Напряженно-деформированное состояние вокруг глубоких скважин в условиях неоднородности механических свойств пород приствольной зоны тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ р р ^НС^'^Т ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ И ПРИКЛАДНОЙ МЕХАНИКИ

1 О ИЮН 1994 На правах рукописи

АЯИМШЮВ АЙВАР МУРАТБЕНОВИЧ

уда 539.37

НАПРЯЖЙШО -ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОКРУГ ГЛУБОКИХ СКВАЖИН В УСЛОВИЯХ НЕОДНОРОДНОСТИ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРОД ПРИСТВОЛЬНОЙ ЗОНЫ

Специальность О1.02.04 "Механика деформируемого твёрдого тела"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Новосибирск - 1994

Работа выполнена в Институте моханики и машиноведения HAH FK и Научно-инженерном центре нетрадиционных технологий ИА PK (г.Алматы).

Научный руководитель

акадомик РАН, доктор технических

наук, профессор

Е.И.ШЕМЯКИН (г.Москва)

Официальные оппоненты

Ведущая организация

- доктор физико-математических наук, профессор А.Ф.РЕВУЖЫШО (г.Новосибирск)

- кандидат физико-математических наук, СИО

Л.А.ШВАБ (г.Новосибирск)

- Московский государственный технический университет им.Н.Э.Баумана

Защита состоится "24" ИЮНЯ 1994г. в " АО" часов на заседании специализированного совета Д 003.22.01 при Институте теоретической и прикладной механики СО РАН адресу: 630090, г.Новосибнрск-90, Институтская ул., 4/1. Институт теоретической и прикладной механики СО РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института теоретической и прикладной механики СО РАН.

Автореферат разослан " 1994г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат физико-математических наук

В.И.Самсонов

0Б1ЦАЯ лЛРАКТЬРИСТШ РАБОТЫ

Актуальность теш. Необходимость проектирования, строительства и эксплуатации нефтегазовых и разведочных скважин в сложных горпо-геологичзских условиях выдвинули в разряд актуальнейших проблему управления гортш давлением на больших глубинах. 3 спя.чи с отим требуется изучение физико-механических процессов, протекающих в толща горных пород вблизи глубоких скважин. Напряженно-деформированное состояние (НДС) вокруг скнажини формируется под действием различных факторов, таких как наличие тектонических сил, глубина бурения, разупрочняюцее воздействие бурового раствора, упрочняющий эффект кольматациэнного экрана, фп.эико-механичесние характеристики толщи горных пород и т.д. Надлежащий учет этих факторов позволит отразить реальное .поведение пород вокруг глубоких скважин и, тем самым, постро- • ить рацоинальную в статическом отношении расчетную схему. Поэтому, одномерные и двумерные упругие и упругопластичеекие задачи, учитывающие вышеупомянутые факторы воздействия на НДС породы приствольной зоны, представляют не только теоретический интерес, но и практическую ценность при бурении глубоких скважин.

Работа является составной частью плановых научно-исследовательских работ Института механики и машиноведения НАН РК по теме: "Статические и динамические задачи в телах с концентраторами напряжений".

Целью настоящей работ» является:

- решение двумерных упругопластических задач о НДС вокруг глубоких скважин с учетом пластической неоднородности, вызванной ралупрочняпщим воздействием бурового раствора;

- анализ влияния различных геомеханических факторов (таких как наличие тектонических сил, удельный вес бурового раствора, его разупрочняющее воздействие, физико-механические характеристики тол!П1( и т.д.) на размеры и конфигурацию упругопластической границы, а также на смещения контура скважины;

- решение упругих и упрутопластических задач о НДС вокруг глубоких скважин при упрочняющем эффекте кольматанионного экрана;

- анализ влияния кольматэциэннэго акрана на несущую способность пород приствольной зоны глубоких, скважин.

исследования. Проводимые в диссертационной р<ч(?оте исследования базируются на современных представлениях механики

деформируемого твердого тадп. При решении яадяч применялись метод?-/ теории упругости и чласттнопсг /тпрермпиа-нваднороднь/эс сред, теория «фикций комплексного переменного, метод яззмуще-ней в теории унругопллстичаского теля. Численные результата полученн с использованием ЭВМ.

