Распределение напряжений в околоствольном пространстве

Annotation

The working program of discipline "Physics of rock desintegration" is intended for the students of day time and correspondence training on a speciality 130504 "Drilling of petroleum and gas wells".In the program the purposes of a problem of educational discipline are determined, contents of theoretical and practical sections, program of independent cognitive activity, peculiarity of the current and final control of knowledge of the students and of education-methodical maintenance of discipline is stated. In the Application are resulted a rating a sheets variants of control work for the students of correspondence training, examples of the tasks of the current control, at rating certifications, example of the task of the final control of knowledge.

In educational discipline peculiarities of a structure of rocks, interaction a component of rocks with each other, basis reology, mathematical description of deformational behaviour of rocks in various intense condition, physical and mechanical theories of durability are considered. Significant attention cognitive to destruction of rocks at drilling.

The developer of the working program is Dr. V. Evseev the professor of department of drilling of petroleum and gas wells oil-gas-geology faculty.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

1.1. Цели преподавания дисциплины

Основной целью преподавания дисциплины является формирование у студентов представлений о горных породах как гетерогенных системах, закономерностях разрушения горных пород в различных напряженных состояниях при статическом испытании образцов и при бурении, необходимых для предвидения развития на забое скважины и околоствольном пространстве тех или иных явлений в условиях ограниченной информации.

Студент, изучивший дисциплину “Физика разрушения горных пород”, должен знать:

1. Отличительные особенности горных пород как объектов разрушения.

2. Основные понятия механики сплошной среды, с помощью которых описывается напряженно-деформированное состояние горных пород.

3. Аксиомы реологии.

4. Физические и механические теории прочности.

5. Методику определения механических свойств горных пород.

6. Механизмы разрушения горных пород в различных напряженных состояниях.

7. Особенности разрушения горных пород при динамическом приложении нагрузок.

8. Развитие разрушения горных пород при работе породоразрушающего инструмента.

9. Рекомендованные сочетания типа шарошечного долота, условной категории по буримости и твердости горных пород.

10. Влияние забойных условий на разрушение горных пород при бурении.

Студент, изучивший дисциплину “Физика разрушения горных пород”, должен уметь:

1. Определить коэффициенты крепости и абразивности горных пород.

2. Пользоваться паспортом прочности горных пород.

3. Определять интенсивность касательных напряжений, деформаций, величину среднего нормального напряжения и средней линейной деформации для любого типа испытания образцов горных пород статическим способом.

4. По величине твердости горной породы и имеющемуся долоту определять необходимую нагрузку для реализации эффективного разрушения.

5. По величине твердости горной породы определять необходимый вращающий момент на долоте.

6. По величине дифференциального давления (положительное или отрицательное) предъявлять требования к промывочной жидкости для увеличения эффективности разрушения горных пород при бурении.

7. Управлять угнетающим давлением.

1.2. Задачи изложения и изучения дисциплины

Цели преподавания дисциплины достигаются за счет выполнения комплекса учебно-методических и организационных мероприятий:

1. Изучение основных вопросов дисциплины “Физика разрушения горных пород” на лекционном материале, основанном на новых научных достижениях в области разрушения горных пород.

2. Связь с научными исследованиями, выполняемыми на кафедре БНГС.

3. Проведение студентами библиографического поиска литературы на заданную лектором тему в справочно-библиографическом отделе библиотеки ТПУ под руководством заведующей отделом Кубраковой Н.И.

4. Модернизация лабораторных работ, разработка новых.

5. Привлечение основ научных исследований для обработки экспериментальных результатов.

СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ

(Лекции)

Введение

Содержание, задачи и значение дисциплины “Физика разрушения горных пород “. Связь с другими дисциплинами. Общее представление о скважине. Современные способы разрушения горных пород при бурении скважин.

