Физика горных пород и процессов

).Наиболее распространена классификация пород по крепости проф. М.М. Протодьяконова. С общенаучной точки зрения классификация используется повсеместно, но для целей нормирования она непригодна. В основу единой классификации по буримости положена классификация А.Ф. Суханова, по которой буримость оценивается чистой скоростью бурения шпура при стандартных условиях, одним молотком типа ПР-19 при давлении в пневматической сети 4,5 ати, диаметре коронки 45 мм, длине штанги 1 м. Если условия не стандартные, то нужно ввести поправочные коэффициенты на массу перфоратора, число ударов и т.п.На этом принципе отдельные ведомства и даже отдельные предприятия разрабатывают свои классификации применительно к местным условиям.Классификация по буримости может быть построена по показателю удельной энергоемкости бурения для определенных типов станков. Этот способ более информативен, так как кроме буримости, можно оценивать и эффективность применяемого разрушающего инструмента, режима бурения, удаления продуктов разрушения из забоя скважины и т.п.1.6. Практическое использование результатов геофизических методов исследования для прогноза физико-механических свойств горных пород и применения их для оценкибуримости горных породК числу методов, дающих информацию о техническом состоянии ствола необсаженной скважины, относится инклинометрия, кавернометрия, термометрия, резистивиметрия. Эта группа методов позволяет оценить условия вскрытия скважиной пластов различного литологического состава, имеет самостоятельное значение для правильного определения пластопересечений, выделения коллекторов, оценки фильтрационно-емкостных свойств.Инклинометрия проводится для измерения искривления скважин в пространстве. Эти данные необходимы для контроля сохранения заданного направления оси скважины при наклонно-направленном бурении, определения истинного положения и глубины залегания элементов разреза скважины (пласта, забоя и т.п.).Регистрация зенитного и азимутального углов отклонения скважины может производится дискретно (в отдельных точках) или непрерывно. В результате истинно положение ствола становится известным.Очень важным является тот факт, что с учетом данных инклинометрии можно от понятии измеренной глубины (MD) по стволу скважины перейти к правильным вертикальным глубинам (TVD), абсолютным отметкам(TVDSS) и истинным толщинам пластов (TVT).Знание этих параметров позволяет правильно определить интервал пласта для планируемого гидроразрыва.Кавернометрия проводится с целью измерения диаметра скважины при помощи каверномеров или каверномеров-профилемеров. В случае принудительной ориентации профилимера можно получить информацию о форме сечения скважины и распределения напряжения массы пород.Увеличение диаметра скважины наблюдается наблюдается в глинистых набухающих и обрушающихся породах, каменных и калийных солях, рыхлых и слабосцементированных песчаниках, некоторых кавернозных известняках и доломитах, бурых углях. Уменьшение диаметров наблюдается против проницаемых пород за счет налипания глинистой корки в процессе фильтрации промывочной жидкости в пласт, участков пластических глин вследствие оползания.Термометрия скважин предназначена для исследования естественных и искусственных тепловых полей. Различают обычную (измерение интегрального значения температуры) и дифференциальную (измерение приращений температуры на участке скважины) термометрию.Знание пластовой температуры необходимо для коррекции данных различных методов каротажа и решения большого спектра задач оценки технического состояния скважин (качество цементирования, положение интервала перфорации, заколонные перетоки жидкости и т.