Класифікація породоруйнуючого інструменту за характером руйнування породи і за призначенням.

Призначення породоруйнуючого інструменту.

Тема: Породоруйнуючі інструменти.

Розподіл напружень поблизу свердловини за С.Г. Лехницьким.

Тема: Напружений стан гірських порід.

План:

1. Схема формування напруженого стану порід.

1. В природних умовах земної кори напружений стан у будь-якій точці породи обумовлений вагою вищележачої товщі, тектонічними, а іноді й хімічними процесами.

Розглянемо скорочену схему формування напруженого стану порід, допустивши, що відсутні тектонічні сили і напруження, обумовлені хімічними процесами. Виділимо умовно вертикальний стовпчик порід з площею поперечного перерізу. У будь-якому перерізі цього стовпчика частина площі зайнята твердим скелетом породи, а інша частина – порами, в яких міститься рідина або газ. Відношення тієї частини площі перерізу, яка припадає на пори до загальної площі стовпчика завжди мене одиниці.

Напружений стан у гірських породах може суттєво змінюватися під впливом тектонічних сил. Наприклад, при утворенні антиклінальної складки в гірських породах виникають напруження зсуву. При деяких видах тектонічних рухів цілісність породи може бути порушена взагалі.

Причиною зміни напруженого стану можуть бути і хімічні процеси, які сприяють перетворенню складу порід, зміни об’єму їх скелета і збільшення пористості.

Вага вищележачої товщі порід сприймається частково твердою речовиною скелета породи, а частково рідиною, що знаходиться в порах. Тоді баланс вертикальних сил має такий вигляд:

Grn= Pгс·F = σеф·(1-v)·F + ν·F·Pпор,

де σеф – ефективне напруження скелета породи в перерізі, Па; Pпор – поровий тиск рідини, Па;

Ргс - геостатичний тиск, Па.

2. С.Г. Лехницький показав, що розподіл напружень у пружних ізотропних безпористих породах описується системою таких рівнянь:

σz = -ρоб·g·z

σr = -æ·ρоб·g·z + (æ·ρоб-ρn)·g·z·r²c/r²

σt = -æ·ρоб·g·z + (æ·ρоб-ρn)·g·z·r²c/r²

де σz – осьове напруження, Па; σr – радіальні напруження, Па; σt – тангенціальні напруження, Па; r- радіус розглядуваної точки породи поблизу свердловини, м; rc – радіус вертикальної свердловини, м; z – глибина розглядаємої точки від денної поверхні, м; æ – коефіцієнт бокового розпору, æ = µ/1-µ; µ - коефіцієнт Пуасона.

Отже, порода поблизу свердловини знаходиться в складнішому напруженому стані, ніж порода у віддаленому масиві.

 

План:

1. Породоруйнуючі інструменти (бурові долота) призначені для концентрованої передачі енергії гірської породі з метою її руйнування і створення свердловини циліндричної форми.

Характер руйнування гірських порід залежить від їх твердості та пластичності. М’які пластичні породи (наприклад,глини) ефективно руйнуються різанням. Причому ефективність руйнування таких порід збільшується із збільшенням гострості робочих (ріжучих) елементів долота. У мірі підвищення твердості і зниження пластичності руйнування гірських порід різанням стає все менш ефективним. У зв’язку з цим, для порід середньої твердості (глинисті сланці,аргіліти та інші) застосовують долота, які забезпечують поєднання дроблення породи із сколюванням. У таких доліт робочий елемент долота проникає в породу внаслідок його удару об вибій, а сколювання породи відбувається за рахунок ковзання робочого елемента долота відносно площини вибою в результаті обертання долота.

Долота дробляче- сколюючої дії повинні мати достатню довжину та загострення робочих елементів, що забезпечує їх проникнення в розбурювану гірську породу на велику глибину.

Тверді та абразивні породи найефективніше руйнуються дробленням в результаті ударів робочих елементів об породу.

Малоабразивні тверді і міцні породи добре руйнуються мікрорізанням. Робочі елементи доліт, які забезпечують руйнування порід мікрорізанням, повинні мати дуже високу твердість, а їх кількість повинна бути такою, щоб забезпечити руйнування породи на всій поверхні вибою.

2.За характером руйнування породи бурові долота класифікуються таким чином:

1. Долота ріжуче-сколюючої дії, які призначені для розбурювання в’язких і пластичних порід невеликої твердості та малої абразивності;

2. Долота дроблячи-сколюючої дії, які призначені для розбурювання неабразивних і абразивних порід середньої твердості;

3. Долота дроблячої дії, які призначені для розбурювання неабразивних і абразивних твердих, міцних та дуже міцних порід;

4. Долота ріжуче-стираючої дії, які призначені для буріння в неабразивних породах середньої твердості і твердих, а також для розбурювання порід, що чергуються за твердістю, абразивних і неабразивних порід.

За призначенням бурові долота можуть бути об’єднані в три групи:

1. Для руйнування породи з утворенням суцільного вибою свердловини (буріння без відбору керна);

2. Для руйнування породи з утворенням кільцевого вибою свердловини (буріння з відбором керна);

3. Для виконання спеціальних робіт.