Горная порода - сплошная среда

Определение горной породы и массива пород. Отличительные особенности горных пород как объектов разрушения. Горная порода –многокомпонентная система. Взаимодействие компонент породы. Характеристика массивов горных пород: неоднородность, анизотропия, трещиноватость, плотность, пористость и водопроницаемость, водо‑, нефте- и газонасыщенность. Гипотеза сплошности твердых тел и возможность распространения ее на горные породы. Силы взаимодействия между молекулами в твердых телах.

Когезионное и адгезионное взаимодействие. Классификация горных академика Е.М. Сергеева. Скальные и дисперсные горные породы. Особенности глинистой горной породы. Электрокинетические явления.

Аксиомы реологии. Три вида идеальной деформации. Тела Гука, Сен-Венана, Ньютона. Реологические диаграммы и структурные модели. Реологические параметры: модуль сдвига, предел текучести, коэффициент динамической вязкости. Условия текучести. Реологические модели сплошных сред. Тела Максвелла и Пойтинга-Томсона. Ползучесть и релаксация напряжений. Типы горных пород по виду кривой ползучести.

Физические уравнения: обобщенный закон Гука, уравнения Генки. Модуль упругости и модуль деформации. Природа пластичности горных пород. Модуль пластичности.

1.2. Горная порода– объект разрушения

Теоретическая и реальная прочность твердых тел. Трещина нормального отрыва и сдвиговая трещина. Концентрация напряжений. Физические теории прочности: энергетический подход А. Гриффита, кинетическая теория С.Н. Журкова. Задача физических теорий прочности. Эффекты А.Ф. Иоффе и П.А. Ребиндера. Законы дробления твердых тел. Разрушение тел при сжатии. Дилатансия. Катакласти-ческое течение. Влияние контактных условий на развитие разрушения при сжатии образцов пород. Масштабный фактор.

Главная задача механических теорий прочности. Прочность горных пород при различных напряженных состояниях. Влияние жесткости системы нагружения на прочность горных пород. Теория прочности Мора и построение паспорта прочности пород.

Поровое (пластовое) давление в пористых горных породах. Эффективное напряжение скелета горной породы. Влияние порового давления на эффективное напряжение скелета и возникновение сколов. Понятие о коэффициенте аномальности и об аномально высоком и низком пластовых давлениях. Гидроразрыв горных пород.

Влияние температуры и давления на механические свойства горных пород. Теплопроводность, теплоёмкость и температуропроводность сухих и влажных горных пород. Тепловое расширение и термические напряжения в породах. Геостатическая температура горных пород в условиях их естественного залегания. Особенности поведения горных пород при их циклическом оттаивании и замерзании.

Абразивность горных пород. Основные закономерности изнашивания сталей и твердого сплава. Изнашивание металлов раздробленными горными породами. Показатели абразивности горных пород. Классификация горных пород по абразивности.

СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ

При изучении дисциплины выполняется цикл лабораторных работ.

ТЕМАТИКА ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1. Определение коэффициента динамической прочности горных пород. - 2 ч. (ауд.), 1.5 ч. (внеауд.).

2. Определение коэффициента абразивности горных пород - 4 ч. (ауд.), 1.5 ч. (внеауд.).

3. Определение механических свойств горных пород методом Л.А. Шрейнера. - 4 ч. (ауд.), 4 ч. (внеауд.).

4. Исследование разрушения горных пород внедрением инденторов различной геометрии. - 2 ч. (ауд.), 4 ч. (внеауд.).

5. Изучение влияния жидкостей на механические свойства горных пород. - 4 ч. (ауд.), 2 ч. (внеауд.).

6. Влияние дефектов на временную зависимость прочности плоских образцов. - 4 ч. (ауд.), 2 ч. (внеауд.).

7. Определение контактной прочности образцов горных пород. - 2 ч. (ауд.), 2 ч. (внеауд.).

8. Изучение влияния вращения индентора на разрушение горной породы при вдавливании. - 2 ч. (ауд.), 2 ч. (внеауд.).

