Разрушение горных пород

[EpikhinAV]

Общая классификация способов разрушения горной породы

Как известно для того, чтобы создать скважину необходимо разрушать горную породу. При строительстве нефтяных и газовых скважин преимущественно используется механический вращательный способ разрушения горной породы, который, однако нельзя назвать единственным. Важно понимать, что при этом имеют место гидравлическое и химическое воздействие, а также термические процессы в точке контакта породоразрушающего инструмента и горной породы.

 

Если же рассматривать в общем разрушение горных пород, то существует множество классификаций, которые стараются дать общее представление о разнообразии существующих способов и механизмов.

 

Попытаемся их категорировать по виду физического воздействия:

 

-            Механическое – это способ разрушения, когда создается определённое статодинамическое воздействие (вдавливание, удар, вращение, вибрация, комбинация) породоразрушающего инструмента на горную породу.

-            Гидравлическое – это способ разрушения породы струей жидкости методом размыва.

-            Химическое – это способ разрушения, при котором происходит растворение горной породы от воздействия потока жидкости (в исключительном случае – газа).

-            Термическое – это способ разрушения горной породы, при котором происходит ее сжигание или растрескивание под действием высокой температуры. По сути вариациями термического способа разрушения являются способы основанные на применении плазмы, термоядерной реакции или лазера.

-            Электроимпульсное – это способ разрушения породы посредством энергии пробоя, проходящей через горную породу электрической дуги.

-            Взрывное – это способ разрушения горной породы, который обеспечивает разрушение массива за счет энергии, возникшей при детонации взрывчатого вещества.

-            Имплозивное – это способ разрушения, основанный на явлении кавитации (создании импульсов давления при схлопывании пузырьков газа или специальных капсул). 

-            Комбинированное (гидроабразивное, шароструйное, механо-гидравлическое, термодинамическое и т.п.).

Каждый из этих способов характеризуется технологией и комплексом оборудования, которое должно использоваться для их реализации. В данном разделе мы будем последовательно рассматривать эти способы разрушения горных пород и оценивать возможную широту его их применения.

[EpikhinAV]

Механическое разрушение горных пород

 

В строительстве скважин в основном используется механический способ разрушения горных пород. Механически породы могут разрушаться несколькими способами:

 

-  вращательным способом – когда породоразрушающий инструмент вращается и приложением в нему постоянной осевой нагрузки;

 

- ударным способом – когда породоразрушающий инструмент воздействуюет на породу посредством прилагаемой к нему ударной нагрузки;

 

-   вращательно-ударным и ударно-вращательным способом – когда породоразрушающий инструмент воздействует на забой совмещением ударной нагрузки и вращения с определенной частотой. Ударно-вращательный и вращательно-ударный способ отличаются соотношением типа воздействия в динамике работы инструмента. Другими словами, при ударно-вращательном разрушении превалирует ударное воздействие, а при вращательно-ударном – вращательное.

 

- вибрационным способом – по сути это способ ударного разрушения горной породы, который отличается тем, что воздействие на породу идет высокочастотными импульсами, амплитуда которых не очень высока. Еще особенностью вибрационного способа разрушения является, что чаще оно подразумевает больше не разрушение посредством разделения элементов горной породы, а разрушение посредством ее уплотнения.

 

Чтобы осуществлять механическое разрушение породы необходим определенный набор оборудования:

-  породоразрушающий инструмент, обладающий профилем (вооружением), способным внедряться в породу при приложении нагружения, а также имеющим определенную стойкость к износу со стороны породы;

 

- устройство приложения динамической нагрузки – то, что создает эффект динамического воздействия – в случае вращательного способа – это привод, обеспечивающий вращение; при использовании ударного воздействия – это ударный привод, при вибрационном воздействии – вибратор. Если же рассматриваются комбинированные методы, то используются совмещенные приводы или комбинации индивидуальных. 

 

-  устройство для приложения статической нагрузки – это то, что создает нагрузку для внедрения породоразрушающего инструмента в горную породу. Обычно это обеспечивается за счет специального элемента, обладающего достаточной массой, либо за счет специального механизма (например, гидроцилиндры), способного создавать и поддерживать эту нагрузку.