И. К. Бейсембетов ректор Зам главного редактора
жүктеу/скачать 51,43 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Үдемелі жүктме кезіндегі тау жыныстарының механикалық бұзылу сұрағы Түйіндеме.
- Негізгі сөздер
- Key words
- К ВОПРОСУ О НЕОБХОДИМОСТИ ОБРАБОТКИ КАВЕРНОЗНЫХ ЗОН СКВАЖИН Аңдатпа.
- Түйін сөздер
- Средние временные интервалы параметров схватывания
● Технические науки
138 №2 2016 Вестник КазНИТУ
данном режиме нагружения не произойдет. Напряженность определяется, как безопасная и статически допустимая, если выполняются условие равновленя, граничное условие и условие начала текучести
n j +F i =0
ij =T j , S ij =2K
2 (5)
где
ij – элементы напряжений; F i – действующая сила; n j –направляющие косинусы единично- го вектора нормами; S ij – элементы девиации напряжения; K – постоянная поверхности второго по- рядка. Анализируя приведенные теоремы разрушения можно констатировать что: – если L в – верхнее предельное состояние, то существует множество решений L n L в , которые также являются верхними предельными решениями. Изложенные доказываются следующим образам: пусть R – точное решение, тогда
) (
â R L n R L n (6)
Выражение (6) является также верхним граничным решением так как L в L n R; – если L н – нижнее предельное решение, то существует множество решений L n →L н , которое также являются нижними предельными решениями. Из этих выводов следует, что фактическая прочность R любого твердого тела больше нижнего предельного и меньше верхнего предельного значения. Это говорит о том, что все методы прогнози- рования разрушения твердых тел являются приближенными, зависящими от граничных условий. Все детерминированные методы, построенные на верхних предельных значениях, ненадежны (относи- тельно конструкции), потому - что необходимо определить нагрузку, при которой вероятно произой- дет разрушения естественных горных пород, то ненадежное явление как раз нам на руку. Так как действующая нагрузка (сила заряда) известна, остается определить уровень измельчения пород, ко- торый должен соответствовать требованиям технологического процесса [11]. В реальных условиях распределение напряжения неравномерно, поэтому оно должно быть учтено функцией распределения напряжений f ( max
/ ) и функции объемных напряжений F ( max
/ ) [8], т.е: Ω/Ω 0 =
max max
/ 0 max / / / max F d f (7) Сделаем следующее обозначения: о – начальная прочность деталей, k прочность, связан- ная с долговечностью, n– число приложений повторяющихся нагрузок,
текущее значение проч- ности, уменьшающееся от 0 до
k , Р–эксплуатационная нагрузка. Отношение d
/
, будет характеризовать уровень повреждений, вызываемый приложением повторяющейся нагрузки, а уравнение накопления повреждений будет иметь вид:
d b b k dn d b 1 1 (8) где k – коэффициент пропорциональности. ● Техникалық ғылымдар
ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016 139
ЛИТЕРАТУРА [1] Болотин В.В. Применение методов теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооруже- ний, М.: Стройиздат, 1971. [2] Разрушение (под ред. Г.Либовица) т I-VII. М.: 1973. [3] Партон В.З., Морозов Е.М. Механика крупного разрушения. М.: Наука, 1974, - 534с. [4] Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. М.: Наука, 1974, -221с. [5] Гольштейн Р.В., Спектор А.А. Вариационные оценки решений некоторых смешанных простран- ственных задач теории упругости с неизвестной границей. Изд. АН СССР, Механика твердого тела, 1978. №2, С. 82 – 94. [6] Иванова В.С., Терентьев В.Ф. Природа усталости металлов. М.: Металлургиздат, 1975. [7] Ирвин Дж.Р. Линейная механика разрушения, переход от вязкого разрушения к хрупкому и методы контроля разрушения. В кн. Испытания производственных металлических материалов на вязкость разрушения при плоской деформации, М.: Мир, 1972, 225 с. [8] Гольдштйен Р.В., Осипенко Н.М. Разрушение и формирование структуры: ДАН СССР, 240 (1978), С.829 – 832 [9] Проблемы разрушения металлов, М.: 1978. [10] Динник А.Н. Устойчивость упругих систем, М.: Изд. АН СССР, 1950, с. 133. [11] Ракишев Б.Р. Энергоемкость механического разрушения горных пород. Алматы: Баспагер, 1998, 210 с.
