Навчальний курс 184БОК23 Механіка гірських порід та їх руйнування при бурінні

Склад та будова гірських порід. Магматичні гірські поріди. Осадові гірські поріди. Метаморфічні гірські поріди. Кристалічні осадові породи. Уламкові осадові породи. Структура та текстура гірських порід. Неоднорідність осадових гірських порід. Фізичні показники дисперсних гірських порід. Загальні закони механіки ґрунтів. Стисливість дисперсних гірських порід. Поняття про опір зрушенню. Закон Кулона. Граничний опір зрушенню ґрунтів. Інші лабораторні випробування показників міцності. Напруження та деформації в пружній області деформування. Напружений стан в точці. Універсальний закон Гука. Напруження і деформації в пластичній області деформування. Сучасні теорії міцності. Класичні теорії міцності. Третя теорія міцності. Одноосний розтяг. Одноплощинне зрушення. Згин зразків гірської породи. Метод роздавлювання циліндричних зразків рівномірно розподіленим навантаженням. Показники механічних властивостей гірських порід. Пружний гістерезіс. Релаксація та повзучість. Стале руйнування твердих тіл. Масштабний фактор при визначенні властивостей гірських порід. Енергетичні закони руйнування крихких тіл. Пружні властивості гірських порід. Коефіцієнт Пуассона. Модуль деформації при зрушенні. Міцність гірських порід при простих видах деформації. Показники міцності скельних гірських порід. Міцність гірських порід на одноосьовий стиск. Міцність гірських порід на одноосьовий розтяг. Характеристики деформативності гірських порід. Гірський тиск. Геостатичний або повний гірський тиск. Пластовий тиск. Коефіцієнт об’ємного стиснення. Модуль об’ємної деформації при стисненні. Нерівномірне всебічне стиснення. Сталі деформації. Крихке руйнування. Пластичні зрушення (плинність). Межа міцності гірської породи. Умови стійкості стовбура свердловини. Гідророзрив пласта. Основні схеми взаємодії долота з гірською породою. Руйнування гірських порід при бурінні. Напружений стан в гірських породах при вдавлюванні. Вплив різних факторів на деформування та руйнування гірських порід при вдавлюванні. Режим зношення інструмента. Циклічна взаємодія елементів озброєння шарошечних доліт. Основні відомості про режим роботи породоруйнуючого інструмента. Схеми зношення гірської породи та металу. Абразивність гірської породи. Поняття про області спрацювання металів і показники абразивності порід. Взаємозв’язок між швидкістю абразивності і характеристиками руйнування гірської породи. Механізм абразивного спрацювання сталі при терті об гірські породи і в процесі їх руйнування. Ударно – абразивне спрацювання. Класифікація осадових гірських порід по абразивності. Вплив середовища на абразивність сталі. Особливості абразивного спрацювання твердого сплаву. Спрацювання металів роздробленими гірськими породами. Показники буримості. Взаємозв’язок буримості порід з показниками їх механічних властивостей.

Четвертий рік, осінь – 5 кредитів. Екзамен

Перелік дисциплін, які є передумовою вивчення курсу:

  • 184БОК10 Геологія (загальна та інженерна)
  • 184БОК11 Геологія (корисних копалин)
  • 184БОК15 Гідроаеромеханіка в бурінні
  • 184БОК24 Основи гірничої справи

Перелік дисциплін, для яких курс є передумовою:

  • 184БОК27 Закінчування та освоєння свердловин
  • 184БВБ4.1 Розробка та експлуатація нафтових та газових родовищ
  • 184БВБ4.2 Техніка і технологія видобутку нафти і газу
  • 184БВБ12.1 Фізика пласта
  • 184БВБ14.1 Теоретичні основи гідродинамічного моделювання
  • 184БВБ14.2 Підземна газогідродинаміка

Тема 1. Вступ. Місце механіки гірських порід у загальній механіці. Місце механіки гірських порід у загальній механіці. Завдання курсу та його значення. Теоретичні основи механіки гірських порід.

