Механические свойства горных пород

Механические свойства горных пород - это их упругость, прочность на разрыв и сжатие, пластичность. Известно, что при снижении давления в пласте объем порового пространства уменьшается из-за упругого расширения частиц (зерен) горной

породы и уплотнения скелета пласта под горным давлением вышележащих пород. Вследствие этого жидкость начинает вытесняться из пор пласта.

Способность горных пород изменять свои объемы пор при изменении давления влияет на перераспределение давления в процессе эксплуатации. Важным показателем упругих свойств горной породы является величина ее коэффициента сжимаемости. Если на образец породы создавать внешнее давление, то объем образца и объем его порового пространства будет уменьшаться. При снятии внешнего давления объем образца и его пористость восстанавливаются до первоначальных значений.

Изменение объема пор горных пород происходит по закону ; Гука:

(7)

где АУ- изменение объема пор горной породы (в м³) при изменении давления на АР, Па; /? - коэффициент объемной упругости пористой среды, Па" .

Из формулы Гука видно, что коэффициент объемной упругости пористой среды характеризует относительное изменение объема порового пространства при изменении давления на 1 Па. По лабораторным данным коэффициент объемной упругости нефтесодержащих горных пород

Хотя значения коэффициента объемной упругости незначительные, процессы упругой деформации пористой среды нефти и газа (впервые установлено профессором В.Н. Щелкачевым) существенно влияют на поведение пластов, так как объем породы и пластовых систем, в которых происходят изменения давления при добыче нефти и газа, очень велик. Важно также знать и свойства на прочность, сжатие и разрыв. Эти свойства необходимы особенно при торпедировании, щелевой разгрузке, гидроразрыве пласта и т.д.

Значения прочности на сжатие (в Па) некоторых горных пород:

- базальты - до 5000-10⁵;

- плотные известняки - до 2600-10⁵;

- песчаники с известковым цементом 200-1000-10⁵;

- сланцы до 1000-10⁵.

Горные породы имеют большую прочность на сжатие, а при деформациях других видов прочность их незначительна. Например, прочность на растяжение для горных пород иногда составляет 0,02 от прочности на сжатие.

Прочность горных пород - это сопротивление их механическому разрушению. Горные породы оказывают значительное сопротивление при сжатии. Прочность горных пород на разрыв, изгиб и сдвиг составляет лишь десятые и сотые доли от прочности их на сжатие.

Прочность известняков с увеличением в них глинистых частиц уменьшается. Песчаники с известковым цементом имеют наименьшую прочность на сжатие. При увеличении плотности горных пород прочность их на сжатие возрастает. Прочность известняков и песчаников после насыщения их водой уменьшается на 20-45%. Пластические свойства горных пород, то есть способность их деформироваться под большим давлением без образования трещин, проявляется при бурении глубоких скважин. На большой глубине горная порода может «выходить» в скважину под воздействием большого горного давления вышележащих горных пород, что может приводить к большим осложнениям или авариям на бурящейся скважине.

Образование складок в земной коре с плавными изгибами, выпуклостями и вогнутостями происходит в результате пластических свойств горных пород.

Поиск по сайту: