Элементы механики сплошных сред

И КЛАССИФИКАЦИЯ СПОСОБОВ БУРЕНИЯ

МЕТОДЫ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

основным и наиболее широко распространенным методом разрушения горных пород при бурении скважин в настоящее время является механический. При этом методе породоразрушающим инструментом являются буровые долота и коронки. Вращение породоразрушающего инструмента производится несколькими способами: роторный, турбинный и с помощью электробура - все эти способы являются разновидностью вращательного метода, при котором образование скважины происходит за счет непрерывного вращения долота и внедрение его в породу под действием осевой нагрузки.

Кроме вращательного метода существует ударный метод - здесь скважина образуется за счет разрушения породы под ударами клинообразного долота. Сочетание вращательного и ударного методов бурения создает комбинированный метод (ударно-вращательный).

Разрушение породы осуществляется следующим образом:

1. Резанием - при вращательном бурении долотами и коронками режущего типа.

2. Дроблением - при ударном бурении клинообразными долотами и при вращательном - шарошечными долотами «чистого» качения.

3. Скалыванием - при вращательном бурении скважины шарошечными долотами скалывающего типа.

4. Истиранием - при вращательном бурении долотами режущего и шарошечного типа при малых удельных нагрузках на долото и большого числа оборотов.

Механические свойства твердого тела - это его специфические признаки, проявляющиеся при механических процессах, обусловленные природой и внутренним строением тела.

Деформированием называется процесс изменения размеров или формы твердого тела под действием внешних сил.

Деформация - это относительная величина изменения размера или формы тела.

Сопротивление тела деформированию в рассматриваемой точке принято характеризовать отношением:

,

где - равнодействующая внутренних сил на элементарной площадке сечения,

- площадь, на которую действуют силы,

- напряжение в точке (векторная величина).

Упругой (обратимой) деформация будет в том случае, если при снятии внешних сил размеры и форма тела полностью восстанавливаются. В этом случае внутренние силы совершают работу, равную работе внешних сил, обратную по знаку.

Пластической (необратимой) деформация будет в том случае, если при снятии внешних сил размеры и форма тела не восстанавливаются. В этом случае, естественно, работа, затраченная на деформирование тела больше работы восстанавливания.

Разрушение тела наступает тогда, когда в процессе деформирования его происходит разрыв связей, обуславливающих само твердое тело.

В случае отсутствия необратимой деформации в процессе разрушения твердого тела разрушение называется хрупким.

Пластическое разрушение тела характеризуется значительной необратимой деформацией.

Прочностью называется способность твердого тела противостоять разрушению от действия внешних сил. Прочность твердых тел характеризуется величиной предельных напряжений в опасном сечении тела.

Поведение деформированного твердого тела может быть описано методом натурных испытаний, методом испытания моделей, расчетным методом.

Следует отметить, что точного математического описания состояния твердого тела нет, что затрудняет аналитически охарактеризовать механические свойства горных пород.

Метод натурных испытаний надежный, но трудоемкий, метод испытания моделей осуществляется с применением теории подобия и моделирования в механике. Третий метод (расчетный) наименее трудоемкий и наименее точный.

Для различных групп тел созданы идеализированные математические модели, включающие в себя лишь наиболее существенные признаки группы.

К основным моделям относятся:

1. Упругое тело, или тело Гука (деформируется упруго до разрушения).

2. Пластическое тело, или тело Сан-Венана (до величины предельных напряжений деформируется упруго, а далее деформируется пластически при постоянной нагрузке).

3. Вязкое тело, или тело Ньютона (деформируется подобно вязкой жидкости).

В соответствии с моделями выделяют группы упругих, пластических, реологических (вязкостных) и прочностных показателей свойств.

Рассмотренные методы не могут подменить необходимость изучения сущности процессов деформирования и разрушения твердых тел (необходимы эксперименты и методы прогнозирования).