Menu

Вплив середовища на деформування гірських порід

ВПЛИВ СЕРЕДОВИЩА НА ДЕФОРМУВАННЯ ГІРСЬКИХ ПОРІД,

ЩО СКЛАДАЮТЬ СТІНКИ СВЕРДЛОВИНИ

 

Гірські породи в умовах природного залягання, а також при розкритті їх свердловиною взаємодіють головним чином з рідким середовищем.

Механізм дії рідкого середовища на тверді тіла вивчався академіком Ребіндером П.А. та його учнями. Встановлено, що зміна процесів деформування і руйнування гірських порід під дією середовища зумовлені, в основному, фізико-хімічними явищами, що відбуваються на поверхні розділу тверде тіло – середовище, до яких відносяться змочування, адсорбція, розчинення.

За ступенем змочування усі тверді тіла поділяють на дві групи – гідрофільні і гідрофобні. Гідрофільні тіла краще змочуються водою, а гідрофобнікраще змочуються вуглеводневими рідинами. Майже усі гірські породи, котрі руйнуються при спорудженні свердловин, є гідрофільними тілами, тобто добре змочуються водою.

Адсорбціяце процес концентрування речовин з газу або розчину на поверхні твердого тіла.

Речовина, котра адсорбується називається адсорбатом.

Адсорбентом називається тіло, на поверхні якого відбувається адсорбція.

В процесі адсорбції концентрація адсорбату в поверхневому шарі буде тим більша, чим більша його фізико-хімічна спорідненість по відношенню до адсорбента і чим сильніше адсорбат зменшує поверхневу енергію адсорбенту. Такі речовини називаються поверхнево активними (ПАР).

Швидкість адсорбції речовин з розчину на поверхню твердого тіла незначна і зумовлена швидкістю дифузії в рідині. Для прискорення цього процесу розчини перемішують. Очевидно, при адсорбції пористою і тріщинуватою поверхнею гірської породи перемішування відіграватиме несуттєву роль.

При змочуванні і просяканні гірських порід водою їх міцність зменшується. Особливо сильно зменшується міцність пористих порід. В таких породах рідина по дрібних тріщинах і порах проникає вглиб породи і змочує її. У змоченої породи послабляються сили зчеплення по границях зерен, що ї є причиною зменшення міцності. За деякими дослідженнями у найбільш пористих порід міцність на стиск після насичення їх водою зменшується на 25 ¸ 45%.

Дослідження Ребіндера, Шрейнера, Жигача показали, що рідина а особливо поверхнево активні речовини, проникаючи в пори і тріщини породи, не тільки зменшують поверхневу енергію твердого тіла, а й зменшують внутрішнє тертя в твердому тілі при деформуванні і створюють ефект розклинення, що в кінцевому результаті зменшує міцність. Цей ефект називають ефектом Ребіндера.

При просяканні водою масивних гірських порід, що мають незначну пористість, міцність зменшується несуттєво.

Якщо свердловиною розкриваються глинисті породи, вони в результаті змочування прісною водою набухають. Зустрічаються і такі глинисті породи, котрі обсипаються зі стінок свердловини, не набухаючи. Такі породи мають плитчасту або осколкову будову. Вода, відфільтровуючись з бурового розчину, проникає по границях осколків (блоків) углиб масиву і різко зменшує їх стійкість. Під дією змінного тиску і механічної дії бурового інструменту такі породи інтенсивно обсипаються у свердловину, ускладнюючи процес буріння.

Ще однією суттєвою причиною набухання, зменшення міцності і обвалювання глинистих порід є осмос.

Осмосом називається таке явище, при якому молекули розчинника ( у нашому випадку води) проникають через пористе середовище, а молекули розчиненої речовини затримуються на його поверхні, тобто спостерігається рух розчинника з області з низькою концентрацією розчиненої речовини в область з високою концентрацією.

Концентрація іонів в дифузійному шарі глинистих порід дуже велика і пояснюється відтисканням води в процесі їх ущільнення. Розвантаження порід при розкритті їх свердловиною і контакт з промивальною рідиною створюють сприятливі умови для активного всмоктування води глинистою породою. Навіть незначне змочування різко зменшує глибину їх стійкого залягання.

При розбурюванні соляних відкладів промивальна рідина спричиняє їх інтенсивне розчинення. Проникаючи по тріщинах, вода їх розширює, порушує зв’язок між кристалітами, що призводить до руйнування породи.

Названі причини порушення стійкості і обвалювання стінок свердловини не тільки не усуваються шляхом збільшення питомої ваги промивальної рідини, а навіть усугубляються, оскільки із збільшенням перепаду тиску між свердловиною і пластом зростає швидкість фільтрації промивальної рідини. В розглянутих випадках основними засобами профілактики обвалювань є підбір таких промивальних рідин, які не розчиняють гірські породи і не взаємодіють з ними.

Последние материалы

Заключение (Грунты)

При построении курса учитывалась необходимость его использования для различных гидротехнических специальностей и специализаций. В качестве основной части для студентов всех гидротехнических специальностей следует считать обязательным прочтение гл. 1—7. В гл. 8...

25-08-2013 Просмотров:4885 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Представления о решении задач нелинейной механики грунтов

На современном этапе развития нелинейного направления механики грунтов оформились два основных подхода к решению практических задач расчета грунтовых оснований и сооружений: нелинейно-упругий и упругопластический (А. К. Бугров, С. С. Вялов...

25-08-2013 Просмотров:8075 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии

Для сред и материалов, обладающих сплошностью, предложено много различных условий прочности. Для оценки прочности грунтов наиболее широкое распространение получило условие Мора—Кулона (2.38), не содержащее промежуточного главного напряжения а2 и тем...

25-08-2013 Просмотров:4920 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Еще материалы

Призначення, види й особливості побудови…

Для забезпечення практично всіх видів інженерно-геодезичних робіт створюються опорні мережі, пункти яких зберігають на території робіт планові й висотні координати. Ці мережі є основою для виробництва топографічних зйомок при дослідженнях;...

30-05-2011 Просмотров:6665 Інженерна геодезія

Программы расчета вантсвых ферм

РАСЧЕТ БАЙТОВЫХ ФЕРМ БЕЗ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕНИЙ И ПЕРЕМЕЩЕНИЙ Программа дает возможность рассчитывать на ЭВМ плоские предварительно-напряженные вантовые фермы, состоящие из гибких поясов произвольного очертания, связь между которыми осуществляется сжатыми распорками или...

20-09-2011 Просмотров:5240 Вантовые покрытия

Специфика изготовления моделей

Техника изготовления моделей, особенно при малых масштабах приспособлений для загрузки моделей, и работа с измерительной аппаратурой требуют специальных навыков и оригинальных приемов. Естественное стремление к уменьшению масштаба модели для облегчения...

19-03-2013 Просмотров:2741 Обследование и испытание сооружений