Тема 2. Склад та будова гірських порід. Склад та будова гірських порід. Магматичні гірські поріди. Осадові гірські поріди. Метаморфічні гірські поріди. Кристалічні осадові породи. Уламкові осадові породи. Структура та текстура порід. Неоднорідність осадових порід.

Тема 3. Методи руйнування гірських порід. Методи руйнування гірських порід і засоби буріння свердловин. Енергія, що реалізує руйнування гірської породи. Методи руйнування гірських порід. Механічний, електрофізичний і термічний методи руйнування Гірських порід. Метод механічного руйнування за допомогою породоруйнуючих інструментів.

Тема 4. Фізико-механічні властивості дисперсних порід. Фізичні показники дисперсних гірських порід. Загальні закони механіки ґрунтів. Стисливість дисперсних гірських порід. Поняття про опір зрушенню. Закон Кулона. Граничний опір зрушенню ґрунтів. Інші лабораторні випробування показників міцності.

Тема 5. Напруження та деформації в пружній та пластичній області деформування. Напруження та деформації в пружній області деформування. Напружений стан в точці. Універсальний закон Гука. Напруження і деформації в пластичній області деформування. Умова Трена  СенВенана. Умова Мізеса.

Тема 6. Теорії міцності та деякі особливості деформування і руйнування реальних твердих тіл. Сучасні теорії міцності. Класичні теорії міцності. Третя теорія міцності. Теорія Губерта – Мізеса – Генкі. Теорія міцності Мора.

Тема 7. Механічні випробування мінералів та гірських порід. Механічні випробування мінералів та гірських порід. Одноосне стиснення. Одноосний розтяг. Одноплощинне зрушення. Згин зразків гірської породи. Метод роздавлювання циліндричних зразків рівномірно розподіленим навантаженням. Показники механічних властивостей гірських порід.

Тема 8. Особливості поведінки мінералів при деформуванні. Твердість мінералів. Пружний гістерезіс. Релаксація та повзучість. Стале руйнування твердих тіл. Масштабний фактор при визначенні властивостей гірських порід. Енергетичні закони руйнування крихких тіл. Закон Ріттингера. Закон Кірпичева. Твердість мінералів.

Тема 9. Напружений стан гірських порід в природному стані. Напружений стан гірських порід в земній корі. Вертикальні напруження. Рівномірне всебічне стиснення. Гірський тиск. Геостатичний або повний гірський тиск. Пластовий тиск. Основні схеми лабораторного вивчення руйнування і деформування гірських порід. Схема Кармана. Схема Бокера. Полий циліндр.

Тема 10. Особливості руйнування гірських порід в умовах нерівномірного всебічного стиснення. Нерівномірне всебічне стиснення. Сталі деформації. Крихке руйнування. Пластичні зрушення (плинність). Границя текучості. Межа міцності гірської породи. Зміна процесу пластичного деформування.

Тема 11. Напружений стан гірських порід навколо свердловини що буриться. Фактори, які негативно впливають на стійкість гірських порід стінок свердловини. Пружне розподілення напруг. Пружне розподілення по горизонтальному напрямку від осі свердловини. Гідродинамічні коливання тиску в свердловині. Принцип незалежності дії сил. Умови стійкості стовбура свердловини. Гідророзрив пласта.

Тема 12. Напружений стану гірських породах при вдавлюванні. Основні схеми взаємодії долота з гірською породою. Руйнування гірських порід при бурінні. Напружений стан в породах при вдавлюванні. Вплив дотичного навантаження на розподіл напружень в гірській породі. Механізм руйнування гірської породи при вдавлюванні штампа. Особливості деформування гірських порід при вдавлюванні конусів. Визначення показників механічних властивостей гірських порід методом статичного вдавлювання штампу. Класифікація гірських порід. Вплив різних факторів на деформування та руйнування гірських порід при вдавлюванні. Аналіз показників механічних властивостей, які визначаються при вдавлюванні штампу, їх використання для визначення граничного стану порід.

