Абразивность горных пород реферат
Обновлено: 30.06.2024
Абразивность горной породы как одно из основных физико-механических свойств природных образований минералов обуславливает особенности и специфику ведения буровых работ. Именно показатель абразивности определяет степень износа бурового долота в каждом конкретном случае и существенно влияет на показатель эффективности работы.
Абразивность горной породы – это способность природного агрегата изнашивать в процессе бурения твердые тела, непрерывно или кратковременно вступающие с ним в контакт. В качестве таких твердых тел выступают буровое долото, детали буровой машины и буровые инструменты. Сам показатель абразивности зависит от прочности породы, а также размеров и формы зерен, из которых она состоит. Кроме того, не всегда абразивность самой породы совпадает с тем же показателем для ее шлама.
В соответствии с классификацией Л.И. Барона и А.В. Кузнецова по показателю абразивности породы делятся на восемь классов в зависимости от того, какова потеря массы стандартного стержня, выполненного из незакаленной стали, при прочих равных условиях. Такие условия включают показатель осевой нагрузки (150 Н) на стержень, частоту его вращения (400 оборотов в минуту) и время проведения испытания (10 минут). Показатель потери массы измеряется в миллиграммах и для разных материалов будет составлять свою величину. Для малоабразивных пород типа угля характерна потеря массы до 5 мг, для кварцита же она составит от 2 100 мг до 2 500 мг. Таблица классов горных пород по показателю абразивности приведена ниже.
Помимо показателя абразивности горной породы при проведении работ необходимо также учитывать свойства среды, поскольку от них напрямую зависит трение инструмента. В сухой среде показатель будет выше, в смоченной породе – ниже, еще меньше трение будет при работе с использованием глинистого раствора.
В зависимости от степени абразивности горной породы производится выбор породоразрушающего инструмента. Например, при использовании метода алмазного бурения, чем выше способность горной породы изнашивать буровую коронку, тем тверже должна быть матрица используемой коронки. Разрушение матрицы должно происходить достаточно быстро, чтобы обеспечить оголение алмазных резцов для эффективного воздействия на породу и обеспечения зазоров для выноса шлама, но не слишком быстро, поскольку это приведет к их преждевременной утрате.
Абразивность горных пород
Абразивность горной породы зависит от твердости породообразующих минералов, от характера сцепления зерен друг с другом, от крупности и формы зерен, от плотности породы и степени ее трещиноватости.
Наиболее абразивными являются крупнокристаллические породы, состоящие из зерен твердых минералов, слабо связанных между собой, и образующие при бурении крупный остроугольный шлам. Трещиноватые породы более абразивны, чем нетрещиноватые, монолитные. При бурении в трещиноватых и пористых породах резцы буровой коронки обкалывают острые края трещин и образующиеся при этом крупные угловатые частицы породы перетираются под торцом, вызывая интенсивный износ породоразрушающего инструмента.
Кроме того, объем бурового шлама при бурении таких пород значительно увеличивается за счет частичного разрушения керна в зоне его входа в колонковую трубу, что также существенно повышает износ инструмента.
При алмазном бурении абразивные свойства горных пород в массиве вызывают износ объемных и подрезных алмазов буровой коронки, которые постоянно находятся в контакте с горной породой и изнашиваются. Еще большее значение при алмазном бурении имеют абразивные свойства шлама горных пород, который вызывает износ матрицы алмазной коронки. Этот износ возникает в результате абразивного воздействия бурового шлама и частиц раздробленного керна, выносимых промывочной жидкостью через зазор между забоем скважины и торцом коронки, а также между стенками скважины и корпусом коронки.
Степень абразивности породы в массиве не всегда совпадает со степенью абразивности ее шлама. Поэтому одно из основных правил алмазного бурения заключается в выборе коронки, у которой качество алмазов и износостойкость матрицы были бы подобраны соответственно абразивным свойствам породы, чтобы коронка равномерно изнашивалась. Износ матрицы должен опережать износ алмазов настолько, чтобы алмазы в течение всего срока службы коронки выступали из матрицы на определенную величину, необходимую для ее эффективной работы на забое.