Научная ноциона. Решены одномерные и двумерные упругие и упругоплястииескио задачи о НДС вокруг глубокой пкопжины. Роюо-ния учитывают такие характерные для сквялинм ^пкторы влияния ня породу приствольной зон!-/, как рмупрочняощее воздействие бурового раствора, • упрочняющий Зффвкч' кольмптаиионного -экрана, наличие тектонических сил. При отом предложонняя 'Ь'шшпя неоднородности ПрОЧНЧСТИНХ свойств гюр:»дн ЭОНЧ МСУПРУГИК деформаций (ЗПД), тиболче полно отряжает реялыпо ее почеденмэ вблизи екважмнм р процессе рязулрочнония. о'№кти упрочнении породы приствольной зоны, связанные с созданием вольмятяциониого экрана, описями рядами по степеням текущего радиуса для прочностные и де-формяниомимх характеристик. С учетом процессов рапупрочиоиич и упрочнения околостволышх пород, а также влияния тектонических сил, ^и.зико-мохяническич характеристик голод, глубины бурьян я ОПрвДвЛйЦМ НДС пблипи скважины, уцрур-'>плпетлчяскап гряиицп и перемещения контура скипя«им.

Практическая ценю с.т/>. Предложенная модель поведения толщи горных плрод, 'позволягмдо определить ИДО псчфуг глубоких скпякин с учетом таких особенностей поведения пород приствольной зоны, как их рояу/фочнолио буровые рпстророи,' упрочнение способом управляемое кольматяции, а тякже наличия ток комически* оил, может быть использована при проектярзипиии, строительство и пксплупта~ ции нефто-гмовык и разведочных скважин.

Достоверность научных результатов .обеспечивается точной математической постановкой задач, строгостью применяемых пнапи-тичоски* котодов мехрппки•деформируемого твердого тело и теории функций комплексного переменного, совпадением полученных решений при предельных перетодях с известными решениями упругоплАо-тических задач.

Апробация- работы. Оснопние результптм рпбчтм докладцвялись и обсуждались на:

- .VI ■Всесоюзном сомина,по "Анаяи'тчеорчо методы и применении ЭШ в механике горные пород" (Новосибирск, ирги, 19'Яг.);

- 2-ом Международном симпозиум? по б.уренгю разведочный скважин я осложнении* условиях (<С'Шкг~аогеЩург, тень ГЛ'Г'г.);

- 1Асждународной научной конференции "Актуальные проблеиы <вханиии деформируемого твердого тела" (Алма-Ата, ишь,1992г.);

- Ц Симпозиуме "Устойчивость и пластичность в механике деформируемого твердого тола" (Тверь, сентябрь 199^г.);

- научной сессии отделения фиэикочяатематичесних наук АН }К, посвященной проблемам развития механики и машиностроения

I Казахстане (Алма-Ата, ноябрь, 1992г.);

-8-й Международной конференции по механике разрушения материалов (Киев, июнь 1993г.);

- У1 Международном семинаре но горной геофизике (Пермь, юль 1993г.);

- Научной конференции "Механика и ее применение" (Ташкент, гаябрь 1993г.).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы пяти научных работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит э введения, трех глав, заключения, списка литературы-из 100 аименований и содержит 102 страницы машинописного текста,13 исунков и 9 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ" РАБОТЫ

Во введении дан краткий обзор исследований, посвященных осматриваемой проблеме, кратко изложены основные результаты, элученные при решении упругих и упругопластических задач. Придано обоснование актуальности темы, сформулирована цель рабо-

отмечены новизна и практическая ценность исследования, а 1кже кратко изложено содержание глав диссертации.

Первая глава посвящена исследованию упругопластического 1С толщи горных пород вокруг глубокой скважины с учетом плас-гческой неоднородности, вызванной рязупрочняющим воздействием грового раствора.

Пусть в упругой, однородной, изотропной толще горных пород юбурена глубокая вертикальная скважина радиуса /?о , внутри торой действует заполненная до верху жидкость - буровой раствор удельным весом ТГр . Наличие тектонических силТ,"ХТ создает нетронутой тоще неравнокомпонентное поле напряжений. Вследст-е перераспределения напряжений в толпе горных пород, связанно-с проведением глубокой скважины,»»круг нее образуется ЗНД.