д.).при планировании гидроразрыва температуные условия должны учитываться при выборе рабочего флюида. После проведения гидроразрыва повторная термометрия позволяет оценить качество выполненной операции.Резистивимитрия скважин проводится для измерения удельного электрического сопротивления бурового раствора. Метод является обязательным т.к. параметры возникающие в проницаемых пластах зоны проникновения очень сильно влияют на показания различных методов каротажа.2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬПостроить паспорта прочности и определить коэффициенты сцепления и углы внутреннего трения, рассчитать коэффициент крепости по формуле Л.И. Барона, рассчитать коэффициент хрупкости, построить зависимость между прочностными свойствами горных пород.Таблица 2.1. – Исходные данные. Вариант 1литотиDн г\см3Vp км\сGсж мПаGp мПапс2,5823,71971,339,07пс2,5463,55291,778,68пс2,5273,68292,898,06пс2,5593,94103,818,72пс2,5514,06183,4410,78пс2,5373,74783,78,18пс2,5934,23989,3912,92пс2,563,916106,1211,73пс2,5783,9789,4611,75пс2,5793,92192,3313,14пс2,5793,94595,8310,3пс2,6174,0381,419,5пм2,5874,89275,8811,16пм2,6033,95877,5610,72пм2,5683,64698,8410,5пм2,5713,70190,4411,79пм2,5333,64684,219,64пм2,5233,55571,129,01пм2,5283,58575,048,55пм2,5253,3478,657,35пм2,5383,48377,919,21пм2,5543,89974,349,47пм2,6093,978104,5814,02пм2,5484,17683,7611,07Примечание:пм, пс, пк – соответственно песчаник мелкозернистый, среднезернистый, крупнозернистый;Vp , Vs - скорость продольных и поперечных волн соответственно;Gсж, Gp - пределы прочности при сжатии и растяжении соответственно;DН (o) - плотность насыщенных пород; R = Vp / Vsдля первого варианта R = 1,4;Расчет упруго-деформационных характеристик выполняется по следующим формулам: Коэффициент Пуассона: = (Vp2 - 2Vs2) / 2(Vp2 - Vs2)МодульЮнга: Е = Vp2 o (1+ )(1- 2) / g (1- ), H/M2.Модульсдвига: Gg = Vs2 o / g , H/M2.Модуль объемной упругости: Kg = E/ 3(1- 2), H/M2.Решение:1) Паспорта прочности приведены в графическом приложении 1.На них определены коэффициенты сцепления и углы внутреннего трения. Результаты внесены в сводную таблицу 2.2.2) Рассчитаем Vsиз формулы R = Vp / Vs, Vs=Vp /R. Резьльтаты внесены в сводную таблицу 2.23) Выполняем расчет упруго-деформационных характеристик для каждого песчаника: 2.1.)Коэффициент Пуассона:Ответы внесены в сводную таблицу 2.2.2.2) МодульЮнга:Ответы внесены в сводную таблицу 2.2.2.3) Модульсдвига:Ответы внесены в сводную таблицу 2.2.2.4)Модуль объемной упругости:Ответы внесены в сводную таблицу 2.2.Таблица 2.2. – Сводная таблица ответов на поставленные задачиСφVsЕGgKg16542,66-0,023,571,831,1520602,54-0,023,211,641,0420602,63-0,013,421,751,1122602,81-0,013,972,021,2921532,90-0,014,212,151,3718562,68-0,023,561,821,1524503,03-0,014,662,381,5125572,80-0,023,922,011,2722542,84-0,024,062,081,3124522,80-0,013,962,021,2923562,82-0,014,012,051,3020562,89-0,024,252,191,3621522,450,284,791,553,7120532,83-0,024,082,081,3224572,60-0,013,411,741,1124542,64-0,013,521,791,1521552,60-0,013,371,711,1019532,54-0,013,191,631,0319562,56-0,013,251,661,0519562,86-0,372,262,070,4319552,49-0,013,081,571,0018532,79-0,023,881,991,2527532,84-0,014,132,101,3422542,98-0,014,442,261,442.5) Коэффициент крепости по формуле Л.И. Барона:Коэффициент крепости для песчаника 6 по таблице М.М.