Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Основными физико-механическими свойствами горных пород, влияющими на процесс их разрушения при строительстве сква­жины, считаются упругие и пластические свойства, твердость, абразивность и сплошность.

Упругие свойства горных пород. Все горные породы под воз­действием внешних нагрузок претерпевают деформации, исчеза­ющие или остающиеся после удаления нагрузки. Первые из них называются упругими деформациями, а вторые — пластическими, большинство породообразующих минералов являются телами уп — РУго-хрупкими, т. е. они подчиняются закону Гука (при простом

растягивании или сжатии упругого бруска относительное удлине — ! ние или сжатие пропорциональны нормальному напряжению: а== = Ее, где о — напряжение; Е — модуль Юнга; е — деформация) и разрушаются, когда напряжения достигают предела упругости.

Горные породы также относятся к упруго-хрупким телам, но в отличие от минералов они подчиняются закону Гука только при динамическом приложении нагрузки.

Упругие свойства горных пород характеризуются модулем упру­гости (модуль Юнга) Е и коэффициентом Пуассона ц:

ц = £*/£,,

где ех — поперечная деформация; еу — продольная деформация.

Модуль упругости горных пород зависит от их минералогиче­ского состава, вида нагружения и величины приложенной нагруз­ки, структуры, текстуры и глубины залегания пород, состава и строения цементирующего вещества у обломочных пород, степе­ни влажности, песчаннистости и карбонатности пород.

Коэффициент Пуассона для большинства пород и минералов находится в пределах 0,2…0,4 и только у кварца он аномально, низок — примерно 0,07, что обусловлено особенностями стро­ения его кристаллической решетки.

Пластические свойства горных пород (пластичность). Разруше­нию некоторых горных пород предшествует пластическая дефор­мация, которая начинается, как только напряжения в породе пре­вышают предел упругости. Пластичность зависит от минералоги­ческого состава горных пород и уменьшается с увеличением со­держания кварца, полевого шпата и некоторых других минералов. Высокими пластическими свойствами обладают глины и породы, содержащие соли.

При определенных условиях некоторые горные породы под­вержены ползучести. Ползучесть проявляется в постоянном росте деформации при неизменном напряжении. Значительной ползу­честью характеризуются глины, глинистые сланцы, соляные по­роды, аргиллиты, некоторые разновидности известняков.

Твердость горных пород. Под твердостью горной породы пони­мается ее способность оказывать сопротивление проникновению в нее (внедрению) породоразрушающего инструмента.

В геологии большое распространение имеет шкала твердости! минералов Мооса, по которой условную твердость минералов определяют методом царапания. В основу этой шкалы положены твердости наиболее часто встречающихся в породе минералов, при­чем менее твердым из них присваиваются меньшие номера:

1 — тальк;

2 — гипс или каменная соль;

3 — известковый шпат или кальцит;

4 — плавиковый шпат;

5 — апатит;

6 — полевой шпат;

7 — кварц;

8 — топаз;

9 — корунд;

10 — алмаз.

На основании многочисленных исследований Л. А. Шрейнер предложил классификацию горных пород, отличающуюся от шка­лы твердости Мооса тем, что она наиболее полно учитывает ос­новные физико-механические свойства горных пород, которые влияют на процесс бурения (табл. 1.9)

К I группе относятся породы, не дающие общего хрупкого раз­рушения (слабо сцементированные пески, суглинки, известняк — ракушечник, мергели, глины с частыми прослоями песчаников, мергелей и т. д.). Ко II группе относятся упругопластичные поро­ды (сланцы, доломитизированные известняки, крепкие ангидри­ты, доломиты, конгломераты на кремнистом цементе, кварцево­карбонатные породы и т. д.). К III группе относятся упругохруп­кие, в основном изверженные, и метаморфические породы.

Как правило, по твердости породы, участвующие в сложении нефтяных залежей, относятся к первым восьми категориям.

Абразивность горных пород. Под абразивностью горной породы понимается ее способность изнашивать контактирующий с ней

породоразрушающий инструмент в процессе их взаимодействия^ Абразивность пород проявляется в процессе абразивного (преиму­щественно механического) изнашивания и является его характе­ристикой. Поэтому показатели абразивности можно рассматривать как показатели механических свойств горных пород.

Абразивность горной породы, как и любой другой показатель механических свойств, отражает ее поведение в конкретных усло­виях испытания или работы. Понятие об абразивной способности тесно связано с понятием о внешнем трении и износе. Абразив­ные свойства горных пород изучены недостаточно. На трение су­щественно влияет среда. Коэффициент трения о породу, поверх­ность которой смочена глинистым раствором, меньше, чем гот же коэффициент при трении о породу, смоченную водой, и зна­чительно ниже, чем коэффициент трения о сухую породу.

Среди горных пород наибольшей абразивностью обладают квар­цевые и полешиатовые песчаники и алевролиты (сцементирован­ные обломочные породы с обломочными зернами размером от

0, 01 до 0,1 мм). Разработано несколько классификаций по абра­зивности горных пород.

Сплошность горных пород. Понятие «сплошность горных пород» предложено для оценки структурного состояния горных пород.

Комментарии запрещены.