Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 [ 57 ] 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94

в отдельных случаях прочность песчаников на сжатие может достигать 500 кгс/см, а известняков - 3500 кгс/см. Столь значительный диапазон колебаний прочности на сжатие как изверженных, так и осадочных пород в значительной мере обусловливается кристаллической и агрегатной структурой их, плотностью, составом и характером распределения цементирующего материала. Поэтому один и тот же тин породы на разных глубгшах и в разных географических районах может иметь разные механические свойства п прочность.

Для иллюстрации в табл. 32 и 33 приводятся более детальные данные о прочности осадочных пород Башкирии [6] и Кузбасса [272]

Таблица 32 Показатели прочиости осадочных пород Башкирии при одноосном сжатии и растяжении [6]

Таблица 33

Прочность некоторых пород Кузбасса [272] при различных напряжениях

Рис. 57. Зависимость предела прочности на сжатие от статического модуля упругости для горных пород

Кроме отмеченного, из приведенных данных следует, что горные породы оказывают нам более значительное сопротивление сжатию, нежели другим видам воздействий. Наименьшее сопротивление наблюдается при растяжении. Из табл. 34, составленной по данным табл. 33, видно, что сопротивление сжатию преобладает над сопротивлением растяжению в 6-7 раз, над сопротивлением изгибу в 4-6 раз и над сопротивлением срезу в 2-4,5 раза. По мере уменьшения общей прочности пород это преобладание уменьшается.

Как следует из рис. 57, построенного по данным различных исследований [19,20, 272], с увеличением статического модуля Юнга у горных пород наблюдается общая тенденция увеличения предела прочности на сжатие. Наряду с этим, как свидетельствуют исследования Ю. А. Розанова [216], с

уменьшением пористости пород (рис. 58) и с увеличением содержания в них более мелких фракций частиц прочность их на сжатие

увеличивается.

Существенное влияние на прочность горных пород оказывает пх влажность п всестороннее давление. По данным М. П. Воларовича, И. С. Томы-шевской U И. Г. Вручена [38] прочность влажных пород на сжатие по сравнеиию с сухими при некоторых давлениях (рис. 59) почт1! в 2 раза меньше, а с увеличением всестороннего давления до 2000 кгс/см увеличивается почти в 5 раз. Особенно ощутимо влияние всестороннего давления на изгиб горных пород. Согласно исследованиям 3. И. Стаховской [230], при всестороннем давлении 2900-3000 кгс/см2 прочиость

1500

Ю т,7о

Рис. 58. Зависимость прочности известняков от пористости п структурно-литологического типа:

1 - шламовые; г - детритусовые; форами-ниферово-водорослевые; 4 - пелитоморфные

базальта, диабаза и змеевика на изгиб в 13-15 раз больше, чем при атмосферном давлении.

Из этого следует, что прочность горных пород на больших глубинах несоизмеримо выше, чем прп нормальных поверхностных

условиях. По-видимому, это обстоятельство нельзя не учитывать ири изучении условий формирования коллекторов, при проектировании буровых, взрывных и других работ, связанных с разрушением пород. Конечно, эффективность разрушения горных пород, в частности путем взрыва, зависит не только от прочности матрицы, но

и от размеров и формы трещин. Исследования Г. П. Личели и Л. И. Барона [169], а также С. А. Давыдова [54], например, показали, что при трещиноватости эффективность дробления горных пород взрывом существенно уменьшается. Однако это не иск.лючает необходимости знания прочности матрицы горных пород в естественных условиях.

К сказанному следует также добавить, что согласно исследованиям К. В. Руппенейта [220] предел прочности осадочных пород на растяжение и изгиб, как правило, выше параллельно напластованию, чем перпендикулярно /к нему, предел прочности их на срез, наоборот, выше в направлении, перпендикулярном к напластованию, нежели в параллельном. Предел прочности на сжатие согласно тем же исследованиям в одних случаях выше в направлении, параллельном напластованию, в других - в иерпенди-кулярном направлении.

Рис. 59. Зависимость прочности горных пород на сжатие от их влажности и всестороннего давления:

1 - сухие образцы; 2 - образцы, насыщенные жидкостью

ТВЕРДОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД

Несмотря на многочисленные теоретические и экспериментальные исследования [49, 208], понятие «твердость» в известном смысле неопределенно. При различных физических исследованиях все понятия имеют строгую формулировку. В этом отношении учение о твердости занимает совершенно исключительное положение. В понятие «твердость» вкладывают самые разнообразные физические CBOiicTBa. Объясняется это тем, что твердость определяют путем выполнения различных операций с материалом на разных приборах и по разным методикам, причем результаты исследований редко можно сопоставить. Поэтому при характеристике твердости материала необходимо указывать метод (например, твердость по Бри-неллю, твердость по Шору, твердость по Мартенсу, по шкале Мооса и т. д.).

Поскольку существующие Л1етоды определения твердости освещают различные физические свойства материала, то и выбор того пли иного метода должен быть сделан соответственно задачам и целям исследования. Например, процесс разрушения горных пород при бурении скважин сопровождается внедрением долота в породу.