Для оценки абразивности горных пород предложено много способов, однако в основании их положен один и тот же принцип: это истирание эталонного материала (коронка, стеклянный диск, стальной стержень и т.д.) испытуемой породой в полевых условиях. Наиболее часто применяются способы по потере веса шариков или стального стержня.
Способ стержня, разработанный Л. И. Бароном и А. В. Кузнецовым заключается в определении потери веса стержня из стали серебрянки при трении о горную породу. Стержень изготавливается из необработанной термической стали серебрянки. Диаметр стержня 8 мм. Способ пригоден для пород и минералов с твердостью 3 и выше по шкале Мооса.
Критерием абразивности горной породы считается потеря в весе стержня (в мг) за 10 мин. Стержень вращается с помощью специально приспособленного сверлильного станка при осевой нагрузке 15 кг и скорости вращения 400 об/мин-
В качестве образцов испытываются керны или штуфы породы с ровной (не шлифованной) поверхностью. Диапазон значений абразивности по этому методу является довольно широким - от долей мг для известняков и глинистых сланцев до 100 мг, для авгитоплагиоклазового порфирита и мелкозернистого корунда ( табл. 5.17 ).
Показатель абразивности А по методу Л.И.Барона и А.В.Кузнецова вычисляется по формуле
где q i - потеря массы эталонного стержня за каждый парный опыт (испытания проводят с двумя концами стержня), мг; n - число парных опытов, выбираемых в зависимости от коэффициента К v .
Основные физико-механические свойства горных пород, влияющие на процесс бурения – их упругие и пластические свойства, твердость, абразивность и сплошность. Упругие свойства горных пород. Все горные породы под воздействием внешних нагрузок претерпевают деформации, исчезающие после удаления нагрузки или остающиеся. Первые из них называются упругими деформациями, а вторые пластическими. Большинство породообразующих минералов - тела упруго хрупкие, т. е. они подчиняются закону Гука и разрушаются, когда напряжения достигают предела упругости. Горные породы также относятся к упруго хрупким телам, но в отличие от минералов они подчиняются закону Гука только при динамическом приложении нагрузки. Упругие свойства горных пород характеризуются модулем упругости (модуль Юнга) и коэффициентом Пуассона. Модуль упругости горных пород зависит от их минералогического состава, вида нагружения и величины приложенной нагрузки, от структуры, текстуры и глубины залегания пород, от состава и строения цементирующего вещества у обломочных пород, от степени влажности, песчаности и карбонатности пород. Пластические свойства горных пород (пластичность). Разрушению некоторых пород предшествует пластическая деформация. Она начинается, как только напряжения в породе превысят предел упругости. Пластичность зависит от минералогического состава горных пород и уменьшается с увеличением содержания кварца, полевого шпата и некоторых других минералов. Высокими пластическими свойствами обладают глины и некоторые породы, содержащие соли. При определенных условиях некоторые горные породы подвержены ползучести. Ползучесть проявляется в постоянном росте деформации при неизменном напряжении. Значительной ползучестью характеризуются глины, глинистые сланцы, соляные породы, аргиллиты, некоторые разновидности известняков.
Твердость горных пород. Под твердостью горной породы понимается ее способность оказывать сопротивление проникновению в нее (внедрению) породоразрушающего инструмента.
В геологии большое распространение имеет шкала твердости минералов Мооса, по которой условную твердость минералов определяют методом царапания; по этой шкале твердость характеризуется отвлеченным числом (номером).
На основании многочисленных исследований Л.А.Шрейнер предложил классификацию горных пород, выгодно отличающуюся от шкалы твердости Мооса тем, что она наиболее полно учитывает основные физико-механические свойства горных пород, влияющих на процесс бурения.
