Главная

Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Породоразрушающий инструмент для бурения скважин


Классификация породоразрушающего инструмента по назначению и по характеру воздействия на породу. Основные типы долот для разрушения пород разной твердости. Понятие о параметрах режима бурения и показателях работы долот.

Долота режуще-скалывающего и истирающе-режущего действия для сплошного разрушения забоя. Особенности вооружения и область применения этих долот. Разрушение горных пород долотами PDC. Кинематика и энергетика разрушения пород. Форма сечения ствола скважины и форма забоя. Виды износа долот.

Долота дробяще-скалывающего действия для сплошного разрушения забоя. Особенности вооружения и классификация его по назначению. Коэффициент перекрытия и поражаемость забоя. Форма сечения ствола скважины и форма забоя. Обеспечение дробящего действия шарошечного долота; коэффициент динамичности. Особенности скольжения и скалывающей способности вооружения шарошек. Кинематика взаимодействия шарошек долота с забоем. Выбор типа шарошечного долота. Энергетика долот дробяще-скалывающего действия. Разрушение горных пород вооружением шарошечных долот.

Нормальный и аварийный износ долот. Факторы, влияющие на изнашивание. Пути снижения изнашиваемости долот.

 

Разрушение горной породы на забое скважины

Схемы воздействия вооружения долота на забой скважины. Вдавливание как один из основных видов воздействия вооружения долот при механическом разрушении горных пород. Упругие задачи о вдавливании инденторов в горную породу (действие сосредоточенной силы, вдавливание заостренных наконечников, сферы, жесткого цилиндра с плоским основанием, прямоугольного индентора). Механизмы разрушения горных пород при статическом вдавливании инденторов. Условие объёмного, усталостного и поверхностного разрушения. Порог статической усталости. Особенности разрушения горных пород при динамическом вдавливании, энергоёмкость разрушения, формы разрушения. Влияние дифференциального и угнетающего давлений на эффективность разрушения породы на забое. Влияние свойств промывочной жидкости на эффективность разрушения горных пород на забое скважины.

Экспериментальное определение модуля Юнга, коэффициента Пуассона, коэффициента объёмного сжатия статическим и динамическим способами.

 

Пути повышения буримости горных пород

Факторы, определяющие буримость пород: механические свойства пород, способ разрушения и параметры режима бурения. Классификация пород по буримости. Способы повышения буримости пород: физические и физикохимические, совершенствование породоразрушающего инструмента, оптимизация параметров режима бурения.

Рейтинг-лист дисциплины с указанием рекомендуемой литературы и Памятка студенту по особенностям организации рейтинговой системы по дисциплине “Физика разрушения горных пород” приведены в Приложении 1.

СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ

При изучении дисциплины выполняется цикл лабораторных работ.

ТЕМАТИКА ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1. Определение коэффициента динамической прочности горных пород. - 2 ч. (ауд.), 1.5 ч. (внеауд.).

2. Определение коэффициента абразивности горных пород - 4 ч. (ауд.), 1.5 ч. (внеауд.).

3. Определение механических свойств горных пород методом Л.А. Шрейнера. - 4 ч. (ауд.), 4 ч. (внеауд.).

4. Исследование разрушения горных пород внедрением инденторов различной геометрии. - 2 ч. (ауд.), 4 ч. (внеауд.).

5. Изучение влияния жидкостей на механические свойства горных пород. - 4 ч. (ауд.), 2 ч. (внеауд.).

6. Влияние дефектов на временную зависимость прочности плоских образцов. - 4 ч. (ауд.), 2 ч. (внеауд.).

7. Определение контактной прочности образцов горных пород. - 2 ч. (ауд.), 2 ч. (внеауд.).

8. Изучение влияния вращения индентора на разрушение горной породы при вдавливании. - 2 ч. (ауд.), 2 ч. (внеауд.).