В предлагаемых студентам лабораторных работах исследуется разрушение образцов горных пород как при статических, так и при динамических способах приложения нагрузок. В первой и второй лабораторной работе исследуется коэффициент динамической прочности и коэффициент абразивности одной и той же горной породы. Это позволяет определить категорию исследуемой горной породы по буримости. Работы третья - пятая, седьмая проводятся на установке УМГП‑3, созданной для исследования разрушения горных пород вдавливанием инденторов в различных условиях. Восьмая лабораторная работа наглядно демонстрирует роль сдвиговых усилий в разрушении горных пород при вдавливании индентора. В шестой лабораторной работе исследуется роль дефектов (повреждений) в изменении временной зависимости прочности. В этой работе студенты имеют возможность наглядно наблюдать присутствие времени при прочностных испытаниях образцов.

Методические указания к каждой лабораторной работе рекомендуют форму отчета.

Перечень лабораторных работ с указанием количества отведенных часов приведен в рейтинг-листе (Приложение 1).

ПРОГРАММА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Самостоятельная работа студентов заключается в

1. Изучении дисциплины с помощью компьютерного курса лекций и учебного пособия “Механизм разрушения горных пород при различных напряженных состояниях”. - 25 час.

2. Библиографического поиска литературы на заданную тему и написании реферата. - 25 час.

3. Выполнении расчетов и написание отчетов по лабораторным работам. - 23 час.

4. В изучении дополнительных тем теоретического курса. - 8 час.:

а) Теплофизические свойства горных пород (Спивак А.И., Попов А.Н. Разрушение горных пород при бурении скважин. - М.: Недра. - 1994, с. 50).

б) Абразивное изнашивание стали и твердого сплава; влияние жидкости; факторы, влияющие на показатели изнашивания (Спивак А.И., Попов А.Н. Разрушение горных пород при бурении скважин. — М.: Недра. - 1994, с.111).

в) Рейкообразование на забое скважины и методы борьбы с ним. (Спивак А.И., Попов А.Н. Разрушение горных пород при бурении скважин. - М.: Недра. - 1994, с. 227).

Вопросы, изучаемые студентами самостоятельно, входят в перечень вопросов текущего и итогового контролей.

ТЕКУЩИЙ И ИТОГОВЫЙ КОНТРОЛЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

При изучении дисциплины “Физика разрушения горных пород”проводятся следующие виды контроля: текущий и итоговый. Оба вида контроля являются составляющими применяемой в ТПУ рейтинговой аттестации. Текущий контроль (первая составляющая) проводится ежемесячно. При проведении каждого рейтингового опроса студентам предлагается четыре варианта. Каждый вариант содержит по 4 контрольных вопроса, на которые предлагается дать либо письменный ответ, либо устный. Ответы студентов оцениваются в баллах. Выполнение задания повышенной сложности оценивается дополни-тельными тридцатью баллами. Текущим контролем для студентов заочного обучения являются две контрольные работы.

Итоговым контролем знаний для студентов очной формы обучения является экзамен, при проведении которого студентам предлагаются билеты, содержащие по три вопроса. Итоговым контролем знаний студентов заочной формы обучения также является экзамен.

Примеры заданий текущего контроля

I. Пример одного из вариантов первого текущего контроля

1. Определить объёмную относительную деформацию и обосновать связь её со средним нормальным напряжением.

2. Геометрические уравнения (вид уравнений, физический смысл компонент).

3. Напряженное состояние в точке определено, если известно ...

(дать как можно больше вариантов ответа).

4. Шаровой тензор и тензор-девиатор; физический смысл разложения.

5. Сходство и различие между понятиями “анизотропия”и “неоднородность”. Коэффициент анизотропии.

II. Пример одного из вариантов второго текущего контроля

1. Идеальное тело Гука (все о нем: механическая модель, уравнение состояния, реологическая диаграмма).

2. Ползучесть и релаксация напряжений. Два типа горных пород по виду кривой ползучести.

3. Теоретическая и техническая прочность. Трещина как концентратор напряжений.