Тема 13. Основні поняття про Абразивність гірських порід. Зношення деталей або інструменту в процесі роботи. Характер інтенсивності або швидкість зносу. Вид і властивості поверхонь взаємодії. Абразивність гірської породи. Режим зношення інструмента. Циклічна взаємодія елементів озброєння шарошечних доліт. Основні відомості про режим роботи породоруйнуючого інструмента.

Тема 14. Методи вивчення абразивності гірських порід. Схеми зношення гірської породи та металу. Схема буріння – різання. Абразивність гірської породи по Е.Ф. Епштейну. Схема свердління або стирання сталевих стержнів. Метод Л.И. Барона та А.В.Кузнєцова. Метод В.І.Карпова і М.П. Протид’яконова. Схема зношення на циліндричних поверхнях керна. Схема зношення диску. Інтенсивність навантаження. Частота взаємодії і швидкість ковзання. Інтенсивність охолодження. Середня питома потужність. Швидкість руйнування гірської породи.

Тема 15. Поняття про показники абразивності металів та гірських порід. Поняття про області спрацювання металів і показники абразивності порід. Взаємозв’язок між швидкістю абразивності і характеристиками руйнування гірської породи. Механізм абразивного спрацювання сталі при терті об гірські породи і в процесі їх руйнування. Ударно – абразивне спрацювання. Класифікація осадових гірських порід по абразивності. Вплив середовища на абразивність сталі. Особливості абразивного спрацювання твердого сплаву. Спрацювання металів роздробленими гірськими породами.

Тема 16. Буримість гірських порід. Вплив середовища на буримість гірських порід. Показники буримості. Взаємозв’язок буримості порід з показниками їх механічних властивостей. Вплив глибини залягання порід на буримість гірських порід. Механізм впливу рідини в свердловині на буримість порід. Механізм впливу тиску в свердловині на руйнування порід при вдавлюванні. Принципи будування розрізу свердловини по буримості гірських порід.

Практичне заняття №1. Фізико-механічні властивості дисперсних порід

Практичне заняття №2. Напруження і деформації в пружній та пластичній області деформування.

Практичне заняття №3. Міцність гірських порід.

Практичне заняття №4. Реологічні властивості гірських порід.

Практичне заняття №5. Визначення тиску від власної ваги гірської породи.

Практичне заняття №6. Визначення бічного тиску гірської породи в геологічній виробці.

Практичне заняття №7. Буримість гірських порід.

Лабораторне заняття №1. Прискорені компресійні випробування дисперсної гірської породи.

Лабораторне заняття №2. Випробовування дисперсної гірської роботи методом одноплощинного зрушення.

Лабораторне заняття №3. Визначення коефіцієнта кріпкості за Протид’яконовим.

Лабораторне заняття №4. Визначення початкового модуля деформації та коефіцієнта Пуассона скельної гірської породи.

Лабораторне заняття №5. Випробування гірської породи на твердість.

Лабораторне заняття №6. Випробування гірської породи на одноосне стиснення, розтяг та згин.

Лабораторне заняття №7. Визначення структури, текстури, мінерального складу гірських порід.

