Влияние жидкости на разрушение неорганических диэлектриков и горных пород при бурении тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

РГБ ОД

БАНКИРСКИ1 ГОСУДАГСТВЫШЯ УНИВЕРСИТЕТ

ка прзвах рукописи

ЕВСЕЕВ ВИКТОР ДетГРКЕШЧ

ЮЯЯ1ШВ ЯВДТОСТИ ИЛ РЛЗРШЕНКЕ НЕОРГЙИЧЕСКаХ ДКЭЛЕГ.ТККСВ К ГОРШХ ПОРОД Ш.Г1 БЛЕКНИ

01.02.05 Мехакикэ жидкости,

газз я плозии 05.15.10 Бурение еквэгж!

Автореферат диссертации на соискэнио ученой степени кандидата физико-шзтеиатггаеских' паук.

уад\- газз.

Работа выполнена в Томском политезнжческом университете

Научный руководитель: доктор физ.- мат. наук, член- корр. РАЕН и АН РБ, профессор Саяхов Ф.Л.

Официальные оппоненты:

доктор физ.-мат. наук, профессор Ахмадеев Н.Х.

кандидат (¿из.- мат. наук, доцент Хабибудлин И.Л.

Ведущее предприятие: институт БааНИШнефть, г.Уфа.

Защита состоится 26 мая 1995 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета К.064.13.06 при Башкирском государственном университете по адресу: 450074, Уфа-74, ул.Фрунзе, 32, физмат корпус, ауд. 216.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Башкирского Государственного университета.

Автореферат разослан апреля 1995 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н

СЕШ ХШКЕЕРШШа ЙАБота

АКТУАЛЬНОСТЬ ПИШШ!. Прочность является ^ундаиентальноЯ карактеристикой твердого геза. МйнуссЕвшшоэ управление ей изменением с помощь» жидкости - важнейшая задача йизмсо-пшичес-яой мезанини. Решение эта! задачи актуально дает ыиогих производств, но з nepsyiD очередь для аех, в которш осуществляется кепрерцвикй процесс рэз'руайния тал в прксугсахш йкдтостк, например, разрушение горная пород при бурении ек&аккп, измельчение неорганических даодеятрииов. В я&етоящеэ ¡время природа вдияиля жидкости на механизм разрушения «ородсобразуйщкх мжсралоь-диз-дектриков и гориыг пород является слабо исследованием вопросов.

В предложенной академиков П.А.Ре&шдером механизма влпянкя жидкости на прочность 6 сгагаетю последней связшюется с умень-coiiKSM удельной свободной поверхностной энергия (УСПЭ) рззрупа-емого тела Го при физической адсорбции молекул адсорбциоимз-аятивния веществ, вводимая в жидкость, на свежей псшэрж?ости растущих трешин.

С разупрочнякщкм действием жидкости на горние породы созывались большие надежды в повышении механической скорости бурения. OcHOBaiDiSM для них служило значительнее пскимение твердости горных пород, наблюдаемое в лабораторная условиях при вдавливании инденгора в породу в присутствии жидкости (воды), в которую предварительно вводились понжзуггели гвэрдости ( псжорх-ностио-актишшэ вещества, электролиты ). Однако добавление эетк же веществ в суровой раствор на водной основе не вкзшгало об-легчвжш раарулення пород при бурении скважин з ожидаемой мэр-я.

В настоящее время в вопросе вяия!мя бурового растеоpr.¡ нз разрушение пород на вабоо нет единого мнения: если одни полагают, что дисперсионная срада раствора не злжшт на разрушение-порода под вубом долота, то йругио расснатривает адсорбцкоккоо понижение прочности з качестве одного из основных резервов повышения механической скорости бурения.