4. Связь σ - ε для высокопластичных и сильнопористых горных пород. На графике σ - ε показать модуль Юнга, модуль деформации.

5. Эффекты Ребиндера А.П. и Иоффе А.Ф.

III. Пример одного из вариантов третьего текущего контроля

1. Основная задача механических теорий прочности. Теория Кулона.

2. Разрушение при статическом и динамическом нагружении. В чем отличие? Типы волн, возникающих в образце при динамическом нагружении.

3. Смысл понятия “эффективное напряжение”. Индекс давления; определить с его помощью АВПД и АНПД.

4. Физический смысл коэффициента бокового распора. Гидростатичность поля начальных напряжений.

5. Влияние трения на торцах образца на развитие разрушения при сжатии и на измеряемую прочность.

IV. Пример одного из вариантов четвертого текущего контроля

1. Определение удельной объёмной и удельной контактной работы разрушения.

2. Механизмы разрушения породы при вдавливании цилиндрического штампа.

3. Динамика лопастных долот: природа возникновения продольных и поперечных колебаний.

4. Показатели работы долот.

5. Зависимость механической скорости от мощности на долоте и удельной объёмной энергии разрушения.

ПРИМЕР БИЛЕТА ИТОГОВОГО КОНТРОЛЯ

Экзаменационный билет № 19

1. Требование к буровому раствору для эффективного разрушения горных пород при бурении скважины с положительным дифференциальным давлением.

2. Причина возникновения конусной и столбчатой формы разрушения образцов горной породы при сжатии.

3. Твердость горных пород и выбор осевой нагрузки для эффективного разрушения.

ОБРАЗЕЦ ЗАДАНИЯ ПОВЫШЕННОЙ СЛОЖНОСТИ

Определить значения обобщенных напряжений и деформаций для чистого сдвига: σ₁ = -σ₃ = τ, σ₂ = 0 и ε₁ = -ε ₃ = γ/2, ε₂ = 0.

Решение

Используя выражение интенсивности нормальных напряжений s_i, интенсивность касательных напряжений t_i, среднего нормального напряжения s_ср, интенсивности линейных деформаций e_i, интенсивность сдвиговых деформаций g_i и средней линейной деформации e_ср через второй инвариант тензора-девиатора напряжений и тензора-девиатора деформаций (см. лекционный курс), последовательно получаем:

1. Второй инвариант тензора-девиатора напряжений:

I₂(T_н^д) = [(s₁-s₂)² + (s₂-s₃)² + (s₁-s₃)²] / 6 = [(-s₃)² + (‑s₃)² + (‑s₃-s₃)²] / 6 = s₃² = t².

2. Интенсивность нормальных напряжений:

s_i = (3.I₂(T_н^д))^0,5 = (3.t²)^0,5 = Ч3.t.

3. Интенсивность касательных напряжений:

t_i = (I₂(T_н^д))^0,5 = t.

4. Среднее нормальное напряжение (гидростатическое сжатие):

s_ср = (s₁ + s₂ + s₃)/3 = (‑s₃ + 0 + s₃) = 0;

5. Второй инвариант тензора-девиатора деформаций:

I₂(T_д^д) = [(e₁ —e₂)² + (e₂ —e₃)² + (e₃ —e₁)²] / 6 =

[2e₁ ² + (- 2 e₁)²] / 6 = g²/4 ,

6. Интенсивность линейных деформаций:

e_i = 2[I₂(Т_д^д)]^0.5 / Ч3 = 2 (g²/4)^0.5 / 3^0.5 = g / 3^0.5,

7. Интенсивность сдвиговых деформаций:

g_i = 2[I₂(Т_д^д)]^0.5 = g,

8. Средняя линейная деформация:

e_ср = (e₁ + e₂ + e₃) / 3 = (‑e₃ + 0 + e₃)/ 3 = 0.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

5.1. Перечень используемых информационных продуктов:

1. Электронный вариант конспекта лекций.