В предлагаемых студентам лабораторных работах исследуется разрушение образцов горных пород как при статических, так и при динамических способах приложения нагрузок. В первой и второй лабораторной работе исследуется коэффициент динамической прочности и коэффициент абразивности одной и той же горной породы. Это позволяет определить категорию исследуемой горной породы по буримости. Работы третья - пятая, седьмая проводятся на установке УМГП‑3, созданной для исследования разрушения горных пород вдавливанием инденторов в различных условиях. Восьмая лабораторная работа наглядно демонстрирует роль сдвиговых усилий в разрушении горных пород при вдавливании индентора. В шестой лабораторной работе исследуется роль дефектов (повреждений) в изменении временной зависимости прочности. В этой работе студенты имеют возможность наглядно наблюдать присутствие времени при прочностных испытаниях образцов.

Методические указания к каждой лабораторной работе рекомендуют форму отчета.

Перечень лабораторных работ с указанием количества отведенных часов приведен в рейтинг-листе (Приложение 1).

ПРОГРАММА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Самостоятельная работа студентов заключается в

1. Изучении дисциплины с помощью компьютерного курса лекций и учебного пособия “Механизм разрушения горных пород при различных напряженных состояниях”. - 25 час.

2. Библиографического поиска литературы на заданную тему и написании реферата. - 25 час.

3. Выполнении расчетов и написание отчетов по лабораторным работам. - 23 час.

4. В изучении дополнительных тем теоретического курса. - 8 час.:

а) Теплофизические свойства горных пород (Спивак А.И., Попов А.Н. Разрушение горных пород при бурении скважин. - М.: Недра. - 1994, с. 50).

б) Абразивное изнашивание стали и твердого сплава; влияние жидкости; факторы, влияющие на показатели изнашивания (Спивак А.И., Попов А.Н. Разрушение горных пород при бурении скважин. — М.: Недра. - 1994, с.111).

в) Рейкообразование на забое скважины и методы борьбы с ним. (Спивак А.И., Попов А.Н. Разрушение горных пород при бурении скважин. - М.: Недра. - 1994, с. 227).

Вопросы, изучаемые студентами самостоятельно, входят в перечень вопросов текущего и итогового контролей.

ТЕКУЩИЙ И ИТОГОВЫЙ КОНТРОЛЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

При изучении дисциплины “Физика разрушения горных пород”проводятся следующие виды контроля: текущий и итоговый. Оба вида контроля являются составляющими применяемой в ТПУ рейтинговой аттестации. Текущий контроль (первая составляющая) проводится ежемесячно. При проведении каждого рейтингового опроса студентам предлагается четыре варианта. Каждый вариант содержит по 4 контрольных вопроса, на которые предлагается дать либо письменный ответ, либо устный. Ответы студентов оцениваются в баллах. Выполнение задания повышенной сложности оценивается дополни-тельными тридцатью баллами. Текущим контролем для студентов заочного обучения являются две контрольные работы.

Итоговым контролем знаний для студентов очной формы обучения является экзамен, при проведении которого студентам предлагаются билеты, содержащие по три вопроса. Итоговым контролем знаний студентов заочной формы обучения также является экзамен.

Примеры заданий текущего контроля

I. Пример одного из вариантов первого текущего контроля

1. Определить объёмную относительную деформацию и обосновать связь её со средним нормальным напряжением.

2. Геометрические уравнения (вид уравнений, физический смысл компонент).

3. Напряженное состояние в точке определено, если известно ...

(дать как можно больше вариантов ответа).

4. Шаровой тензор и тензор-девиатор; физический смысл разложения.

5. Сходство и различие между понятиями “анизотропия”и “неоднородность”. Коэффициент анизотропии.

II. Пример одного из вариантов второго текущего контроля

1. Идеальное тело Гука (все о нем: механическая модель, уравнение состояния, реологическая диаграмма).

2. Ползучесть и релаксация напряжений. Два типа горных пород по виду кривой ползучести.

3. Теоретическая и техническая прочность. Трещина как концентратор напряжений.

4. Связь σ - ε для высокопластичных и сильнопористых горных пород. На графике σ - ε показать модуль Юнга, модуль деформации.