К I группе относятся породы, не дающие общего хрупкого разрушения (слабо сцементированные пески, суглинки, известняк-ракушечник, мергели, глины с частыми прослоями песчаников, мергелей и т. п.).
Ко II группе относятся упругопластичные породы (сланцы, доломитизированные известняки, крепкие ангидриты, доломиты, конгломераты на кремнистом цементе, кварцево-карбонатные породы и т. п.).
К III группе относятся упругохрупкие, в основном изверженные и метаморфические породы.
Абразивность горной породы
Абразивность горной породы — способность горной породы изнашивать контактирующие с ней поверхности горных машин или горного оборудования в процессе их работы.
Абразивность горной породы зависит от твердости породообразующих минералов, от характера сцепления зерен друг с другом, от крупности и формы зерен, от плотности породы и степени ее трещиноватости.
Наиболее абразивными являются крупнокристаллические породы, состоящие из зерен твердых минералов, слабо связанных между собой, и образующие при бурении крупный остроугольный шлам. Трещиноватые породы более абразивны, чем нетрещиноватые, монолитные. При бурении в трещиноватых и пористых породах резцы буровой коронки обкалывают острые края трещин и образующиеся при этом крупные угловатые частицы породы перетираются под торцом, вызывая интенсивный износ породоразрушающего инструмента.
Кроме того, объем бурового шлама при бурении таких пород значительно увеличивается за счет частичного разрушения керна в зоне его входа в колонковую трубу, что также существенно повышает износ инструмента.
При алмазном бурении абразивные свойства горных пород в массиве вызывают износ объемных и подрезных алмазов буровой коронки, которые постоянно находятся в контакте с горной породой и изнашиваются. Еще большее значение при алмазном бурении имеют абразивные свойства шлама горных пород, который вызывает износ матрицы алмазной коронки. Этот износ возникает в результате абразивного воздействия бурового шлама и частиц раздробленного керна, выносимых промывочной жидкостью через зазор между забоем скважины и торцом коронки, а также между стенками скважины и корпусом коронки.
Степень абразивности породы в массиве не всегда совпадает со степенью абразивности ее шлама. Поэтому одно из основных правил алмазного бурения заключается в выборе коронки, у которой качество алмазов и износостойкость матрицы были бы подобраны соответственно абразивным свойствам породы, чтобы коронка равномерно изнашивалась. Износ матрицы должен опережать износ алмазов настолько, чтобы алмазы в течение всего срока службы коронки выступали из матрицы на определенную величину, необходимую для ее эффективной работы на забое.
Для оценки абразивности горных пород предложено много способов, однако в основании их положен один и тот же принцип: это истирание эталонного материала (коронка, стеклянный диск, стальной стержень и т.д.) испытуемой породой в полевых условиях. Наиболее часто применяются способы по потере веса шариков или стального стержня.
Способ стержня, разработанный Л. И. Бароном и А. В. Кузнецовым заключается в определении потери веса стержня из стали серебрянки при трении о горную породу. Стержень изготавливается из необработанной термической стали серебрянки. Диаметр стержня 8 мм. Способ пригоден для пород и минералов с твердостью 3 и выше по шкале Мооса.
Критерием абразивности горной породы считается потеря в весе стержня (в мг) за 10 мин. Стержень вращается с помощью специально приспособленного сверлильного станка при осевой нагрузке 15 кг и скорости вращения 400 об/мин-
В качестве образцов испытываются керны или штуфы породы с ровной (не шлифованной) поверхностью. Диапазон значений абразивности по этому методу является довольно широким - от долей мг для известняков и глинистых сланцев до 100 мг, для авгитоплагиоклазового порфирита и мелкозернистого корунда.
Показатель абразивности А по методу Л.И.Барона и А.В.Кузнецова вычисляется по формуле
где qi - потеря массы эталонного стержня за каждый парный опыт (испытания проводят с двумя концами стержня), мг; n - число парных опытов, выбираемых в зависимости от коэффициента Кv.