2. Комплект демонстрационных плакатов (75 шт.).

3. Видеофильм о работе ПРИ.

4. Методические указания для подготовки к выполнению лабораторных работ.

5. Породоразрушающие инструменты.

6.Тренажер-имитатор “Оптимизация процесса бурения скважин”

КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ

(для студентов заочного обучения)

При изучении теоретического курса студенты заочного обучения выполняют две контрольные работы. Задание для выполнения контрольной работы выдается лектором на установочной лекции. Пример контрольных заданий приведен ниже:

Контрольная работа № 1

1. Выбор инструмента для эффективного бурения: по расчету стоимости 1 м проходки, по удельной энергии.

2. Отличие механизмов разрушения горных пород при вдавливании в них индентора статической и динамической нагрузками.

3. Деформационная кривая упруго-пластичных горных пород при сжатии.

4. Горное (геостатическое) давление; как оно меняется в водонасы-

щенных горных породах.

Контрольная работа № 2

1. Горная порода как тело Пойнтинга-Томсона. Особенности ползучести.

2. Причина проскальзывания зубцов шарошки вдоль забоя. Влияние проскальзывания на эффективность разрушения породы.

3. Условие возникновения релаксации напряжений.

4. Охарактеризовать идеальное тело Гука.

Контрольная работа № 3

1. Закономерности изменения параметров вооружения шарошечных долот с ростом твердости горной породы.

2. Физический смысл коэффициентов бокового распора. Определение гидростатичности поля напряжений через коэффициенты бокового распора.

3. Шаровой тензор напряжений и тензор девиатор напряжений; физический смысл разложения тензора напряжений на эти слагаемые.

4. Реологические параметры и их размерности.

Контрольная работа № 4

1. Отличие модуля Юнга от модуля деформации (показать на соответствующем графике).

2. Влияние температуры и давления на упругость, пластичность, разрушение горных пород.

3. Охарактеризовать идеальное тело Сен-Венана.

4. Определение ползучести. Затухающая и незатухающая ползучесть.

Кривые ползучести горных пород.

Контрольная работа № 5

1. Отличие вязкого течения от пластического.

2. Природа возникновения крутильных, поперечных и продольных колебаний при работе лопастных долот.

3. Деформационная кривая упругих горных пород.

4. Какое поровое давление считается аномально низким. Как оно влияет на разрушение?

Контрольная работа № 6

1. Усталостное разрушение горных пород при статической и циклической нагрузках. Предел статической и циклической усталости горных пород.

2. Влияние аномально высокого и аномально низкого поровых давлений на развитие сколов при разрушении горных пород на забое скважины.

3. Какое поровое давление считается аномально высоким. Как оно влияет на разрушение.

4. Природа остаточной деформации у горных породах при механическом нагружении.

Контрольная работа № 7

1. Отличие угнетающего давления от дифференциального. Его влияние на разрушение горной породы на забое.

2. Основные профили изнашиваемых зубьев шарошечных долот. Пути повышения износостойкости ПРИ.

3. Шаровой тензор деформаций и тензор девиатор деформаций; физический смысл разложения тензора деформаций на эти слагаемые.

4. Охарактеризовать идеальное тело Ньютона.

Контрольная работа № 8

1. Основная причина отличия механических свойств дисперсных горных пород от скальных.

2. Пути повышения буримости горных пород.

3. Аксиомы реологии.

4. Тело Максвелла и проявление упругих и вязких свойств.

Контрольная работа № 9

1. Определение механический свойств горных пород методом Л.А. Шрейне-ра.

2. Параметры режима бурения и их размерности.

3. Эффективное напряжение в скелете водонасыщенной горной породы.

4. Деформационная кривая упругих горных пород.

Контрольная работа № 10

1. Различие между прочностью горных пород и их агрегатной твердостью.

2. Горная порода как тело Пойнтинга-Томсона. Особенности ползучести горных пород.

3. Охарактеризовать идеальное тело Ньютона.