Базова

  1. Шашенко А.Н. Механика горных пород / А.Н. Шашенко, В.П. Пустовойтенко. – К.: Новий друк, 2003. – 400 с.
  2. М.Л. Зоценко, В.І. Коваленко, А.В. Яковлєв, О.О. Петраков, В.Б. Щвець, О.В. Школа, С.В. Біда, Ю.Л. Винников. Інженерна геологія. Механіка ґрунтів, основи та фундаменти. Полтава. 2004. – 560 с.
  3. Механіка ґрунтів. Основи та фундаменти. Підручник / В.Б. Швець, І.П. Бойко, Ю.Л. Виннников, М.Л. Зоценко, О.О. Петраков, В.Г. Шаповал, С.В. Біда. – Дн.: «Пороги», 2012. – 196 с.
  4. Механіка ґрунтів. Основи та фундаменти. Підручник / В.Б. Швець, І.П. Бойко, Ю.Л. Виннников, М.Л. Зоценко, О.О. Петраков, О.В. Солодянкін, В.Г. Шаповал, О.М. Шашенко, С.В. Біда. – Дн.: «Пороги», 2014. – 232 с., вид. друге, переробл. і доп.
  5. Спивак А.И. Механика горных пород / А.И. Спивак. А.И. Попов. – М.: «Недра»». 1975. – 200 с.
  6. Баклашов И.В. Механика горных пород / И.В. Баклашов, Б.А. Картозия. – М.: Недра, 1975.
  7. Борисов А.А. Механика горных пород и массивов: учебник / А.А. Борисов. – М.: Недра, 1980. – 360 с.
  8. Турчанинов И.А. Основы механики горных пород: учеб. / И.А. Турчанинов, М.А. Иофис, Э.В. Каспарьян. – Л. : Недра, 1989. – 488 с
  9. Борисов А.А. Механика горных пород и массивов: учебник / А.А. Борисов. – М.: Недра, 1980. – 360 с.
  10. Купер І.М. Фізика нафтового і газового пласта: підручник / І.М. Купер, А.В. Угриновський. – Івано-Франківськ: ІФНТУНГ, 2018. – 448 с.
  11. Нурсултанова С.Г. Физика пласта Текст: учеб. пособие / С.Г. Нурсултанова. – Алмата: КазНТУ, 2013. – 231 с.
  12. Соломчак Я.В. Нафтогазова механіка Текст: конспект лекцій / Я.В. Соломчак. – Івано-Франківськ: ІФТУНГ, 2009. – 204 с.
  13. Соломчак Я.В. Нафтогазова механіка Текст: лабораторний практикум. Ч. 1 / Я.В. Соломчак, М.О. Псюк, В.Д. Середюк. – Івано-Франківськ: ІФТУНГ, 2010. – 95 с.
  14. Сухарев Г.М. Гидрогеология нефтяных и газовых скважин. – М.: Недра, 1971. – 304 с.

Допоміжна

  1. Довідник з нафтогазової справи / За заг. ред. В.С. Бойка, Р.М. Кондрата, Р.С. Яремійчука. – К.: Львів. 1996 . – 620 с.
  2. Геолого-розвідувальна справа: гірничі, підривні, бурові роботи / Під. ред. К.Л. Ларіна. – К.: Либідь, 1996.
  3. Баклашов И.В. Механические процесс в породный массивах / И.В. Баклашов, Б.А. Картозия. – М.: Недра, 1986.
  4. Бакиров Э.А. Геология нефти и газа. – М.: Недра, 1980.
  5. Айбулатов Н.А. Динамика твердого вещества в шельфовой зоне. – Л.: Гидрометео-издат, 1990.
  6. Леворсен А. Геология нефти и газа / А. Леворсен. – М.: Мир, 1970. – 640 с.
  7. Маскет М. Физические основы технологии добычи нефти / М. Маскет. – М. – Ижевск: Ин-т компютерных исследований, 2004. – 608 с.
  8. Справочная книга по добычи нефти: под ред. Ш.К. Гиматудинова. – М.: Недра, 1974. – 704 с.
  9. Технологія видобування, зберігання і транспортування нафти і газу: навчальний посібник / О.І. Акульшин, О.О. Акульшин, В.С. Бойко, В.М. Дорошенко, Ю.О. Зарубін. – Івано-Франківськ: Факел, 2003. – 434 с.
  10. Конспект лекцій з дисципліни «Механіка гірських порід» для студентів напряму підготовки 6.050901 «Гірництво» / З.Р.Маланчук, С.Р. Боблях, В.О. Козяр. – Рівне НУВГП, 2011. – 150 с.

Координатор (Ягольник А.) Координатор (Винников Ю.) Syllabus