Қазанғапов Ә.Е. Үдемелі жүктме кезіндегі тау жыныстарының механикалық бұзылу сұрағы Түйіндеме. Ұсынылып отырған жұмыста энергияның түрленуi бойынша қатты жыныстардың бұзылу процессi қарастырылған. Егерде толық энергия таралуының тербелінген тетiктер қабылдаса, тау жыныстарында сол сияқты жарықшақтардың пайда болуына немесе оларды ұлғайта түсуге әсер етедi. Мiне осы мәселелердi қарастыра келе қазiргi мезгiлде орынсыз қолданып жүрген техникалық терминде қолдану туралы сөзге тиек етілген. Сондықтан статьяның кейбiр жерлерi пiкiр-таласта болуы мүмкiн. Бұл жұмыстың нәтижесi бұрғылау- аттыру үрдiсiнiң көрсеткiштерiн анықтау мен үлкен техникалық жүйелердi зерттегенде қолдануға болады. Негізгі сөздер: жыныстың массиві, тау жыныстарының бұзылуы, жарықшақтар, үдемелі жүктемелер. Kazangapov A.E. To the question of mechanical destruction of mountain breeds at the dynamic loading Summary. In the given work process of destruction of firm bodies was considered basically as process of trans- formation of energy. Full energy, absent-minded a varying detail or on distributions of cracks rocks, has not enough attitude to fatigue durability or fragile destruction. In that too time is inverted attention to accuracy of the use of some technical terms on destruction. Results of the given work can be applied with success at definition of parameters of pro- cesses бурить to blow up works of a hill of details of the big technical systems.
УДК 622.241
( 1 Государственное высшее учебное заведение «Национальный горный университет», Днепропетровск, Украина, 2 Казахский национальный исследовательский технический университет имени К.И. Сатпаева, Алматы, Республика Казахстан) К ВОПРОСУ О НЕОБХОДИМОСТИ ОБРАБОТКИ КАВЕРНОЗНЫХ ЗОН СКВАЖИН Аңдатпа. Ұңғы оқпанында каверналардың пайда болуы жайлы қысқаша мағлұмат берілген. Күрделі ара- лықтарда тампонаж тасының қалыптасу ерекшеліктері қарастырылғын. Тампонаж ерітіндісі мен тасынның тех- нологиялық көрсеткіштеріне белсенді қоспалар әсерінің зертханалық зерттеулерінің нәтижелері сипатталған.
фициент. Введение Виды работ по подготовке ствола скважины к креплению и их объем зависят от состояния по- следнего, сложности геологического разреза и протяженности открытого интервала. Контроль состо- яния ствола в процессе сооружения осуществляют по наблюдениям за спуском и подъемом буриль- ной колонны; при этом одним из основных индикаторов нарушения целостности стенок скважины
● Технические науки
140 №2 2016 Вестник КазНИТУ
является возникновение посадок, прихватов, затяжек и т.д. Указанные виды осложнений являются прямым следствием наличия каверн – местных уширений ствола скважины, которые, кроме прочего, способствуют усилению взаимодействия бурильной колонны со стенками скважины. Весьма объек- тивные данные о характере и степени нарушенности ствола скважины можно получить по результа- там геофизических исследований, в частности, таких как кавернометрия и инклинометрия. Геофизический способ оценки кавернозности ствола скважины позволяет на основании данных электрометрии, стандартного и радиоактивного каротажа, а также фотоматериалов изучить каче- ственную сторону кавернозного интервала, а именно определить структурно-литологический и мине- ралогический состав пород, образующих каверну и лежащих выше и ниже последней, отметить гра- ницы контакта с продуктивными и водоносными пластами. Указанные сведения получают путем ин- терпретации каротажной диаграммы – кавернограммы, которая по своей сути является кривой изме- нения диаметра буровой скважины с глубиной. На качество выполнения работ по креплению скважин влияют следующие основные факторы: состав, технологические свойства, качество тампонажной смеси и способ ее доставки; необходимость применения дополнительных средств предупреждающих возникновение фильтрации и появления суффозионных каналов в тампонажном растворе в период его загустевания и твердения, а кроме того создание режима покоя скважины в указанные периоды; полнота замещения очистного агента тампо- нажным раствором в заколонном пространстве скважины; прочность и герметичность контакта там- понажного камня с обсадной колонной и стенками скважины. Последних два обстоятельства, наибо- лее весомых во всем перечисленном комплексе, почти целиком определяются состоянием ствола скважины, подготовленного к закачиванию тампонажного раствора [1]. Степень совершенства изоляции пластов в процессе работы скважин, а также при опробовании перспективных объектов в условиях геологоразведки имеет большое значение, так как при эксплуа- тации продуктивных пластов с низким качеством тампонирования возникает возможность перетока вод из соседних обводненных интервалов, а в разведочных скважинах – ложного представления о результате опробования исследуемых горизонтов. Отсутствие у тампонажного камня необходимых технологических характеристик грозит, в частности, полным исключением