4. Деформационная кривая высокопластичных и сильнопористых горных пород.

Контрольная работа № 11

1. Влияние механических свойств горных пород на проектирование параме-тров режима бурения.

2. Причины возникновения термических напряжений в горных породах, окружающих скважину.

3. Используя главные нормальные напряжения, записать следующие напряженные состояния: одноосное сжатие и растяжение, нагружение Кармана и Беккера, всестороннее равномерное сжатие.

4. Когда поровое давление считается аномально высоким? Влияние АВПД на разрушение горной породы.

Контрольная работа № 12

1. Горная порода как тело Максвелла. Время релаксации и проявление упругих и вязких свойств горных пород. Особенности ползучести.

2. Зависимость величины угнетающего давления от параметров режима бурения.

3. Строение тензора деформаций, физический смысл компонент.

4. Применение эффекта Ребиндера А.П. в бурении скважин.

Контрольная работа № 13

1. Природа проскальзывания зубцов шарошки вдоль забоя. Влияние проска-льзывания на эффективность разрушения горной породы при бурении.

2. Прочность тел теоретическая и реальная, природа отличия.

3. Вдавливание цилиндрического индентора в образец горной породы: первая экстремальная область, механизм разрушения.

4. Бразильский метод определения прочности горных пород.

Контрольная работа № 14

1. Особенности разрушения горных пород при вдавливании в их поверх-ность заостренных наконечников.

2. Физическая теория прочности А.А.Гриффита.

3. Вдавливание цилиндрического индентора в образец горной породы: вторая экстремальная область, механизм разрушения.

4. Классификация горных пород по величине твердости по штампу.

Контрольная работа № 15

1. Физическая теория прочности С.Н.Журкова.

2. Требования к параметрам бурового раствора при бурении скважин при отрицательном дифференциальном давлении.

3. Особенности разрушения горной породы при вдавливании сферического индентора.

4. Влияние осевого усилия на механическую скорость бурения.

Контрольная работа № 16

1. Влияние твердости горной породы на величину осевого усилия для эф-фективного разрушения горной породы.

2. Почему при изучении реологических свойств горных пород рассматрива-ются только физические законы, связывающие касательные напряжения и сдвиговые деформации.

3. Какими показателями пользуются для оценки работы долот.

4. Эффект А.Ф.Иоффе.

Контрольная работа № 17

1. Особенности напряженного состояния горных пород, формирующих стенку скважины.

2. Экспериментальное определение модуля Юнга и коэффициента Пуас-сона.

3. Влияние вязкости бурового раствора на механическую скорость бурения.

4. Взаимосвязь параметров режима бурения при турбинном способе бурения.

Контрольная работа № 18

1. Влияние трения на контакте «инструмент – горная порода» на развитие разрушения образцов горных пород при одноосном сжатии.

2. Выбор инструмента для эффективного разрушения горных пород.

3. Алмазный буровой инструмент: типы, особенности применения.

4. Влияние расхода бурового раствора на механическую скорость бурения.

Контрольная работа № 19

1. Влияние величины контактного давления на эффективность разрушения горной породы при вдавливании индентора.

2. Требования к параметрам бурового раствора при бурении скважин при положительном дифференциальном давлении.

3. Влияние гидродинамического давления на разрушение горной породы на забое.

4. Условие объемного разрушения при вдавливании индентора.

Контрольная работа № 20

1. Показатели упругих свойств горных пород.

2. Особенности изнашивания долотной стали, твердого сплава о горные породы.

3. Классификация ПРИ по принципу взаимодействия с горной породой и по назначению.

4. Влияние частоты вращения шарошечного инструмента на механическую скорость бурения.

Контрольная работа № 21

1. Энергетические законы дробления твердых тел: законы Риттенгера и Кирпичева.

2. Пути повышения эффективности разрушения горных пород при бурении скважин при положительном дифференциальном давлении.

3. Из каких слагаемых складывается давление на забое бурящейся скважины.

