ТЕПЛОВЫЕ СПОСОБЫ РАЗУПРОЧНЕНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ * ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН
*
Горная порода — это поли — или мономинеральный агрегат, состоящий из зерен-монокристаллов, спаянных между собой меж — зерновым цементом [42]. Под действием теплоты в горных породах в зависимости от их пористости, влажности, структуры, текстуры, минерального и химического состава проявляются различные эффекты, способствующие возникновению и развитию деформаций, релаксации напряжений, фазовым изменениям, изменению химического состава [3]. К этим эффектам следует отнести: тепловое расширение; явление дегидратации; полиморфное превращение; диссоциацию; пограничные процессы в межзерновом пространстве; внутрикристаллические явления.
Существуют стадии разрушения горных пород, каждая из которых характеризуется происходящими в ней и свойственными
только ей процессами: разупрочнение и хрупкое разрушение; плавление; испарение.
Каждая из стадий разрушения имеет свою энергоемкость. Например, одна и та же порода имеет три различные энергоемкости для каждой из стадий разрушения.
Хрупкое разрушение происходит при интенсивном кратковременном поверхностном нагреве тонкого слоя породы, вследствие возникающего температурного градиента. Термическое напряжение приводит к отколу мелких чешуек —разрыву межзерновых связей.
По термобуримости породы можно разделить на три группы: легкотермобуримые; термобуримые; труднотермобуримые.
Плавление горной породы — это изменение ее агрегатного состояния. Если при хрупком разрушении рвутся межзерновые связи, то при плавлении, как первоначально считалось, разрушается кристаллическая решетка. Однако недавно в Ленинградском государственном университете после многочисленных экспериментов, выполненных в условиях, приближенных к глубинным (давление до 1000 МПа и температура до 660 °С), было сделано открытие: кристаллы в минералах не распадаются в таких условиях на отдельные атомы и ионы, а целиком блоки упакованных атомов и ионов переходят неизменными из одного кристаллического состояния в другое.