Оценка горной породы как массы или агрегата нескольких минеральных видов или органического вещества. Анализ классификации горных пород. Обзор метода определения абразивности, основанного на потере массы свинцовых шариков при взаимодействии с ней.
| Рубрика | Геология, гидрология и геодезия |
| Вид | презентация |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 18.10.2016 |
| Размер файла | 5,9 M |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
HTML-версии работы пока нет.
Cкачать архив работы можно перейдя по ссылке, которая находятся ниже.
Подобные документы
Механические характеристики горных пород. Отбор проб горной породы для физических испытаний. Определение предела прочности горной породы при одноосном сжатии, устойчивости и нагрузки на обделку подземных сооружений. Паспорт прочности горной породы.
лабораторная работа [184,6 K], добавлен 27.05.2015
Способы определения плотности горных пород. Механические свойства, твердость и абразивность. Основные характеристики магнитных и акустических свойств горной породы. Характеристика электромагнитных свойств, их роль в разведке полезных ископаемых.
контрольная работа [101,4 K], добавлен 14.06.2016
Разновидности воды в горной массе. Гигроскопичность - способность горной массы поглощать пары воды. Условия протекания процессов сушки. Тепло- и массообмен при сушке горной породы. Брикетирование горного сырья, процесс агломерации руды и обжига окатышей.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 04.12.2012
Определение твердости горной породы, коэффициента пластичности и работы разрушения, осевой нагрузки на долото при бурении из условия объемного разрушения горной породы, мощности, затрачиваемой лопастным долотом. Механические характеристики горных пород.
контрольная работа [198,3 K], добавлен 01.12.2015
Образование магматических, осадочных и метаморфических горных пород. Основные виды горных пород и их классификация по группам. Отличие горной породы от минерала. Процесс образования глинистых пород. Породы химического происхождения. Порода горного шпата.
Абразивность горных пород - это особое свойство пород, выражающееся в способности изнашивать породоразрушающий инструмент в процессе бурения.
Абразивность горной породы зависит от твердости породообразующих минералов, от крупности и формы зерен, их характера скрепления друг с другом, от плотности породы и степени ее трещиноватости.
Наиболее абразивными являются крупнокристаллические породы, состоящие из зерен твердых минералов, слабо связанных между собой, и образующие при бурении крупный остроугольный шлам. Трещиноватые породы более абразивны, чем монолитные. При бурении в пористых и трещиноватых породах резцы буровой коронки обкалывают острые края трещин и образующиеся при этом крупные угловатые частицы породы перетираются под торцом, вызывая интенсивный износ породоразрушающего инструмента.
Для оценки абразивности горных пород существует множество способов, однако в основании их положен один и тот же принцип: это истирание эталонного материала (коронка, стеклянный диск, стальной стержень и т. д.) испытуемой породой в полевых условиях. Наиболее часто применяются способы по потере веса стального стержня или шариков.
Способ стержня, разработанный Л. И. Бароном и А. В. Кузнецовым заключается в определении потери веса стержня из стали серебрянки при трении о горную породу. Стержень изготавливается из необработанной термической стали серебрянки. Диаметр стержня 8 мм. Способ пригоден для пород и минералов с твердостью 3 и выше по шкале Мооса.
Критерием абразивности горной породы считается потеря в весе стержня (в мг) за 10 мин. Стержень вращается с помощью специально приспособленного сверлильного станка при скорости вращения 400 об/мин и осевой нагрузке 15 кг.
В качестве образцов испытываются керны или штуфы породы с ровной (не шлифованной) поверхностью. Диапазон значений абразивности по этому методу является довольно широким - от долей мг для известняков и глинистых сланцев до 100 мг, для авгитоплагиоклазового порфирита и мелкозернистого корунда.
Таблица1 Классификация горных пород по абразивности (по Л.И. Барону и А.В. Кузнецову).
Читайте также: