предшестват от пластична деформация­мация, която започва, когато напрежението в­един вид еластична граница. Пластичността зависи от минералогията­състав на скалите и намалява с увеличаване на съдържанието­жания от кварц, фелдшпат и някои други минерали. Глините и порите имат високи пластични свойства.­dy, съдържащи соли. При определени условия някои скали са склонни да пълзят. Пълзенето се проявява в постоянното нарастване на деформацията при постоянно напрежение. Глините, шистите, солените скали, калниците и някои сортове варовици се характеризират със значително пълзене.

Твърдост на скалата. Под твърдостта на пони скалата­способността му да се противопоставя на проникването му (проникване) на скалорежещия инструмент.

В геологията е широко разпространена скалата на Моос за твърдост на минералите, според която условната твърдост на минералите се определя чрез метода на надраскване. Тази скала се основава на твърдостта на най-често срещаните минерали и скали, а на по-малко твърдите се присвояват по-ниски числа:

1 - талк; 2 - гипс или каменна сол; 3 - варов шпат или калцит; 4 - флуор шпат; 5 - апатит; 6 - фелдшпат; 7 - кварц; 8 - топаз; 9 - корунд; 10 - диамант.

Въз основа на многобройни изследвания на Л.А. Шрайнер предложи класификация на скалите, която се различава от скалата на твърдост по Моос по това, че най-пълно отчита основите­ните физични и механични свойства на скалите, които влияят­за процеса на сондиране (Таблица 1.1).

Група I включва скали, които не дават обща чуплива фрактура (слабо циментирани пясъци, глинести глини, вар­Найк-черупкови скали, мергели, глини с чести пластове пясък­никове, мергели и др.). Група II включва еластопластични скали (шисти, доломитизирани варовици, твърди анхидрити, доломити, конгломерати върху силикатен цимент, кварцово-карбонатни скали и др.). III група включва еластични чупливи, главно магматични и метаморфни скали.

Абразивност на скалите. Под абразивност под скала се разбира способността й да износва инструмент за рязане на скали в контакт с нея в процеса на тяхното взаимодействие. Абразивността на скалите се проявява в процеса на абразивно (главно механично) износване и е негова характеристика­риес. Следователно индикаторите за абразивност могат да се разглеждат като индикатори за механичните свойства на скалите.Абразивността на скалата, както всеки друг индикатор за механични свойства, отразява поведението й в специфични­тест или условия на работа. Понятието за абразивния метод­ността е тясно свързана с концепцията за външно триене и износване. Абразивните свойства на скалите не са добре разбрани. Триенето се влияе значително от околната среда. Коефициент на поресто триене­du, чиято повърхност се навлажнява с глинен разтвор, по-малко­повече от същия коефициент на триене върху скалата, навлажнена с вода, и много по-нисък от коефициента на триене срещу суха скала. Сред скалите квар е най-абразивният.­и фелдшпатови пясъчници и алевролити (циментирани­скали с отпадъчни зърна с размери от 0,01 до 0,1 mm). Разработени са няколко класификации за абразивност на скалите. Тази концепция беше предложена за оценка на структурното състояние на скалите и способността им да пренасят въздействия в скалата, например външно налягане.­нейната течна или газова среда. Степента на пригодност за такова излагане се определя от интраструктурните смущения.­в скалата (пукнатини, пори, повърхности на свободен контакт­че зърнени култури и т.н.).

Скалите се разрушават поради разделяне (от нормално до­напрежение) или срязване, срязване, срязване (от напрежение на срязване). При компресиране скалата се разрушава главно за изсипване, при разтягане - за отделяне. Унищожаването на скалите е сложен процес и унищожаването на отломки и отлепване се придружават взаимно.

Процесът на унищожаване отнема време и се случва постепенно, но с различна скорост. Разрушаването обикновено се случва чрез контакт от­повърхности на отделни минерални зърна. Продължителност на унищожаването­за една и съща скала, при равни други условия, се определя от натоварването, температурата, активността на околната среда, напрегнатото състояние и т.н.

При пробиване на кладенци може да бъде разрушаване на скали с битове от различен тип повърхностни и обемни. Първият тип унищожение обикновено е неефективен - той се свежда до смачкване, абразия, счупване­от масива и изтласкване на скални частици по посока на движението на инструмента. Без да навлизаме в по-подробно разглеждане на процеса, свързан с появата на един вид клин от счупен и повторен­движещи се частици, които създават тяга и допринасят за разрушаването заедно­раждане, както и механизма на абразията им, ще се спрем на обемна фрактура­движението на скалите.

Очевидно пробиването на скалата с бит с известно приближение може да се разглежда като процес на натискане на върха (щампа) с плоски и извити основи в скалата.

Преходът от по-ниска степен на напрежение върху матрицата към по-висока променя скоростта на деформация. В този случай има три фази на стресирано сътрудничество­изправяне на скалата под щампа: уплътняване (затихване на деформацията), предварително­ефективно равновесие (прекъсвания и промени) и разрушаване.

В първата фаза скоростта на деформация намалява до нула; в скалите деформациите са еластични; в глинена пластмаса­При някои скали първата фаза е фазата на уплътняване. Когато скалите са унищожени, първата фаза се характеризира с повърхностно разрушаване.

