Упругие, пластические и прочностные свойства горных пород. Буримость и абразивность горных пород.

Горная порода представляет собой соединение минералов постоянного состава, связанных силами молекулярного взаимодействия, которые возникают либо в местах непосредственного контакта минералов друг с другом, либо в местах контакта их с минеральными частицами посторонних цементирующих веществ. Упругость. Большинство породообразующих минералов являются телами упруго-хрупкими, т. е. они подчиняются закону Гука и разрушаются, когда напряжения достигают предела упругости. Горные же породы по характеру зависимости деформации от напряжений при статическом нагружении можно подразделить на три группы: 1) упруго-хрупкие, подчиняющиеся закону Гука; 2) пластично-хрупкие, разрушению которых предшествует зона пластической деформации; 3) высокопластичные и сильнопористые, упругая деформация которых незначительна. Прочность. Величина напряжений, при которых разрушается порода, характеризует ее прочность. Наибольшее сопротивление породы оказывают сжатию; прочность на растяжение обычно не превышает 10% прочности на сжатие. Это объясняется хрупкостью пород, большим количеством локальных дефектов и неоднородностей в них, слабыми силами сцепления частиц. Прочность породы существенно зависит от ее минерального состава. Наиболее прочным породообразующим минералом является кварц; его прочность превышает 500 МПа, тогда как прочность же лезистомагнезиальных силикатов и алюмосиликатов составляет 200— 500 МПа, кальцита — 10—20 МПа. Поэтому прочность породы обычно возрастает с увеличением содержания кварца. На рис. 5 видно, что наибольшей прочностью обладают породы, плотность которых при-мерно равна плотности кварца (около 2700 кг/м 3). Прочность мономинеральной породы обычно выше прочности полиминеральной, так как в последней почти всегда присутствуют слабые минералы. Пластичность зависит от минерального состава горных пород и уменьшается с увеличением содержания кварца, полевого шпата и других жестких минералов. Высокими пластическими свойствами обладают влажные глины и некоторые хемогенные породы. Пластичность скальных пород (граниты, кристаллические сланцы, песчаники) проявляется в основном при высоких температурах. Пластичность. Как было уже сказано ранее, разрушению некоторых горных пород предшествует пластическая деформация. Она начинается, как только напряжения в породе превысят предел упругости. В случае идеально пластичного тела такая деформация развивается при неизменном напряжении. Реальные горные породы деформируются с упрочнением: для роста пластической деформации необходимо увеличивать напряжение, причем скорость роста деформации больше скорости увеличения напряжения. АБРАЗИВНОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОДПод абразивностью горных пород понимают их способность изнашивать в процессе трения металлы и твердые сплавы. Абразивная способность пород проявляется при взаимодействии с ними породо- разрушающего инструмента и других элементов бурового оборудования. Чем больше абразивность породы, тем выше темп износа инструмента, тем, следовательно, быстрее он будет выходить из строя. Частая смена породоразрушающего инструмента в глубокой скважине существенно увеличивает продолжительность и стоимость строительства ее. Знание абразивных свойств горных пород позволяет более правильно выбирать модель породоразрушающего инструмента и тем самым повышать эффективность процесса бурения. В основе большинства методов лежит измерение объема или массы металла, изношенного в процессе трения о горную породу при некоторых постоянных для данного метода условиях.