Влияние структуры, текстуры и минералогического состава

СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД

ВЛИЯНИЕ ЗАБОЙНЫХ ФАКТОРОВ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ

Лекция №3

Исследование влияния забойных факторов на механические свойства горных пород необходимо особенно для условий глубокого бурения, когда с ростом глубины скважины резко снижается эффективность разрушения пород.

Механические свойства горных пород в большей степени зависят от их геолого-петрографической характеристики, т. е. минерального состава, структуры, текстуры.

Установлено, что из структурных признаков на механические свойства горных пород оказывают большое влияние размер зерен, тип и состав цемента, пиритизация (наличие пирита), доломитизация, окремнение и перекристаллизация, а из текстурных признаков,как уже отмечалось) - слоистость, пористость, кавернозность и трещиноватость.

Чем меньше размеры зерен (кристаллов), перекристаллизация породы, ее слоистость, пористость, кавернозность, трещиноватость и чем выше пиритизация, доломитизация и окремнение породы, тем выше ее прочностные свойства.

Горные породы с регенерационным цементом и с цементом базального типа прочнее породы с наличием контактного цемента и цемента механического заполнения пор.

Прочность горных пород возрастает также с увеличением содержания кварца, карбонатности и плотности.

С ростом плотности и карбонатности пород увеличиваются модули упругости, сдвига и всестороннего сжатия, и уменьшаются с увеличением пористости.

С уменьшением карбонатности и увеличением пористости, а также с увеличением содержания пелитовых частиц в породе коэффициент пластичности К возрастает.

Уменьшение пористости, размера зерен, пиритизация и окремнение способствуют повышению удельной объемной работы деформации А₀.

(Рядом исследователей найдены аналитические зависимости между некоторыми показателями механических свойств горных пород и отдельными структурными и текстурными признаками).

Ф. А. Аксеров установил зависимость твердости Р_ш, предела текучести Р₀, коэффициента пластичности К и модуля Юнга от плотности пород r.

С учетом карбонатности пород Р_ш, Р₀ и Е выражаются формулой:

,

где П - один из показателей механических свойств,

а₁,а₂ - коэффициенты, зависящие от карбонатности пород (различные для Р_ш, Р₀ и Е).

По И. С. Финогенову, для глинисто-карбонатных пород Р_ш, Е и К в зависимости от пористости m и объемного веса породы g описываются уравнениями вида:

где а₀, а₁, а₂, а₃, а_4, а₅ и а₆ - коэффициенты, зависящие от минералогического состава породы и имеющие следующие значения:

а₀ = 4,1 ¸ 4,5; а₁ = 0,04 ¸ 0,06; а₂ = 1,5 ¸ 1,7;

а₃ = 4,46 ¸ 4,95; а₄ = 0,026 ¸ 0,034; а₅ = 0,11 ¸ 0,59;

а₆ = 0,033 ¸ 0,066.

В. В. Ржевский и Г.Я. Новик приводят корреляционные связи между объемным весом g, пористостью m, модулем Юнга Е и прочностью при одноосном сжатии s_сх для твердых пород:

Е = (7,2g - 13,05) 10⁵;

Е = (7,85 - 0,29m) 10^5;

s_сж = 0,01s⁰_сж(100 - m).

Где s⁰_сж - предел прочности на сжатие минерального скелета породы.

Существует много других зависимостей, дающих приближенное представление о механических свойствах горных пород. Все эти данные используются для расчета ориентировочных величин осевых нагрузок, обеспечивающих объемное разрушение и механических скоростей проходок.