Figura 2.2 - Construcția pașaportului de rezistență
Pe axa absciselor, am lăsat deoparte valoarea rezistenței la tracțiune pentru compresia uniaxală, valoarea rezistenței la tracțiune și conducem inelele de tensionare Mohr, numite solicitări limitative. Apoi, trageți o tangență la aceste cercuri, care se numește plicul acestor stresuri. Caracterizează starea de stres final a stâncii în momentul distrugerii ei. Curba plicului se numește pașaportul de forță al stâncii. Orice punct din diagramă care intră în curbele plicurilor este un stres distructiv pentru stâncă, pașaportul căruia este construit. Conform Mării, distrugerea are loc în momentul în care tensiunile tangente ajung la curba plicului sau în cazul lui = 0, tensiunile normale de tracțiune ating o anumită valoare.
Plicul cercurilor limită de stres sau pașaportul de forță al rocii poate fi reprezentat prin ecuația Coulomb
unde este coeficientul de frecare internă.
Fragmentul ecuației urmează Sulakshin SS. [8] considerat ca rezistența forțelor de frecare la forfecarea stâncii dintre elementele sale.
- este coeficientul de proporționalitate între creșteri
tensiuni normale și tangențiale în distrugerea muntelui
- definit mai sus, ca o coeziune a pietrei. Este numeric egal cu
forța finală a rocii pentru forfecare (forfecare) în absență
Rezistența rocilor în timpul fracturilor depinde într-o mare măsură de tipul de deformare. Stâncile au rezistență semnificativă în cazul compresiei complete și uniaxiale, iar în cazul altor tipuri de încărcare, rezistența lor este redusă [5]. Tabelul 2.4 prezintă valorile comparative ale rezistenței rocilor [5].
Tabelul 2.4 - Valori comparative ale rezistenței rocilor
Astfel, putem scrie următoarea inegalitate
Un volum mare de foraj se face cu ajutorul burghiului de foraj, în timp ce stadiul principal al distrugerii este etapa de indentare. Când este presat, dintele bitului comprimă stânca, consumând o proporție semnificativă din sarcina axială. Aici trebuie să căutăm principalul motiv pentru eficiența scăzută a distrugerii rocilor în cazul găurilor de foraj. Evident, instrumentul de distrugere a rocilor viitorului ar trebui să fie de așa natură încât să exercite o forță de forfecare pe roci și, într-o oarecare măsură, să se îndoaie și să se întindă. Raportul pentru rocile fragile, cum ar fi gresiile, atinge o valoare, iar pentru rocile din plastic raportul este
Acum, în țară există o înlocuire în masă a biților cu role de acțiune de strivire-forfecare pe acțiunea de tăiere cu carbură de diamant. Și aceasta găsește confirmarea a ceea ce sa spus mai sus.
Rezistența scăzută la rupere a rocii se manifestă atunci când se forarează puțuri prin pierderea stabilității pereților portbagajului, a zăpezilor și a crăpăturilor.
2.5 Proprietăți elastice
Elasticitatea rocilor este capacitatea lor de a-și restabili forma și volumul după terminarea încărcăturii. Deformarea elastică dispare complet după îndepărtarea încărcăturii. Aceasta este o deformare reversibilă. Într-un corp perfect elastic, deformările apar instantaneu sub acțiunea încărcăturii și dispar rapid după îndepărtare. Elasticitatea rocilor este o consecință a interacțiunii atomilor între ele. Distingem deformarea liniară elastică, atunci când este direct proporțională cu deformarea neliniară de tensiune și elastică.
Pietrele elastice, ca și celelalte solide, fac obiectul legii lui Hooke. În ele, deformarea este proporțională cu forța care a cauzat această deformare.
