Файл: Арцимович, Г. В. Влияние забойных условий и режима бурения на эффективность проходки глубоких скважин.pdf

рушения. Для объяснения этого явления было введено поня­

тие объемно-усталостного разрушения [43]. Не исключая воз­

можности этого вида разрушения и учитывая, что образование конусных поверхностей происходит при нагрузках в несколько

раз меньших, можно считать, что при применении шарошеч­

ных и алмазных долот уже сейчас осуществляется способ раз­ рушения, основанный на формировании систем конусных тре­ щин. Однако он применяется стихийно, без глубокого рассмо­

трения сути процесса.

§ 3. МЕХАНИЗМ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ

штампа несколько отличается от рассмотренного выше. Преж­

де всего, имеются четыре особые точки— концентраторы на­ пряжений. При повышении нагрузки на индентор поверхность искривляется и углы прямоугольника (первоначально один или два) внедряются в поверхность. Образуются местные оча­

ги микровыколов. Практически микровыколы возникают по

пространяется в глубину. Заметим, что оконтуривающая тре­

щина отстоит от длинной стороны на значительно большем

расстоянии, чем от короткой.

Серия экспериментов, выполненная для различных соот­ ношений сторон прямоугольных штампов, позволила уста­ новить следущую закономерность. С переходом от круглой

площадки контакта к квадратной и далее к прямоугольной отно­

шение площади, ограниченной на поверхности конусной трещи­ ной, к площади основания индентора возрастает (табл. 7). Это

свидетельствует в пользу применения прямоугольных инден-

торов. Ограничивающим моментом может быть лишь недос­

40

калывается по завершении третьей фазы. Измерения гео­

метрических параметров зоны разрушения дали следующие соотношения:

На рис. 18 даны два смежных усеченных конуса зон разруше­

щины с углами к горизонту сск=40° зафиксированы при взрыв­ ном разрушении хрупкого материала.* Соответствующие иллю­ страции, приведенные в книге К. Б. Броберга [51], убеди­ тельно подтверждают единство процесса разрушения хруп­ ких тел. Такой же механизм разрушения был обнаружен нами

в песчанике после искусственного отделения консоли. Со­

трудники ИГД им. А. А. Скочинского [46] аналогичный харак­ тер разрушения получили в граните, песчанике и кварците.

Р. М. Эйгелес [52] непосредственно наблюдал развитие конус­ ных трещин почти во всех основных типах пород и даже в та­

ких пластичных, как глины.

Выше отмечалось, что одновременно с образованием ворон­

ки разрушения в массиве формируется зона предразрушения.

Глубина развития этой зоны в 7 —10 раз превышает глубину-

выкола.

Зона предразрушения формируется в породе после первого же прохода инструмента по забою. В процессе углубления сква-

42

рушенной зоне, созданной ударно-вращательным бурением,

идет со скоростью в 3 раза большей, чем по монолиту. Крутя­ щий момент при этом снижается в 2 раза. За оборот ослаблен­ ная зона снимается. Интересно отметить, что при ударно-вра­ щательном бурении механическая скорость во времени измеря­ ется по синусоидальному закону. Природа этого явления та­ кова. Чрезмерное развитие трещиноватой зоны приводит к

тому, что процесс распространения новых трещин затрудня­

ется. Механическая скорость бурения начинает падать. За­

тем инструмент как бы прорывается через этот слой, снимая

его, и производительность вновь растет.

£4. МЕХАНИЗМ УПРУГО-ПЛАСТИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ПРИ ВДАВЛИВАНИИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ИНДЕНТОРА

СПЛОСКИМ ОСНОВАНИЕМ

Экспериментальные исследования процесса внедрения ци­

линдрического штампа с плоским основанием, выполненные в различных научных организациях страны (ИГиРГИ, ВНИИБТ,

ИСМ и др.), показали, что для некоторых пород рассмотренный

44

разрушении последнего нормальные радиальные сгг напря­

жения в течение 60 —80% времени цикла сохраняют положи­

же, что первоначально трещины образуются, а затем их

развитие прекращается. Формирование начальной кольцевой

трещины вызывает существенное перераспределение напря­

жений под штампом в сторону выравнивания уровня по кон­

тактной поверхности и смещение точки максимальных каса­ тельных ттах напряжений на оси симметрии в сторону откры­

той поверхности. Эти факты установлены методом фотоупру­

гости. Основываясь на теоретических решениях [56, 57] и по­

строив по материалам работы [56] поле изобар главных нор­

мальных напряжений (рис. 20), можно следующим образом

описать дальнейший процесс разрушения.

Увеличение нагрузки вызывает развитие в пространстве

под штампом необратимых изменений, связанных с пласти­

ческими деформациями или структурными изменениями (мик­

ротрещиноватости и т. п.). В результате образуется своеоб­ разная область, напоминающая по форме чашеобразное тело вращения. В сечении по оси симметрии зона необратимых деформаций имеет форму серпа, упирающегося острыми верши­

нами в кромки штампа (рис. 21 и [57]). Эта область, как видно

из рис. 20 и 21, размещается ниже зоны действия максималь­

ных касательных напряжений [57]. На заключительном этапе сформировавшееся ядро передает давление на кольцевую кон-

45