локализации рудных тел и отдельных залежей, а также растеканием агрессивных рабочих и продуктивных растворов из отраба- тываемых пластов через затрубное пространство скважин в окружающие водоносные горизонты при геотехнологических методах отработки месторождений. В гидрогеологических скважинах загрязне- ние водоносных горизонтов и их активное межпластовое сообщение является одной из форм прояв- ления недостатков тампонажных работ. Нарушиться изоляция может по многим причинам, основной из которых является плохое за- полнение каверн тампонажным раствором в процессе крепления, а также его активное смешивание с находящимися в каверне глинисто-шламовыми пастами; последнее обстоятельство ведет к резкому негативному изменению технологических свойств тампонажного камня. Специальными исследова- ниями было установлено следующее: прочность цементного камня по стволу скважины значительно выше, чем в кавернозной зоне. Кроме того, в самой каверне механические свойства тампонажного камня резко снижаются в направлении от низа к верху, а ряде случаев в нем отмечалось наличие про- бок глинисто-шламовых паст [2]. Целью настоящей работы является экспериментально-теоретическое изучение влияния глини- сто-шламовых образований на эксплуатационные характеристики тампонажного камня при модели- ровании скважинных условий его формирования.
В большинстве случаев кавернообразование происходит в пластах, представленных глинами, глинистыми сланцами, аргиллитами, глинистыми песчаниками, алевролитами, углем, а также камен- ной или калийной солями. Наличие значительных по размерам уширений способствует образованию застойных зон при циркуляции очистного агента, что в свою очередь благоприятствует отложению рыхлых, толстых фильтрационных корок на стенках скважины, а внутри самих каверн также происходит и накопление продуктов разрушения, которые поступают в нее как в результате их удаления с забоя, так и вслед- ствие дальнейшего обрушения и оплывания ее стенок [3]. Указанные обстоятельства в конечном ито- ге являются причиной формирования в кавернозных зонах высоковязких малоподвижных глинисто- шламовых паст. При поступлении в осложненный интервал тампонажного раствора в его объеме происходят процессы интенсивного распределения фрагментов фильтрационной корки, глинисто- ● Техникалық ғылымдар
ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016 141
шламовых паст и обломков пород, слагающих стенки каверны. В связи с отмеченным на кафедре техники разведки месторождений полезных ископаемых Национального горного университета были проведены исследования, ставившие перед собой целью изучение качественного и количественного влияния глинисто-шламовых продуктов на технологических свойства тампонажного раствора и кам- ня в широком спектре вариационных условий. Изучение фактического материала по вопросам проводки скважин в осадочных толщах показа- ло, что перебуриваемые пласты глин в основном состоят из глинистых минералов группы монтмо- риллонита, иллита и каолинита, удельный вес которых в общей массе глинистого комплекса пород составляет от 30 до 40%. Значительный объем пластов, подлежащих разбуриванию, приходится так- же на долю глинистых сланцев и аргиллитов с развитой степенью трещиноватости [3]. Исходя из приведенного, для лабораторных изысканий были отобраны образцы указанных разновидностей гли- нистых пород. Для установления характера влияния фильтрационной глинистой корки и самого очистного агента на исследуемые технологические параметры были приняты составы, приготовлен- ные на основе высококачественных бентонитовых глин, получивших широкое распространение в практике сооружения скважин. Измерению были подвергнуты растворы, приготовленных по существующим на буровых пред- приятиях рецептурам на основе тампонажного портландцемента, произведенного по стандарту ДСТУ Б В. 2.7 – 88 – 99 (ГОСТ 1581 – 96) с помощью модельной установки, имитирующей работу цемент- но-смесительной машины. При затворении тампонажного цемента изменялось водоцементное отно- шение и в состав вводились добавки рассмотренных ранее разновидностей глинистых пород в усло- виях максимально приближенных к тем, что соответствуют смешиванию тампонажного раствора с глинисто-шламовыми образованиями и обломками пород при его поступлении в кавернозную зону скважины. Лабораторными способами контроля изучались сроки схватывания и пластическая проч- ность тампонажных растворов с помощью прибора ВИКа, а также предел прочности кубиков тампо- нажного камня при одноосном сжатии на полуавтоматическом гидравлическом прессе серии KD, что является рабочей методикой определения показателей процесса тампонирования скважин. Порядок проведения испытаний соответствовал нормам ДСТУ Б В. 2.7 – 86 – 99 (ГОСТ 26798.1 – 96). Кроме того, производилось исследование образцов при вдавливании в них штампа с автоматической запи- сью деформаций на приборе УМГП – 3.