5. Эффекты Ребиндера А.П. и Иоффе А.Ф.

III. Пример одного из вариантов третьего текущего контроля

1. Основная задача механических теорий прочности. Теория Кулона.

2. Разрушение при статическом и динамическом нагружении. В чем отличие? Типы волн, возникающих в образце при динамическом нагружении.

3. Смысл понятия “эффективное напряжение”. Индекс давления; определить с его помощью АВПД и АНПД.

4. Физический смысл коэффициента бокового распора. Гидростатичность поля начальных напряжений.

5. Влияние трения на торцах образца на развитие разрушения при сжатии и на измеряемую прочность.

IV. Пример одного из вариантов четвертого текущего контроля

1. Определение удельной объёмной и удельной контактной работы разрушения.

2. Механизмы разрушения породы при вдавливании цилиндрического штампа.

3. Динамика лопастных долот: природа возникновения продольных и поперечных колебаний.

4. Показатели работы долот.

5. Зависимость механической скорости от мощности на долоте и удельной объёмной энергии разрушения.

ПРИМЕР БИЛЕТА ИТОГОВОГО КОНТРОЛЯ

Экзаменационный билет № 19

1. Требование к буровому раствору для эффективного разрушения горных пород при бурении скважины с положительным дифференциальным давлением.

2. Причина возникновения конусной и столбчатой формы разрушения образцов горной породы при сжатии.

3. Твердость горных пород и выбор осевой нагрузки для эффективного разрушения.

ОБРАЗЕЦ ЗАДАНИЯ ПОВЫШЕННОЙ СЛОЖНОСТИ

Определить значения обобщенных напряжений и деформаций для чистого сдвига: σ1 = -σ3 = τ, σ2 = 0 и ε1 = -ε 3 = γ/2, ε2 = 0.

Решение

Используя выражение интенсивности нормальных напряжений si, интенсивность касательных напряжений ti, среднего нормального напряжения sср, интенсивности линейных деформаций ei, интенсивность сдвиговых деформаций gi и средней линейной деформации eср через второй инвариант тензора-девиатора напряжений и тензора-девиатора деформаций (см. лекционный курс), последовательно получаем:

1. Второй инвариант тензора-девиатора напряжений:

I2(Tнд) = [(s1-s2)2 + (s2-s3)2 + (s1-s3)2] / 6 = [(-s3)2 + (‑s3)2 + (‑s3-s3)2] / 6 = s32 = t2.

2. Интенсивность нормальных напряжений:

si = (3.I2(Tнд))0,5 = (3.t2)0,5 = Ч3.t.

3. Интенсивность касательных напряжений:

ti = (I2(Tнд))0,5 = t.

4. Среднее нормальное напряжение (гидростатическое сжатие):

sср = (s1 + s2 + s3)/3 = (‑s3 + 0 + s3) = 0;

5. Второй инвариант тензора-девиатора деформаций:

I2(Tдд) = [(e1 —e2)2 + (e2 —e3)2 + (e3 —e1)2] / 6 =

[2e1 2 + (- 2 e1)2] / 6 = g2/4 ,

6. Интенсивность линейных деформаций:

ei = 2[I2дд)]0.5 / Ч3 = 2 (g2/4)0.5 / 30.5 = g / 30.5,

7. Интенсивность сдвиговых деформаций:

gi = 2[I2дд)]0.5 = g,

8. Средняя линейная деформация:

eср = (e1 + e2 + e3) / 3 = (‑e3 + 0 + e3)/ 3 = 0.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

5.1. Перечень используемых информационных продуктов:

1. Электронный вариант конспекта лекций.

2. Комплект демонстрационных плакатов (75 шт.).

3. Видеофильм о работе ПРИ.

4. Методические указания для подготовки к выполнению лабораторных работ.

5. Породоразрушающие инструменты.

6.Тренажер-имитатор “Оптимизация процесса бурения скважин”



Последнее изменение этой страницы: 2016-06-10

headinsider.info. Все права принадлежат авторам данных материалов.