При гидростатическое давлении бурового раствора на стенки ствола скважины, прочностные характеристики породы приствольной зоны значительно снимаются, что связано с процессами трес;инооб-разования и проникновений раствора в породу. В результате в ЗИД возникает внутренняя, непосредственно примыкающая к контуру скважины зона разупрочнения породы бур стада раствором.

Известно, что свойства породы в-ЗИД зависят главным образом от двух механических характеристик - коэффициента сцепления К и угла внутреннего трения V . Экспериментальные исследования различных авторов подтверждают предположение о постоянстве угла внутреннего трения. Следовательно,, в качестве меры разупрочнения породы приствольной зоны целесообразно Принять коэффициент сцепления. Характер и степень разупрочнения породу вследствие воздействия бурового раствора на стенки-ствола могут быть аппроксимированы функцией следующего вида:

ксрН 0 11 ^ ] ■ • ш

1Л р0<р<р1_.

где р - безразмерный текущий радиус (Р — г/й0, Йо -радиус скважины), Ро -безразмерный радиус зоны влияния бурового раствора, Р1- безразмерный'радиус ЬНД, К - сцепление породы, не подверженной воздействию бурового раствора, К0 - минимальное значение сцепления на контуре скважпнм, когда р0 принимает максимальное значение £> , П. - параметр аппроксимации,учитывающий нелинейный характер изменения механических свойств породы.

Предложенная функция неоднородности наиболее полно отражает реальное поведение породы приствольной зоны в процессе разупрочнения. Введенная зависимость переменного коэффициента сцепления

К(р) от текущего радиуса р позволяет не только описывать характер снжения прочности породы вблизи скп.т*ины (варьируя параметром П. ), но и учитывать степень разупрочнения породы, зависящей от НДС вокруг глубокой сквакинн.(используя параметр Ро ) ■

Как видно из рис Л по перо роста Гранины влияния бурового раствора ро , значение кэпф?кциентл сцепления на контуре скважины падает, что позволяет учесть возникяов«?!!!«? и рост влияния бурового раствора в процессе де^ор-.ч'р'^апгя. В продольна слгшпе.

Mill

1 1 »

* p ' 0 ■Jp

xr

когда р0 достигает кяксимольноЯ величины $> , коэффициент сцепления ня контур9"ппдает" до минимального значения Ко

Таким образом, введение и в функцию неоднородности параметра р0 позволяет проследить процесс разупрочнения породи в динамике, связанной с ростом зоны влияния бурового раствора

С учетом приведенной функции разупрочнения решены двумерные упругопластические задачи о НДС вокруг глубоких скваяин. Вначале определено упругоплостическое распределение напряжений породы ствола скважины, когда в качестве условия перехода материала в неупругое состояния принято условие Кулоня-Моро.Для плоской задачи в полярнь-х координатах р , 0 это условно может быть прелста! лено следующим образом:

(бд ~ б/)2 + 4т:р28 = Б1п*4>(бр + бе +2К(р)С%Ч>£ (2)

Для определения компонент напряжений в ЗНД, содержащей зону раэупрочняющего воздействия бурового раствора, использованы граничные условия, уравнения равновесия, ус.лопте совместности деформаций и условие Кулона-Мора. В зоне разупрочнлвдцего воздействия бурового раствора (Зоне I) и ЗНД, не подверженной влиянию бурового раствора (Зоне П) компоненты напряжений имеют следующий вид:

б Г +

где с - 4-1 п - Ко-К . _ ДылФ _

~ ~ У^Т' 1-е.' ;

С = - ы(К-Р) _ е^Р 0п

г - с -»- 1Л*Яп.

2 и-^-луи-ъ) '

Напряжения в области упругих деформаций (ОУД) найдены методом возмущений в теории упругопластического тела, развитом в исследованиях Д.Д.Ивлепа и Л.В.Ервювп. В результате получено уравнение упругопластичоокой гргтиим:

(3)

л - ^(аг-т-^-^кь5гтл , л 2Тсозгв л (4) где Л,

Далее установлено упругопластическое распределение напряжений породы ствола скважины, когда в качестве условия перехода материала в состояние неупругого деформирования использовано условие Треска-Сон-Зенана: .