Dintre rocile sedimentare, doar câteva au elasticitate. Mineralele sunt în mare parte elastice sub orice tip de aplicare a sarcinii. Spre deosebire de roci pe corpul elastic supunându legea lui Hooke, mai ales prin aceea că ele sunt caracterizate de fenomene precum histerezis și încovoierii elastic [5, 6]. Figura 2.3 prezintă tulpina reziduală sub herterezis și aftereffect elastic.
Figura 2.3 - Histerezis elastic și consecință elastică
La încărcarea și descărcarea Gatere, dacă sarcina a avut loc în domeniul elastic, curbele R = f (ε) nu coincid (figura 2.3 a) care formează caracteristica elastică buclă de histerezis. În cazul în care observarea deformarea reziduală a valorii tulpina va fi continuat, atunci acesta va dispărea odată cu trecerea timpului, iar proba va recupera dimensiunea acesteia (Figura 2.3 b). Acest fenomen se numește efect elastic.
Proprietățile elastice ale rocilor se caracterizează printr-un modul de elasticitate longitudinală, un modul de forfecare, un modul de elasticitate în vrac și un coeficient Poisson. Din punct de vedere fizic, modulele elastice, modulele de forfecare și modulele vrac sunt coeficienții de proporționalitate între tensiunile și deformările elastice pentru tipul corespunzător de tensiuni aplicate.
Modulul de elasticitate longitudinală sau modulul E al lui Young este factorul de proporționalitate între tensiunile normale de compresiune sau de întindere σ și deformarea longitudinală relativă ε corespunzătoare acestora. Modulul de elasticitate longitudinală este de asemenea numit modulul elasticității longitudinale, este egal cu
Modulul de forfecare G este coeficientul de proporționalitate între tensiunea tangențială τ și tensiunea relativă de forfecare δ.
Deformarea forfecării este uneori numită deformare unghiulară. Caracterizează schimbări în forma rocii deformate în timpul forfecării (forfecare). Este egal cu
unde λ este unghiul de înclinare al fiecărui element de piatră dreptunghiular după
Modulul în vrac al elasticității K (modulul compresiei totale) este proporțional cu raportul dintre tensiunea sub compresie uniformă și rotundă până la o schimbare relativă elastică a volumului eșantionului
unde este schimbarea relativă a volumului.
Raportul Poisson (coeficientul de deformare transversală) μ este o măsură a proporționalității între tulpinile relative longitudinale și relative ale eșantionului.
Toate caracteristicile pentru rocile elastice sunt legate între ele prin următoarele ecuații
2.5.1 Modulul de elasticitate
Modulul de elasticitate se caracterizează prin rigiditatea stâncii, capacitatea sa de a rezista cu elasticitate la impactul încărcăturii. Pentru mineralele și rocile fragile, modulul de elasticitate este calculat în conformitate cu legea lui Hooke.
Modulul de elasticitate al rocilor variază în intervalul 1 · 10 3 -1 · 10 5 MPa. Tabelul 2.5 prezintă valorile modulului de elasticitate al rocilor principale, inclusiv rocile sedimentare [5].
Tabelul 2.5 - Modul de elasticitate a rocilor
2.5.2 Principalii factori care afectează modulul de elasticitate
Pe măsură ce densitatea crește, modulul de elasticitate crește. Mineralele au un modul mai mare de elasticitate decât roca pe care o formează. Cu cât este mai mare modulul de elasticitate în minerale, cu atât este mai mare elasticitatea rocilor. Acest lucru se datorează faptului că modulul elasticității rocilor depinde mai mult de forțele de interacțiune din laturile cristalului decât de rigiditatea suprafețelor de contact ale boabelor.
Modulul de elasticitate de-a lungul patului de rocă este mai mare în comparație cu modulul de elasticitate de-a lungul patului, cu coeficientul de anisotropie pentru majoritatea rocilor egal cu 1,10-2,0.
Saturarea rocii cu un lichid afectează în mod semnificativ elasticitatea acesteia. Cu umiditatea în creștere, modulul de elasticitate scade.