ПротодъяконоваЗАКЛЮЧЕНИЕВ ходе выполнения курсовой работы были рассмотрены вопросы:прочностные свойства горных пород, паспорт прочности горных пород, коэффициент крепости горных пород, общая оценка сопротивления пород разрушению по показателям их плотностных свойств, плотностные свойства как экспресс-метод оценки сопротивления пород при бурении, практическое использование результатов геофизических методов исследования, для прогноза физико-механических свойств горных пород и применения их для оценки буримости горных пород.В расчетной части было выполнено задание, по которому в соответствии со своим вариантом был построены паспорта прочности и выполнены расчеты определения коэффициентов сцепления и углы внутреннего трения, рассчиты коэффициентов крепости по формуле Л.И. Барона, рассчитаны коэффициенты хрупкости, построены зависимости между прочностными свойствами горных пород.СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫАрцимовичГ.В. Влияние забойных условий и режима бурения на эффективность проходки/ Г.В. Арцимович. – Новосибирск: Наука, 1974.–124 с. БрыловС.А. Горно-разведочныеибуровзрывныеработы: учебникдлявузов/С.А. Брылов, Л.Г. Грабчак, В.И. Комащенко. – М.: Недра,1989. – 287 с. Евсеев В.Д.Физикаразрушениягорныхпородприбурениинефтяныхигазовыхскважин: учебноепособиедлявузов/ В.Д. Евсеев. – Томск: Изд-воТПУ, 2004. – 151 с. 9.КалининА.Г. Разведочноебурение: учебникдлявузов/ А.Г. Калинин, О.В. Ошкордин, В.М. Питерский [идр.] – М.: ООО «Недра – Бизнесцентр», 2000. – 748 с.КардышВ.Г. Энергоемкостьбурениягеологоразведочныхскважин/ В.Г. Кардыш, Б.В. Мурзаков, А.С. Окмянский. – М.: Недра, 1984. – 201 c. КопыловВ.Е. БурениескважинвнеЗемли/ В.Е. Копылов. – М.: Недра, 1977. – 160 с. КорниловН.И. Буровойинструментдлягеологоразведочныхскважин: Справочник/ Н.И. Корнилов, Н.Н. Бухарев, А.Т. Киселев [идр.]/ подред. Н.И. Корнилова. – М.: Недра, 1990. – 395 с.ЛюбимовН.И. Справочникпофизико-механическимпараметрамгорныхпородрудныхрайонов/ Н.И. Любимов, Н.И. Носенко. – М.: Недра, 1978. – 285 с. МаковейН. Гидравликабурения: пер. срумынского/ Н. Маковей. – М.: Недра, 1986. – 536 c. НескоромныхВ.В. Теоретическиеосновымеханикиразрушенияипроектированиятехникиитехнологиинаправленногобуренияанизотропныхгорныхпород/ В.В. Нескоромных, Ю.С. Костин. – Иркутск: Изд-воИрГТУ, 2000. – 220 с. ПротасовЮ.И. Теоретическиеосновымеханическогоразрушениягорныхпород/ Ю.И. Протасов. – М.: Недра, 1985. – 242 с.РжевскийВ.В., НовикГ.Я. Основыфизикигорныхпород: учебникдлявузов/ В.В. Ржевский, Г.Я. Новик. – 4-еизд., перераб. идоп. – М.: Недра, 1984. – 359 с. СпивакА.И. Разрушениегорныхпородприбурениискважин: учебникдлявузов.– 4-еизд., перераб. идопол./ А.И. Спивак, А.Н. Попов. – М.: Недра, 1986. – 208 с.Справочникинженерапобурениюгеологоразведочныхскважин: в2 томах/ Е.А. Козловский, В.Г. Кардыш, Б.В., Мурзаков [идр.]; подоб. ред. проф. Е.А.Козловского. – М.: Недра, 1984 . СулакшинС.С. Разрушениегорныхпородприбурениискважин: учеб. Пособиедлявузов/ С.С. Сулакшин. – Томск: Изд-воТПУ, 2004 . – 136 с. СулакшинС.С. Способы, средстваитехнологияполученияпредставительныхобразцовпородиполезныхископаемыхприбурениигеологоразведочныхскважин: учебноепособие/ C.С. Сулакшин. – Томск: Изд-воНТЛ, 2000. – 284 с. ФилинА.П. Прикладнаямеханикатвердогодеформируемоготела. Т.1 / А.П. Филин. – М.: Наука, 1975. – 832 с. ХорюшинИ.Г. Бурениегеологоразведочныхскважиншарошечнымидолотами/ И.Г. Хорюшин. – М.: Недра, 1977. – 172 с.ШамшевФ.А.Технологияитехникаразведочногобурения: учебникдлявузов. – 3-еизд., перераб. и доп./ Ф.А.Шамшев, С.Н. Тараканов, Б.Б.Кудряшов [идр.] – М.: «Недра», 1983. – 565 с. ЭйгелесР.М. Разрушениегорныхпородприбурении/ Р.М. Эйгелес. – М.: Недра, 1970. – 232 с.