(69-бР)г + 4т/а= 4Нг(р). (5)

Такое условие- принимается в случае, если угол внутреннего трения породы в ЗНД равен либо близок нулю.

Компоненты напряжений в ЗНД для данной задачи определяются аналогично предыдущей. В Зоне раэупрочняхщего воздействия бурового раствора (зоне I) и однородной ЗНД (зоне Ш компоненты напряжений таковы: .

61Р1 = с$ + гць-йШр - ) ' б?М = с3 + 2£(К-В)(1 + М -бс4 + геквпр ; б*й]~С4 + ы КО+еар),

(б)

где

с4 « &К- ггойп^в + -^-СА-О'

Напряжения в ОУД няйденн методами теории функций комплексного переменного с привлечением формул Колосова-Мусхелишвили. При этом напряжения в этой области удовлетворяют уравнениям равновесия и условию совместности деформаций.

На основании полученных компонент напряжений в ЭДД и ОУД определено уравнение упругопластической границы, которое в полярных координата* записывается в виде:

л с*-а

Я =* /—— ~ ' в (7)

УСг~2СС*СО529 + С* °

где С = ех р[ 4£к -=

Согласно формуле (7) упругопластическая граница представляет собой эллипс. В условиях геостатического поля напряжений (Л = ) эта границе переходит в окружность радиуса

(8)

Наконец, рассмотрен вопрос о распределении перемещений вблизи ствола скважины с учетом разупрочнения породы буровым раствором. В качестве условия пластичности принято условие Треска-Сен-Венана. Компоненты перемещений в ОУД определены методом Колосова-Мусхелишвили, а в 31Щ - методом возмущений. Получено соотношение для смещений контура скважины в условиях неравно-комлонентности напряжений в нетронутой толще:

Щ0=[ик - иРсС05(уЯепрс) + бдс)*

гс,1 Уърс - Узж^бпрс) - виг (Уз епрс) Я

(9)

+ иР1 созшепрл - (бр,- бе^Ыт/зЬхр^.

Здесь Я - размер упругопластической границы при Л Ф 1 , определяемый формулой (7); Рс - радиус упругопластической границы, определяемый формулой (8); ирс - суещение границы ЗНД (Л = 1 ) ; - смешение границы ЗНД С А ф Цд0 - смещение контура скважины в условиях гпостатини, определяемое формулой:

и1о = -^-[(Рс - ()(бВе - брс)] + иРе. (ш:

Во второй главе рассматривается упругопластичесное и упругое НДС толщи горных пород вблизи глубокой скважины с учетом упрочняющего эффекта кольматацнонного э1срана.

Как отмечалось в первой главе, в результате перераспределения напряжений в толще горных пород, связанного с бурением скважины, а такяе раэупрзчняющего воздействия бурового раствора на породу приствольной зоны, йэ прочностные свойства значительно снижаются. Ото обстоятельство может привести к различным осложнениям при бурении (таким как затяжки и прихваты бурильных колонн, смятие обсадные труб, проработки). Устранение этих осложнений,как известно, - процесс длительный, трудоемкий, требует больших материальных затрат и нередко заканчивается потерей скважины.

Существующая традиционная технология бурения не позволяет предотвращать разупрочнение породы, окружающей скважину, и проникновение бурового раствора вглубь пласта. Новая технология бурения с управляемой кольматацией позволяет устранить недостатки традиционной технологии бурения. Управляемая кольматация является методом целенаправленного воздействия на стенки ствола скважины и заключается в создании плотного кольматацнонного экрана на небольшую глубину с целью повышения прочности и снижения проницаемости пород ствола скважины.'

К настоящему времени разработаны и совершенствуются различные способы управляемой кольматации: механический, физико-химический, гидродинамический. В частности, гидродинамическая кольматация позволяет создать плотный непроницаемый экран из частиц твердой фазы глинистого (полимерного, цементного) раствора путем обработки стен скважины высокоскоростной струей, истекающей из гидромониторной насадки бурильнпй трубы.

