Технология и техника бурения в 2 частях Часть Горные породы

1
2
d
Рис. 3.1. Зависимость работы разрушения 
от дисперсности продуктов разрушения:
1 — по закону Риттингера; 2 — по закону Кирпичева
1
Дисперсность — величина, обратная линейным размерам тела.

---

3. Основные закономерности разрушения горных пород 
121
Работа разрушения А
р 
единицы объема тела согласно закону 
Кирпичева 
А
р
 =
V
2
сж
,
(3.5)
2E
сж
где 
V
сж
— прочность на сжатие при данных линейных размерах дро-
бимого тела.
Изменение 
V
сж 
с изменение линейных размеров тела Шрейнер 
представил в виде 
V
сж
 =
а
+ 
V
о
,
(3.6)
l
где а — постоянный коэффициент; l — линейные размеры тела; 
V
о 
— 
прочность на сжатие относительно больших образцов, когда влия-
нием масштабного фактора можно пренебречь.
Подставив в формулу (3.5) выражение (3.6), получим
А
р
 =
1
(
а
+ 
V
о
)
2
.
(3.7)
2E
сж
l
Выраженный таким образом закон подобия согласуется с опыт-
ными данными, а формула (3.7) позволяет определить величину А
р
для частиц известных первоначальных размеров.
Существуют и другие подходы для оценки работы дробле-
ния [5]. Так, поскольку при крупном дроблении поверхность про-
дукта увеличивается незначительно, а работа затрачивается глав-
ным образом на деформации дробимого материала, то всю работу 
дробления, с некоторым приближением, рекомендуется опреде-
лять по закону Кирпичева:
 
А
1
 = k
1
D
3
,
(3.8)
где D — диаметр разрушаемого тела.
При мелком дроблении, наоборот, поверхность продукта дро-
бления возрастает значительно, поэтому преобладает работа, за-
трачиваемая на образование новой поверхности. В этом случае всю 
работу дробления предлагается определять по закону Риттингера:
 
А
2
 = k
2
D
2
,
(3.9)
а при среднем дроблении рекомендуется пользоваться зависимо-
стью
 
А
3
= k
3
D
2,5
.
(3.10)

---

122 
II. Способы разрушения горных пород при бурении скважин
В формулах (3.8)–(3.10) k
1
, k
2
, k
3
— коэффициенты пропорцио-
нальности, величина которых зависит от дробимости и степени из-
мельчения материала.
П.А. Ребиндер предлагает пользоваться единым законом дро-
бления исходя из того, что вся работа дробления А складывается из 
работы А
1
 (см. формулу (3.8)) и работы А
2
(см. формулу (3.9)), т.е.
 
А = А
1
+ А
2
.
(3.11)
По размерам частиц, образующихся в процессе бурения сква-
жин, можно судить об эффективности разрушения горных пород 
породоразрушающим инструментом при разных режимах его ра-
боты. Так, если во время бурения в продуктах разрушения горных 
пород преобладает мелкая фракция, то, очевидно, с энергетической 
точки зрения процесс разрушения будет малоэффективным, по-
скольку в этом случае большое количество энергии затрачивается 
на образование новой поверхности, которая в продуктах разруше-
ния будет огромной. Мелкие фракции продуктов разрушения гор-
ных пород в процессе бурения создают дополнительные трудности, 
засоряя и изменяя свойства промывочных жидкостей.
Полностью избежать получения мелких и очень мелких фрак-
ций при бурении невозможно, так как их образование является за-
кономерным следствием самого процесса разрушения горных по-
род. Однако следует стремиться к тому, чтобы количество мелких 
фракций в продуктах разрушения горных пород при бурении сква-
жин было минимальным.
Основным энергетическим показателем процессов разрушения 
горных пород является