Методы определения показателей свойств горных пород
Виды испытаний горных пород.
Особенности горных пород как объекта испытаний
Напряженное состояние горных пород в условиях залегания представляет собой всестороннее сжатие, обусловленное горным давлением. Поэтому основные методы изучения деформирования и разрушения горных пород проводятся с учетом, что всестороннее сжатие оказывает на механические процессы в скважине существенное влияние. Испытание горных пород при моделировании всестороннего сжатия сложно и трудоемко. Поэтому при стандартных испытаниях приняты упрощенные методы.
Для определения показателей механических свойств горных пород используют две группы испытаний:
1) при простом напряженном состоянии (одноосное сжатие и одноосное растяжение);
2) при сложном напряженном состоянии (всестороннее сжатие, срез со сжатием и статическое и динамическое вдавливание инденторов). Индентора-ми называют тела любой формы, используемые для вдавливания в поверхность испытываемых на твердость тел. Из названных выше методов только одноосное сжатие и статическое вдавливание штампа с плоским основанием являются стандартными для горных пород. Горные породы в отличие от других тверды тел, например металлов, неоднородны как по составу, так и по строению и весьма часто в той или иной мере анизотропны. Для обобщения результатов испытаний пород необходимо ис-пользование математической статистики. Для получения надежных характери-стик породы оценивается количество необходимых повторных испытаний, а по их результатам рассчитываются среднее арифметическое значение и среднее квадратическое отклонение. Ранее выполненные исследования во ВНИИБТ и БашНИПИнефти показали, что распределение показателей свойств горных пород не противоречит нормальному закону распределения. Эти данные позволяют определить значения расчетных показателей с заданной надежностью.
|
|
|
В случае необходимости охарактеризовать большой интервал бурения делается случайная выборка образцов горной породы в пределах изучаемого интервала и определяются расчетные показатели путем обобщения результатов всех испытаний, выполненных для горных пород этого интервала.
Испытание горных пород при одноосном сжатии
Испытания горных пород при одноосном сжатии является одним из основных методов. Метод регламентирован международным стандартом, принятым Международным бюро по механике горных пород.
Схема испытания горной породы при одноосном сжатии на прессе приведена на рисунке 4.15 а.
Испытание горной породы при одноосном сжатии проводят на цилиндри-ческих образцах 2 диаметром 40…50 мм, с отношением длины образца l к его диаметру d, близким к единице. Торцы образца должны быть плоскопарал-лельными и шлифованными. Образец установлен между верхней 1 и нижней 3 плитой пресса. Одна из плит должна быть на шаровой опоре 4.
|
|
|
а б
Рис. 4.15. Схема испытания горной породы при одноосном сжатии (а) и графики зависимостей F от d и l (б)
При одноосном сжатии имеет место простое напряженное состояние, т.к.
σ1 = σ2 = 0; σ3 < 0,
где σ1, σ2 и σ3 – компоненты главных нормальных напряжений. Перед началом испытания при F = 0 на графике проводится горизонтальная прямая, кото-рая в последующем станет осью абсцисс. Нагружение образца проводится со скоростью 0,51,0 МПа/с до момента его разрушения (раздавливания).
В процессе испытания проводится запись величин нагрузки F, а также продольного l и поперечного d изменения размеров образца. Типичный вид графиков приведен на рисунке 4.15 б.
При обработке графиков сначала определяется начало координат. Для этого по наиболее крутому линейному участку графика проводится вспомогательная прямая MN, пересечение которой с осью абсцисс соответствует началу ко-ординат (точка 0).
|
|
|
Показатели свойств. По величине максимальной нагрузкиFmax(точка А)и площади S начального поперечного сечения образца горной породы опреде-
ляют предел прочности σсж на одноосное сжатие:
| σсж = Fmax/S, | (4.40) |
Где 
.
Измерения упругого изменения длины lу и диаметра dу образца горной породы, как показано на рис. 4.15 б, позволяют определить основные показатели упругих свойств горной породы: модуль упругости горной породы при од-ноосном сжатии Есж (модуль Юнга) и модуль поперечной деформации μсж (коэффициент Пуассона):
(4.41) 
(4.42)
где l и d – начальные длина и диаметр образца горной породы.
Классификация горных пород по величине прочности на одноосное
сжатиеприведена в табл. 4.3. Из табл. 4.3 видно, что горные породы по
прочности разделены на пять групп и двенадцать категорий. Нефтяные и
газовые месторож-дения сложены в основном горными породами до
десятой категории.
Для некоторых горных пород, например для глин и каменной соли, может быть определен предел текучести σs на одноосное сжатие:
|
|
|
| σs = F s /S, | (4.43) |
где Fs –нагрузка на образец породы,соответствующая началу потери прямойпропорциональности между нагрузкой и деформацией (точка В). Для большинства горных пород различие между величинами Fmax и Fs не выходит за пределы разброса измеряемых величин. В этих случаях принимают σs = σсж.
|
Классификация горных пород по показателю прочности на одноосное сжатие | Таблица 4.3 | ||||||
|
| |||||||
| Группы | Очень | Слабые | Средние | Прочные | Очень | ||
| слабые | прочные | ||||||
| Категории | 1, 2, 3 | 4, 5, 6 | 7, 8, 9 | 10, 11 | 12 | ||
| σсж, МПа | < 70 | 70–160 | 160–320 | 320–650 | > 650 | ||
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 1032; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!