Образование кольматацнонного экрана существенно увеличивает прочностные и деформационные характеристики пород ствола скважины. Диаграммы распределения прочностных характеристик околоствольной .породы в зависимости от расстояния до контура скважины построены согласно экспериментальным данным, полученным в Уфимском нефтяном институте. В качестве прочностной характеристики выступает безразмерный коэффициент сцепления К*(р) = Кф)/К, зависящий от текущего безразмерного рядиуса. р= Р/Яо« (рис. 2).

-А* *

А-А^г 1 Ач

-4*Р 5= 9*

—Ар I

л' V

Рис.2

При этом использовались экспериментальные данные для пород, обладающих кольматационным экраном (кривая П), и для пород, у которых такой экран отсутствует (кривая I). Как видно из рисунка, кольматационная кривая Л, в отличие от кривой разупрочнения I, имеет более сложное распределение прочностных свойств. Следовательно, невозможно описать эту кривую известными видами распределения (линейными, экспоненциальными, степенными и др.). Поэтому целесообразно представить характер изменения прочностных свойств пород, обладающих кольматационмнм окраном в общем виде (в виде ряда по степеням текущего радиуса). Основной механической характеристикой в ЗНД является коэффициент сцепления. Полагая,что сцепление породы является функцией текущего радиуса Р , запишем эту функцию в виде ряда по степеням текущего радиуса:

к*(р)=ГА р1

1 = -5

(II)

Здесь К*(р> = КС р)/к -приведенный текущий коэффициент сцепления, К - коэффициент -сцепления в нетронутом массиве; 61 - постоянные для данной кривой параметры, которые подлежат определению, Р^ - степени текущего радиуса. На упру-гопластической границе полагается К (рс) — \ , т.е.

значение сцепления в- нетронутом массиве.

Формула (II) позволяет установить закон изменения сцепления в ЗНД Р < Рс) на основе экспериментально определяе-

мой диаграммы распределения прочностных свойств породы.

Упругая область (Р > рс) , окружающая ЗНД й пребывающая в геостатическом поле напряжений, принимается однородной и изотропной.

На основании <1Ч)рмулы (II), уравнения равновесия, условия пластичности, соотношений закона 1\пса, соотношений Коган, условия сопряжения и граничных условий решена упругопластическая задача о НДС вокруг глубокой сгсважинм, обладающей кольматационнмм экраном. 13 качестве условия порохода породы в пластическое состояние принято условие Кулона-Мора. Компоненты напряжений и перемещен^ в ОУД и ЗИД таковы:

= т * 5Ш(Т + беж/о£г КРс/Р)2, ?(Р9) = О ;

Щр) = б'*М(Ро/Р)\ М(0)г= о;

бш = «Л^^М+'

1Ъ{р9]= О;

и[р] = Р,ЩУ-(Т+ бе*/с(г)(Ро/р)Ы: иШ = 0,

й - 2С05$_

(12)

„по с _ + ; - 1+£5'игЧ> л _ гвМ „ __

1-В5тЧ>

•Р - угол внутреннего тройня, 5 - модуль сдвига.

Смещение контура скважины определяется следующим образом:

' «3)

• На основании формулы (13) и условия сопряжения на границе р = Рс получена зависимость между величиной удельного веса бурового раствора и смещениями контура скважины:

Допустимый удельный вес бурового раствора определяется через смещения контура скважины (при условии, что все физико-механические характеристики и данные управляемой кольматации известны).

В случае, когда порода вблизи скважины моделируется упруго-деформируемым телом, основной механической характеристикой выступает модуль упругости. Для учета упрочняющего эф(*екта коль' матационного экрана, по аналогии с предыдущей задачей, полагаем, что модуль упругости является функцией текущего радиуса J) .

Эта функция запишется' в виде ряда по степеням текуцего радиуса:

m

Е*(р)*Це;р"'. (15)

J=0

где Е (р) = Е (р)/ Е - приведенный текущий модуль упругости, Е -модуль упругости в нетронутом массиве, еj - подлежащие определении параметры кривой, - степени текущего радиуса (е0=1)

Отрицательный показатель степени радиуса р выбран с тем, чтобы при р со приведенный модуль упругости Е*(р)-+■■{, т.е. к своему значению в ненарушенном массиве, поскольку неоднородность механических свойств "угасает" по мере удаления от оси скважины.

