Технология и техника бурения в 2 частях Часть Горные породы

шения.
На рис. 4.3 показаны зависимости механической скорости v
м
от нагрузки на долото р
д
для различных пород, полученные в про-
цессе бурения в стендовых условиях шарошечными долотами № 6а 
при скорости их вращения 69 об./мин.
Механическая
скорость
м/ч,
Нагрузка на долото кГ
,
25
20
15
10
5
0
2000
4000
6000
8000 10000
1
2
3
4
Рис. 4.3. Зависимость механической скорости проходки 
от осевой нагрузки на долото для некоторых пород:
1 — известняк; 2 — мрамор; 3 — гранит; 4 — кварцит
Из рисунка видно, что для испытанных пород зависимость 
v
м
= f(р
д
) аналогична представленной на рис. 4.2, особенно для 
мрамора, где довольно четко можно установить границы обла-

---

130 
II. Способы разрушения горных пород при бурении скважин
стей, соответствующих режимам поверхностного, усталостного 
и объемного разрушения. Исключение составляет зависимость, 
полученная для мягкого сильно пористого известняка с преде-
лом текучести по штампу 13,3 кГ/мм
2
. Также видно, что при на-
грузках, применявшихся во время бурения, в граните и кварците 
происходило только поверхностно-усталостное разрушение, так 
как эти нагрузки не обеспечивали создание контактных давле-
ний, превышающих твердость гранита (300 кГ/мм
2
) и кварцита 
(600 кГ/мм
2
).
Некоторые исследователи отмечают существование критиче-
ской нагрузки в рассматриваемой зависимости для всех пород, по-
лагая при этом, что зубья долота погружаются в породу на вели-
чину, равную высоте наименьших зубьев шарошечного долота. Это 
возможно только при разбуривании пластичных пород, не дающих 
хрупкого разрушения, подобных известняку (см. рис. 4.3). Для 
пород пластично-хрупких и хрупких, слагающих основную часть 
осадочного чехла, критическая нагрузка может оцениваться толь-
ко прочностью долота и возможностью создания нагрузки на него, 
соответствующей объемному разрушению породы. Для таких по-
род не всегда можно связывать высоту зуба с величиной его погру-
жения, так как деформация до момента разрушения во много раз 
меньше глубины лунки, образующейся под зубом долота.
В зависимости от величины нагрузки на долото процессы по-
верхностного, усталостного и эффективного объемного разруше-
ния в реальных условиях бурения часто происходят одновременно.
При современном состоянии технологии бурения скважин ша-
рошечными долотами наибольший объем проходки осуществляет-
ся при усталостном разрушении горных пород.
Закономерности усталостного разрушения твердых тел иссле-
довались в основном на металлах. Усталостное разрушение горных 
пород исследовано недостаточно. Однако имеющиеся данные по-
зволяют установить основные особенности этого вида разрушения 
горных пород.
Усталостное разрушение металла наступает с того момента, ког-
да пластическое течение его в местах концентрации напряжений 
исчерпывается, т.е. когда металл в его поверхностном слое дово-
дится до хрупкого состояния.

---

4. Разрушение горных пород при бурении 
131
Усталостное разрушение хрупких тел, т.е. большинства горных 
пород, отличается от разрушения металлов: число циклов нагру-
жения, необходимых для доведения горных пород до разрушения, 
во много раз меньше, чем для металлов при одинаковых нагрузках. 
Поэтому горные породы весьма чувствительны к циклическому и 
особенно знакопеременному нагружению.
Усталостное разрушение твердых тел характеризуется преде-