4. Влияние показателя фильтрации бурового раствора на механическую скорость, механизм этого влияния.

Контрольная работа № 22

1. Охарактеризовать идеальное тело Ньютона.

2. Формы разрушения горных пород при динамическом приложении нагрузки.

3. Определение коэффициента крепости горных пород на приборе ПОК.

4. Влияние депрессии на механическую скорость бурения.

Контрольная работа № 23

1. Какие слагаемые определяют величину давления бурового раствора на забой скважины.

2. Взаимосвязь параметров режима бурения при роторном способе.

3. Реологические параметры и их размерности.

4. Физический смысл разложения тензора напряжений на шаровой тензор и тензор девиатор.

Контрольная работа № 24

1. Влияние вязкости бурового раствора на механическую скорость бурения.

2. Тип и класс ПРИ.

3. Главные касательные напряжения.

4. Аксиомы реологии.

Контрольная работа № 25

1. Размерность механических напряжений.

2. Типы выпускаемых долот режуще-скалывающего действия.

3. Преимущества шарошечных долот перед лопастными.

4. Разрушение горных пород долотами PDC.

ФИЗИКА РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

Программа учебной дисциплины
Составитель Виктор Дмитриевич Евсеев

Подписано к печати

Формат 60х84/16. Бумага офсетная.

Печать Riso. Усл.печ.л. . Уч.-изд.л. .

Тираж 150 экз. Заказ . Цена свободная.

Издательство ТПУ. Лицензия ЛТ № 1 от 18.07.94.

Типография ТПУ. 634034, Томск, пр. Ленина, 30.

Приложение 2

ПАМЯТКА СТУДЕНТУ
по организации рейтинговой системы
по дисциплине “Физика разрушения горных пород”
Лекций - 32 часа, лабораторных занятий -16 часов.

1. Максимальная сумма баллов —1000. Максимальная оценка экзамена —150 баллов, текущий контроль в течение семестра —850 баллов.

2. Итоговая оценка по дисциплине определяется суммой баллов, набранных студентом в семестре: 1000 - 825 (отлично), 824 - 650 (хорошо), 649 - 525 (удовлетворительно).

3. К экзамену допускаются студенты, набравшие в ходе текущего контроля знаний не менее 450 баллов.

4. Студенты, имеющие задолженности в сдаче лабораторных работ к сдаче экзаменов, как правило, не допускаются. Вопрос о допуске студента к экзамену окончательно решает декан факультета.

5. Аттестация студентов проводится с 25 по 28 число каждого месяца. Во время каждой аттестации студент обязан набрать не менее половины максимального количества баллов, выделенных преподавателем.

6. При неявке на текущие контрольные занятия по неуважительной причине студент получает в свой актив 0 баллов. Если контрольные занятия были пропущены по уважительной причине, то преподавателем назначаются новые дни отчетности. Выполнение работ и их защита позже установленного срока вызывает снижение баллов, получаемых студентом.

7. Сумма баллов, заработанная студентом на любом этапе текущего контроля, не может быть уменьшена.

8. Экзамен считается успешно сданным, если студент набрал во время итогового контроля не менее половины выделенных преподавателем баллов.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

РЕЙТИНГ – ЛИСТ

Утверждаю

Зав. каф. БНГС Евсеев В.Д.

“___”_____________2003 г.

по дисциплине “Физика разрушения горных пород”

для студентов специальности 090800 гр.2Б02..

Осенний семестр 2003/2004 уч. года.

Лектор профессор, д.т.н. Евсеев В.Д.

Максимальный рейтинг: 1000 баллов Лекций – 32 часа

Оценки: отлично 825 – 1000 баллов Лаб. зан. – 16 часов

хорошо 675 – 824 балла ЭКЗАМЕН

удовл. 525 – 674 балла

Annotation

The working program of discipline "Physics of rock desintegration" is intended for the students of day time and correspondence training on a speciality 130504 "Drilling of petroleum and gas wells".In the program the purposes of a problem of educational discipline are determined, contents of theoretical and practical sections, program of independent cognitive activity, peculiarity of the current and final control of knowledge of the students and of education-methodical maintenance of discipline is stated. In the Application are resulted a rating a sheets variants of control work for the students of correspondence training, examples of the tasks of the current control, at rating certifications, example of the task of the final control of knowledge.