На основании формулы (15), уравнения равновесия, соотношений Коши и закона .Рука, а также граничных условий решена упругая задача о НДС вокруг, глубокой скважины, обладающей кольматацион-ным экраном. Компоненты напряжений и перемещений имеют следующий вид:

б(е)= (и 4 с* т + j;(16)

U(P) = C5f(p) + Сбgfp) ; U(в) = О,

где с _ Ypfid+bCi-Z^

5 EfOfflifO-WK + O + i) '

—Го—"

^ - коэффициент Пуассона.

Яутшии. гр>, 0) представляют собой степенные ряды относительно текущего радиуса р . Коэффициенты этих рядов определяются с помощью специальных рек/рентных формул.

Глава третья посвящена анализу влияния фактора неоднородности механических свойств пород приствольной зоны, связанного с процессами разупрочнения и целенаправленного упрочнения, на НДС вокруг глубоких скважин.

Вначале исследовано влияние разупрочнения породи буровым раствором на границу раздела ОУД и ЗНД, а также на смещения контура скважины. Проанализировано влияние тектонических сил Т , глубины бурения Ь, , удельного веса бурового раствора Зр на . размер упругопластической границы как с учетом, так и без .учета разупрочнягащэго воздействия бурового раствора. Анализ проведен в условиях нерапнокомпонентности и геостатичности поля напряжений. Зависимость размера упругопластической границы от физико-механических характеристик окружающей скважину толщи (таких как угол внутреннего трения Ф , предел прочности на сжатие беж ), исследована в случае, когда условием перехода породы в пластическое состояние является условие Кулона-Мора.

Также проанализировано влияние тектонических сил Т , удельного веса бурового раствора Кр , модуля сдвига породы С? в условиях геостатического и неравнокомпонентного поля напряжений, как с .учетом разупрочмяющего'воздействия бурового, раствора, так и без его учета на смещения контура скважины.

, Далее изучено влияние кольматационного экрана на радиус упругопластической границ« и смещение контура скважины. Проанализирована зависимость между удельным весом бурового раствора и смещениями контура скважины, как для кривой разупрочнения, так и для кольматационной кривой.

Расчеты на ЭВМ проведены по формулам, полученным в первой и второй главах. Результаты счета представлены в виде таблиц и ■ • графиков.

В Заключении сформулированы выводы, вытекающие из анализа основных результатов, полученных при исследовании НДС вокруг "лубоких скважин.

ОСНОЕШЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ

I. Решена двумерная упругопластическая задача о НДС. вокруг глубокой скважины с учетом функции неоднородности прочностных, свойств пород« вокруг скважины, наиболее полно отражающей реальную -картину механических процессов, протекающих при разупрочня-ющем воздействии бурового раствора.

'2. Проанализировано влияние тектонических сил Т , глубины бурения К , удельного веса бурового раствора Яр и его разупрочняющего воздействия, физико-механических характеристик толщи на НДС вокруг глубокой скважины.

. 3. Решены упругая и упругопластическая задачи о НДС вокруг глубокой скважины при упрочняющем эффекте кольматацюнного экрана с использованием рядов по степеням текущего радиуса для прочностных и деформационных характеристик.

,4. Получена зависимость между величиной удельного веса бурового раствора и допускаемыми ею смещениями контура скважины как для кривой разупрочнения, так и для кольматационной кривой.

Анализ основных'результатов исследований позволяет сделать следующие выводы:

1) с ростом величины тектонических сил Т , при прочих равных условиях, размер ЗНД вокруг скважины увеличивается. Аналогичная картина Наблюдается и с увеличением глубины бурения К если принять другие параметры постоянными (рис.3). Т.о. величины

______Т и К значительно влияют на размер оНД; .................

2) о уменьшением удельного веса бурового раствора Зр , при Постоянных значениях других параметров, размер ЗЦЦ увеличивается. Наличие разупрочнягсщего воздействия бурового раствора на породу

-••приствольной зоны приводит к росту упругопластической границы (рис.4). При этом существенное влияние на размеры упругопласти- ' ческой границы оказывает характер разупрочнения породы, т.е. значение параметра аппроксимации п (рис.5).Большему параметру П , при постоянных значениях других параметров, соответствует -меньший размер ЙЩ, следовательно, с увеличением параметра П наблюдается рост несущей способности породы приство-. льной зоны; .