Таблица 1. Средние временные интервалы параметров схватывания Наименование ак- тивных добавок Процентное содержание активных добавок 1 3
10 15
20 25
30 35
40 45
50 Период твердения, мин Монт-морил- лонитовая глина 195 210
219 226
238 247
Иллитовая глина 240
245 249
255 260
263 270
275 286
Каолиновая глина 212
225 230
275 290
300 312
318 326
Глинистый сланец 205
214 228
250 253
259 260
265 268
Фильтрационная корка
237 242
246 257
260 277
287 292
313 321
330 361
В отношении определения сроков схватывания необходимо отметить, что эти параметры явля- ются несколько условными, дающими лишь качественную характеристику изменения состояния там- понажного раствора. Рассматриваемый способ основан на периодическом измерении глубины по- гружения в раствор, помещенный в кольцо с подставкой, иглы с площадью поперечного сечения 1 мм
2 под действием нагрузки 3 Н. При этом началом схватывания раствора считается время, про- шедшее от начала затворения до того момента, когда игла не будет доходить до подставки на 1 – 2 мм, а концом соответственно тот момент, когда игла будет погружаться в раствор не более чем на 1 мм [4]. В таблице 1 приведены осредненные интервалы нарастания твердости тампонажных раство- ров с варьированием в широком спектре изменения концентраций и состава активных добавок, усло- вий их введения и водоцементного отношения. Исходя из данных табл. 1 можно сделать вывод, что активный шлам и повышенное водоце- ментное отношение оказывают существенное влияние на продолжительность периода нарастания прочности тампонажного раствора, в особенности это явление показательно при смешивании по- ● Технические науки
142 №2 2016 Вестник КазНИТУ
следнего с разрушенной фильтрационной коркой и каолиновыми глинами даже в условиях малых концентраций. Отсюда следует, что такое неоправданное увеличение сроков схватывания будет при- чиной длительного взаимодействия тампонажного раствора, находящегося в каверне, с глинисто- шламовыми образованиями, результатом которого будет полное проникновение и распределение в объеме формирующегося тампонажного камня активных примесей, со всеми негативными послед- ствиями, вытекающими из подобного контактирования. Указанные выше факторы предопределяют неравномерность нарастания прочности структуры раствора в интервале каверны и кольцевом пространстве, что повлечет за собой возникновение ло- кальных зон концентрации напряжений на границах перехода, поэтому представляет значительный интерес исследование пластической прочности тампонажной смеси. Определение этого показателя осуществлялось также с помощью прибора ВИКа, но снабженного в данном случае комплектом сменных конусов. Контролируемой величиной была глубина погружения конуса в раствор через рав- ные промежутки времени, с соответствующим определением значения пластической прочности [4]. На рис. 1-3 представлены графические зависимости приобретения исследуемым раствором пластической прочности во времени, при введении в него различных примесей.
Рис. 1. Изменение пластической прочности тампонажного раствора при введении в него каолиновой глины
Рис. 2. Изменение пластической прочности тампонажного раствора при введении в него глинистого сланца
|