Прочность глин на сжатие и разрыв

Пластические свойства г.п.

При упругих деформациях упруго деформируются зерна породы и цементирующей материал. При увеличении давления свыше предела упругости (прочности), цементирующий материал разрушается, зерна породы смещаются относительно друг друга, плотность упаковки увеличивается до исчезновения пустот в г.п. (для пород гранулярного типа).

Рассмотрим график зависимости коэф-ов сжимаемости поровой среды от изменения горного давления.

на графике отмечаются три области:

I – область упругих деформаций пород пласта,

II – область пластических деформаций, характеризуется разрушением цементирующего материала, смещением зерен относительно друг друга, а следовательно и резким увеличением β_с.

III – область упругой деформации зерен скелета породы. Скелет породы отличается очень низкими значениями деформации, а следовательно развитию пластичной деформации способствует внедрение в пласт воды. При этом происходит разбухание глин, что приводит к смещению зерен относительно друг друга. Наиболее пластичны глины, каменная соль и глиносодержащие породы.

Сведение о пластичности необходимо для прогнозной устойчивости в стенах скв. в процессе бурения. А также в расчетах при подборе обсадных труб для крепления скважин.

Под прочностью г.п. понимают их сопротивление механическому разрушению. Прочность пород на сжатие во много раз превышает прочность на разрыв.

Приведем примеры прочности пород на сжатие и на разрыв:

Таблица 1

Порода	σсм, МПа	σрас, МПа
Песчаник Известняк Доломит Глина	28,0 – 103,0 21,0 – 343,0 11,0 – 290,0 17,0 – 20,0	5,0 – 22,0 10,0 – 87,0 3,0 – 74,0 - // -

Из табл. 1 видно, что сопр-е сжатию преобладает над сопр-ем растяжения в 6 – 7 раз. По мере уменьшения общей прочности пород это преобладание уменьшается. Значительный диапазон колебаний прочности на сжатие и разрыв обуславливается их кристаллической и агрегатной структурой, а также плотностью, составом и характером распр. цементирующего материала.

Мелкозернистые породы обладают более высокой прочностью, чем те же породы, но крупнозернистые объясняются тем, что при увеличении плотности упаковки зерен увеличивается площадь их контакта между зернами, по этой же причине увеличивается прочность породы. Она также увеличивается с возрастанием глубины залегания пласта. Существенное влияние на прочность породы оказывает влажность и всестороннее давление. Например, прочность известняков и песчаников после насыщения их водой уменьшается на 30 – 45 %. С увеличением всестороннего давления на 200 МПа прочность на сжатие увеличивается в 5 раз. Это говорит о том, что прочность пород на глубине несоизмерима выше, чем прочность г.п. при атмосферном давлении.

В лабораторных условиях прочность пород определяется с помощью установки Антонова. (Харин, Шамари...).

Тепловые (термические) свойства г.п.:

Они характеризуются:

1) уд. теплоемкостью

2) коэф-ом теплопроводности

3) коэф-ом температуропроводности

4) коэф-ом линейного и объемного расширения

Под уд. поверхностью понимают кол-во теплоты, необходимое для повышения температуры пород на 1⁰ С. Кол-во теплоты, необходимое для нагрева единицы массы пород на 1⁰ С наз-ся уд. теплоемкостью породы.

(1)

C – уд. теплоемкость, [Дж/кг ⁰С]

Q – кол-во необходимой теплоты, [Дж]

М – масса породы, [кг]

Т – Т₀ – начальная и конечная температуры, [ ⁰С]

Коэф-нт теплопроводности показывает хорошо или плохо данное тело пропускает тепло при установ. режиме, численно равно кол-ву тепла проходящем в породе ч/з ед. площади в ед. времени и градиенте температуры равна единице.

Дата добавления: 2013-12-12