Tipul de deformare influențează puternic și magnitudinea modulului de elasticitate. Cea mai mare valoare a modulului la compresie, cea mai mică la întinderea unei stânci.
Valoarea cristalelor joacă un rol. Alte lucruri fiind egale, în rocile moderate cristaline, modulul de elasticitate este mai mare decât cel al cristalelor grosiere. Porii din roci își reduc elasticitatea.
O creștere a temperaturii în rocile cristaline duce la o scădere continuă a modulului de elasticitate datorat creșterii mișcării termice a moleculelor și unei creșteri a plasticității rocilor. Pietrele de argilă datorate naturii coloidale a legăturii dintre particule cresc cu creșterea temperaturii, astfel încât constantele lor elastice cresc de mai multe ori.
Răcirea rocilor umede la temperaturi sub 0 ° C duce la înghețarea apei în roci și la întărirea legăturilor dintre particule. Aceasta duce la o creștere accentuată a modulului de elasticitate. Răcirea rocilor solide uscate mărește elasticitatea rocilor.
Mărimea compresiei totale exercită o influență considerabilă asupra elasticității. Modulul de elasticitate în condițiile compresiei totale este mult mai mare decât E, determinat pentru condițiile atmosferice.
2.5.3 Raportul Poisson
Pentru cele mai multe roci, raportul Poisson este în intervalul de la 0,1 la 0,45. Tabelul 2.6 prezintă valorile raportului Poisson μ pentru rocile complexului sedimentar [5].
Tabelul 2.6 - Raportul Poisson
Se știe că densitatea afectează raportul lui Poisson. Cu cât densitatea este rocă, cu atât este mai mică raportul lui Poisson.
2.6 Proprietăți termice
Dezvoltarea modernă a tehnologiei și tehnologiei forajului de foraj permite forarea la mari adâncimi. În Caucazul de Nord, puțuri de adâncime Volga Inferioară ajunge adesea 4000-6000 m. Ultradeep puturi SG-W Kola a ajuns la o adâncime de 12266 de metri. Temperaturile de roci la adâncimi sunt suficient de mari. Aceasta devine principala cauză a complicațiilor și a accidentelor [12, 15, 16].
De aceea este important să cunoaștem procesele termice care au loc în gaură, controlul și reglarea lor. Procesele termice depind în mare măsură de proprietățile termice (termo-fizice, termice) ale rocilor.
Fluxurile de căldură observate în timpul forării puțurilor sunt o consecință a impactului energiei solare și a căldurii adânci pe pământ. Dacă valoarea energiei solare este mult mai mare decât energia fluxului de căldură de la adâncimea până la suprafața Pământului, este de asemenea important ca radiația solară să afecteze straturile de suprafață. De asemenea, este important ca, în formarea câmpului termic joacă rol de adâncime a sondei de energie termică se estimează a fi pe 28 octombrie ERG / an (comparativ cu 5.4 · 31 octombrie erg / an de energie solară) [12]. Majoritatea cercetătorilor consideră că sursa căldurii adânci este decăderea radioactivă a uraniului, toriu și a altor elemente situate în crusta pământului și în stratul subcortic [12].
Condițiile de temperatură pentru secțiunea geologică sunt determinate de variațiile de temperatură zilnice și anuale. Fluctuațiile zilnice (de suprafață) apar datorită încălzirii pământului în timpul zilei și răcirii pe timp de noapte. Acestea afectează temperatura pământului la o adâncime de 1-2 m. Fluctuațiile anuale datorate schimbărilor în captarea radiației solare de 10-40 m (pentru Rusia). Pentru partea europeană a țării, fluctuațiile anuale ating adâncimi de 20-25 m.
Straturile de roci, în care amplitudinile variațiilor zilnice și anuale ale temperaturii sunt zero, se numesc straturi de temperatură constantă zilnică și anuală. Un strat de temperatură anuală constantă se numește un strat neutru. Sub stratul de temperatură, temperatura rocilor rămâne constantă în timp și crește pe măsură ce cavitatea se adâncește de-a lungul tăierii.