: 3) меньшему значению угла внутреннего трения Ф ,при прочих равных условиях, соответствует больший размер упругопластической границы. При Ф = 0 (случай Треска-Сен-Венана)значение упругопластической границы р1 достигает своего максимального

значения (рис.6). Аналогично, могшему значению предела прочности на сжатие беж , при прочих равных 'условиях, соответствует больший размер упругопласттеской rpaimnw (рис..7). Т.о. фипико-мехянические характеристики толщи вокруг скважины (такие как Ф и бет. ) оказывают осущественное влияние на размеры ЗНД.

4) Величина тектонические сил Т значительно влияет на перемещения стопок ствола скважины. С ростом величины Т , при постоянных значениях других параметров, смещения стенок ствола скважины увеличиваются (рис, 8). Противоположную картину, при прочих равных условиях, лапт рост удельного веса бурового раствора ?р , Рязупрочмяюшее вопде.йстпиз борового раствора приводит к увеличению смещений контура скважины (рис.9). Кроме того, перемещения контура скважины сильно зависят от физико-механических характеристик толщи вокруг скважины, в частности, от модуля 'сдвига С . Большему значению модуля сдвига . С толщи, окружающей скважину, соответсвуюг меньшие перемещения стенок скважины, если другие параметры постоянны.

5) Кольматационный экран позволяет не только повысить прочность и непроницаемость пород приствольной зоны, но и существенно снизить значение допустимого удельного веса бурового раствора, что способствует увеличения скорости бурения. С ростом смещений' контура сквгатш, зфФокт влияния кольматашю'ниого экрана на допустимую величину удельного веса бурового раствора резко возрастает (рис.10).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ:

1. Алимжанов A.M. О влиянии тектонических сил и разупро,ч- , мяющего воздействия борового раствора на напрялганно-деформиро-впнное состояние вокруг глубокой екпажинн. - Вестник HAH PK, 1993,"? I , с. 78-03.

2. Алимжанов A.M. О разрушении пород вблизи глубоких сква-кин при раяупрочияю'лсм воздействии бурового раствора и влиянии тектонически" сил (на англ.языке). В кн.: "Механика разрушений: постижения и проблемы (Труды 8-ой Международной конференции по -леханике разрушения материалов, Киев 8-14 июня 1993г.)", Киев, (993, т.2, с.416 - 417,

3. Алимжанов A.M. Влияние кольматационного экрана на несущую способность пород приствольной зоны (на англ.языке). - Известия HAH PK, 1993, сер.физ.-мат., № 3, с. 19-22.

4. Алимжанов A.M. Анализ влиянии тектонических сил и разул. рочняющего воздействия бурового раствора на упругопластическое напряженное состояние вокруг глубокой скважины. В кн.,: "Материалы 10-ой Международной конференции по механике горных пород, М., 27 сентября - 4 октября 1993 г.", М., 1993.

5. Алимжанов A.M. Определение компонент перемещений пород вокруг глубокой скважины в условиях воздействия тектонических: сил. В кн.: "Механика и ее применение. Ташкент, 2—4 ноября 1993 г?, Ташкент, 1993, с. 24.

Рис. 6

бс*|(т/мг.)

4=50° . У=«°30'

Л = 0,9)6=0

Рис. 7

Рис. 8

I ~ при разупрочнении породи буровым раствором;

II - при создании кольматационного экрана, / Т* - приведенная тектоническая сила (Т*=у К).

Подписано в печать IB.04.94 Форлат 60x84^^16. Бум.тип. № I. Печать офоетная Уол.п.л. 1,16. Усл.кр.-отт. 1,26. Уч.-изд.л. 1,19 Тираж 100. Заквз 440

Типография' издательства 'Тылыи" . 480021, Аяыата, .ул.Шевченко, 28