In educational discipline peculiarities of a structure of rocks, interaction a component of rocks with each other, basis reology, mathematical description of deformational behaviour of rocks in various intense condition, physical and mechanical theories of durability are considered. Significant attention cognitive to destruction of rocks at drilling.

The developer of the working program is Dr. V. Evseev the professor of department of drilling of petroleum and gas wells oil-gas-geology faculty.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

1.1. Цели преподавания дисциплины

Основной целью преподавания дисциплины является формирование у студентов представлений о горных породах как гетерогенных системах, закономерностях разрушения горных пород в различных напряженных состояниях при статическом испытании образцов и при бурении, необходимых для предвидения развития на забое скважины и околоствольном пространстве тех или иных явлений в условиях ограниченной информации.

Студент, изучивший дисциплину “Физика разрушения горных пород”, должен знать:

1. Отличительные особенности горных пород как объектов разрушения.

2. Основные понятия механики сплошной среды, с помощью которых описывается напряженно-деформированное состояние горных пород.

3. Аксиомы реологии.

4. Физические и механические теории прочности.

5. Методику определения механических свойств горных пород.

6. Механизмы разрушения горных пород в различных напряженных состояниях.

7. Особенности разрушения горных пород при динамическом приложении нагрузок.

8. Развитие разрушения горных пород при работе породоразрушающего инструмента.

9. Рекомендованные сочетания типа шарошечного долота, условной категории по буримости и твердости горных пород.

10. Влияние забойных условий на разрушение горных пород при бурении.

Студент, изучивший дисциплину “Физика разрушения горных пород”, должен уметь:

1. Определить коэффициенты крепости и абразивности горных пород.

2. Пользоваться паспортом прочности горных пород.

3. Определять интенсивность касательных напряжений, деформаций, величину среднего нормального напряжения и средней линейной деформации для любого типа испытания образцов горных пород статическим способом.

4. По величине твердости горной породы и имеющемуся долоту определять необходимую нагрузку для реализации эффективного разрушения.

5. По величине твердости горной породы определять необходимый вращающий момент на долоте.

6. По величине дифференциального давления (положительное или отрицательное) предъявлять требования к промывочной жидкости для увеличения эффективности разрушения горных пород при бурении.

7. Управлять угнетающим давлением.

1.2. Задачи изложения и изучения дисциплины

Цели преподавания дисциплины достигаются за счет выполнения комплекса учебно-методических и организационных мероприятий:

1. Изучение основных вопросов дисциплины “Физика разрушения горных пород” на лекционном материале, основанном на новых научных достижениях в области разрушения горных пород.

2. Связь с научными исследованиями, выполняемыми на кафедре БНГС.

3. Проведение студентами библиографического поиска литературы на заданную лектором тему в справочно-библиографическом отделе библиотеки ТПУ под руководством заведующей отделом Кубраковой Н.И.

4. Модернизация лабораторных работ, разработка новых.

5. Привлечение основ научных исследований для обработки экспериментальных результатов.

СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ

(Лекции)

Введение

Содержание, задачи и значение дисциплины “Физика разрушения горных пород “. Связь с другими дисциплинами. Общее представление о скважине. Современные способы разрушения горных пород при бурении скважин.

Горная порода - сплошная среда

Определение горной породы и массива пород. Отличительные особенности горных пород как объектов разрушения. Горная порода –многокомпонентная система. Взаимодействие компонент породы. Характеристика массивов горных пород: неоднородность, анизотропия, трещиноватость, плотность, пористость и водопроницаемость, водо‑, нефте- и газонасыщенность. Гипотеза сплошности твердых те<