Câmpul termic al Pământului determină în mare măsură procesele asociate cu prospectarea, explorarea, dezvoltarea câmpurilor de petrol și gaze. Câmpul termic afectează regimul tehnologic al funcționării sondei. Sub influența acesteia, proprietățile reologice ale soluțiilor de spălare și tamponare se schimbă, starea de găurire a echipamentelor subterane. Cu sisteme termice masivul de rocă bine câmp legat diverse complicații în timpul cablarea și întreținerea sondelor: noroi de foraj degradarea termică, formarea hidraților cristaline, de gelificare prematură și stabilirea obturând soluții wellbore dezghețarea permafrostului în partea superioară a secțiunii, etc.
2.6.1 Variația adâncimii fântânii
Schimbarea de intensitate este determinată de adâncimea temperaturii gradientului geotermic magnitudinea G sau stadiul geotermică S. Gradientul geotermic caracterizează schimbarea temperaturii la schimbarea adâncimii pentru fiecare 100 m.
unde T este temperatura în profunzime, 0 K;
t este temperatura medie anuală a aerului la punctul de măsurare, 0 K.
Adâncimea de adâncime, m;
h este adâncimea stratului neutru, m;
Stadiul geotermal C este adâncimea la care este necesar să mergem mai adânc de la stratul neutru, astfel încât temperatura să crească cu 10 K.
Ambele cantități sunt legate între ele printr-o relație.
La modificarea temperaturii din puț este important ca măsurătorile au fost efectuate puțuri inactiv, adică în regim termic constant în masa de rocă, când influența temperaturii asupra rocii de lichid de spălare ușor sau nu. Figura 2.4 prezintă variația temperaturii rocilor trunchi ultra adânci puțuri SH Kola-3, SH-6 Tyumen, Bertha Rogers (USA) și Kolvinskoye Timano Caves [12, 16].
Se observă că temperatura extrem de puțuri de mare adâncime în roci sedimentare trecut semnificativ mai mare decât temperatura din wellbore SG-3 traversat matrice cristalina Peninsula Kola.
Tabelul 2.5 prezintă măsurătorile schimbărilor în gradienții de temperatură geotermală de-a lungul puțului SG-6 Tyumen [16].
În timpul operațiilor de declanșare adâncite, simple, în timpul funcționării schimbărilor de temperatură și de foraj în mod continuu și procesul de transfer de căldură trebuie considerată instabilă. Figura 2.5 prezintă distribuția temperaturii de-a lungul puțului de sondă în diferite perioade ale construcției sale.
Tabelul 2.5 - Gradienți de temperatură în conformitate cu SG-6
râul Konda. 2. PROPRIETĂȚILE FIZICO-MECANICE ALE MINERALELOR ȘI PROCESUL DESTRUCTURII LOR LA GĂURIRE 2.1. INFORMAȚII GENERALE PRIVIND PORTURILE MINERALE Coaja Pământului este compusă.
rasa. prin urmare, compresibilitatea totală a sistemului rocă fluid este total = (f + r). Proprietățile rocilor de munte sunt luate în considerare prin aplicarea coeficienților de compresibilitate corespunzători r. Informațiile furnizate. Rațiunea pentru proprietățile fizico-mecanice ale raselor montane a fost derivată din.
proprietățile fizico-mecanice ale raselor montane sunt importante. care determină rezistența stâncii la distrugere și, în consecință, productivitatea și costurile. Proprietățile fizice ale rasei montane sunt caracterizate.
21 21 CUPRINS INTRODUCERE 1. CONSIDERAȚII GENERALE PRIVIND PRELUCRAREA LEMNULUI 1.1. proprietățile fizico-mecanice ale rasei montane. care determină rezistența stâncii la distrugere și, în consecință, productivitatea și costurile. Proprietățile fizice ale rasei montane.