Във втората фаза скоростта на деформация не се разпада и при определено натоварване деформацията на пълзене става постоянна. Външно проявление­втората фаза на деформация, според V.S. Федоров, появата на срязване по контура на налягане в чупливи скали (появата на клин­различно задълбочаване) или пластична деформация в пластмасови скали. При всестранно компресиране (под сферичен печат) скалата ха­се характеризира с физическа и механична хетерогенност. Всеки дефект е вероятният фокус на концентрация на свръхнапрежение, което води до увеличаване на­пищяла.

С увеличаване на напрежението и увеличаване на мрежата от пукнатини в скалата се появяват повърхности на последователни ножици, характеризиращи деформацията­мация. Наблюдава се обемно разрушаване на скалата и в истински планини­В скалите, характеризиращи се с наличие на дефекти, процесът на разрушаване протича дори при натоварвания, по-ниски от критичните, но бавно. За­Капацитетът на втората фаза се определя от натоварването и условията, при които протича процесът на разрушаване (температура, активност и др.).

Третата фаза, според В.С. Федоров, е фаза на прогресивен растеж de­формации, фаза на обемно разрушаване. За скалите това продължава частица секунда.

Три фази на разрушаване съставляват пълен цикъл на разрушаване на скалите. При крехкост се наблюдава подчертан спазматичен характер­някои твърди скали. В крехки, но по-малко трайни скали, цикличните­повтаря се, но спазматичният характер не е толкова изразен. Малцина­още по-постепенно разрушаване е характерно за силните скали. Когато пластмасовите глини се разрушават, изобщо няма прекъсване.

При удар камъните могат да се срутят, когато­деформациите са по-малко от критични, съответстващи на максималната якост. При определена стойност на силата скалата се разрушава след първия удар. Намаляването на силата изисква увеличаване на броя на ударите в една и съща точка. Под определена стойност на силата на разрушаване на скалата няма да се получи при някакъв брой удари.

Разрушаването на скалата при циклични напрежения е причинено от нейната умора. Броят на циклите на натоварване при напрежения, близки до границата на умора, необходима за разрушаване на скали като мрамор, варовик, доломит, кварцит, е 50–110. Съотношение на устата­сила до сила за тези скали, в зависимост от пластичността на вибрацията­варира от 1/21 до 1/29.

Установено е, че в процеса на вдлъбване на върховете, разрушаването на скалата се случва, когато те са потопени с 0,10-0,25 mm, и продължаването­скоростта на цикъл на разрушаване на скалите е около 0,002 s. По този начин скалите се разрушават без вкарване на конусовидни зъби в тях. С по-голяма продължителност на контакт на зъбите със скалата, те се появяват по протежение­потапяне, но не в родителската скала, а в продуктите от нейното разрушаване. Болката може да бъде постигната с по-малко, но продължителна сила­по-разрушителен ефект от по-голяма сила, но действа незабавно. Следователно в реални условия при сондиране с увеличение на­Със скоростта на въртене на бита е необходимо да се увеличи аксиалното натоварване. Честотата на въртене на бита има двоен ефект върху ефекта от разрушаването на скалата: ефективността на разрушаване се увеличава, но в същото време продължителността на контакта на зъбите на фрезата с скалата намалява, което намалява ефективността на разрушаване.

В случай на повърхностна фрактура, ROP се увеличава пропорционално на увеличаването на скоростта на въртене.

Скалата също се разрушава под действието на течен поток върху нея, който изтича от отворите за битовете и трябва да бъдат изпълнени следните условия­viya: флуидният поток трябва да упражнява натиск р върху дъното;­изместването на струята y спрямо равнината на лицето не трябва да надвишава определена стойност, чиято специфична стойност зависи от p1 и е твърдо­sti порода, Kszh.

Между тези стойности се установява емпирична зависимост на p; >> k0Kszh, което е валидно при y = 0,5 m/s (тук k0 е експерименталният коефициент­(ent равен на 0,25-0,35).

За специфични условия на пробиване, максималната механична скорост­скоростта на проникване ще бъде само при определена комбинация от честота на въртене­натоварване на бита и дебита на флуида. Този разход е оптичен­малък. Препоръчително е да изберете подходящата комбинация от параметри на струята, осигуряваща окончателното разделяне и улавяне­частици, преодолявайки спада на налягането, депресирайки ги, образувайки се­извършва се с непрекъснат процес на течна филтрация в зоната на унищожаване.

Пробиваемостта се разбира като задълбочаване на кладенец за 1 час реално пробиване - т. Нар. ROP, um (m/h). Тази скорост намалява експоненциално с течение на времето поради износване на бита.

При правилно подбрани режими на сондиране, когато е осигурено обемно разрушаване на скалите, механичната скорост се променя обратно на твърдостта. Зависи и от други свойства (еластичност, пластичност и др.).

Ако скалите на определена група се пробиват с битове от същия модел, със същия размер, с постоянни режими на сондаж, тогава скоростта на намаляване на ROP може да се съди по относителната­абразивност на скалите.