Наличие столь полярикх мнений отражает соирокекноо состоя -ине понимания природы эффагаа Ребякдвра. вкзвоео сгсутстгжн адекватной модели, позволяющей прогнозировать вдняика «скости на кехалши разрушения. Представления Ребзыдера о природе нанхя прочности неорганических диэлектриков и горних пород тр«-Суют уточнения. Во-перзих, модам, Гр>в$эта зорнз лссь для здез-

льво>упругого тела, у которого отсутствуй® иеханичоскмв потери энергии Гп- Разруиекю же неорганических диэлакгржо» сопровождается потерями Гп» презосходящякн. согласно Г.Н.Баргекеву, я&-лкчзшу их УСЯЭ в 1,5-50 раз, прячет ярггрода потерь да вняснсна. Вшзмзша Гэо «* то vn явяявзгся вгкмейаей $нзкческой прочяое-тиой хараьюр.нстикой даоликтржа. Во-вгорш, па возишшж&ж при разруаэшш свежи дмэдекгрж&оти повзржкоома появляется избыточный элзкгрическнй заряд плохностаз q^. создавай! силыше электрические поля (до 10е Б/м) а растущей грааоже :: визиваищяй зыисомо алектропов еысогаос зизрглй (до 105 зВ ), здемтроизгииг-Hí)3 }5£ЛуЧЭИИЭ.

Faówrnso представлений о механизма вяшзшш жидкости на разрукегвга породообразувя« кпшерглоз-йзилекурикоа и горних пород, позгодянаис прогнозировать поведение зола под нагрузкой в прксухстсд ¡кздтосги, ягдяотся актуальной и в научной и в прикладном аспектах.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ гздлччаозся в установлении роли электризации при разрузшши б шмоп.онил прочности икнэралоз-диэлектриков л горша псрод в присутствии жидкости, уточнении модели эффекта Рсбнидзра. устрзнявдзн проткЕг»р&чка иоклу суидествущдами теорией эффекта ы экспьриментзльнаки дакныш и позхюнящем ставить задачу прогноза шкякия данной жидкости ка разрушение неорганически дизлснтригов и горних пород яри буренки.

НАУЧНАЯ i-OCiSHA РАБОТЫ заключается в разысгии самостоятельного научного направления, в рамках которого

- воиазано, что чупсхсихельяосхь разрушаемого диэлектрика к действий «а кого жидкости определяется величиной и изменением неравновесной составляющей аф&октквной энергии разрушения, возникающей асдедствиз появления избыточного электрического заряда иа свею« когерхностях растущей трещинн;

- зффдих Ребкндера рассматривается как стрэылоние неравновесной в пало ыисанкческого нагружвния системы ''дюлеитрик-мда ость" к равновесному состояний с помочь» гэдкостк, прочащей в паюеть растущей транши. Время релаксации электрических зарядов в жидкости, находящейся в полости трвчйьы, расскатрмьа&гся нан основной показатель сопроткалекия дяздвктрнна разрушение;

- установим», что явление "алэктризавдет при разрушении" свойс--ткшио и& золько криетадлнчэскмм нздргзшгчвекии доэладтрияам, во и акор£«оцу неорганическому стеклу;

- пока.!;«;;, что раярушечшо породы вдавлмвзниеи индентора прсдс-тавляот соСой процесс изхельчепяя;

- т-У!,".цг-'1л что ограниченное!!« возможности управления разруганном гоэних пород при буреадв .связана с затруднения*)! гамгшонкя электропроводности Сурерогр {иош^рз.

ОСЖЮВШЕ ВОДШЕНйа, вцнотцед КЗ -защиту, перечислена в пункте автореферата "Научная иовгодэ р?боти".

ПГАКТГГ'КЖ работ« -йзключгвтся в создании еди-

ного методологического подхода к энглизу влкяиця ¡кидкостеЯ на разруиеиие породообргзуиф« ы>шера~ов-дизлэитрииов и горних пород, позволяющего прогноаимшать влияние жидкости на разрулюниэ и экономить зпмическиэ реагента при буиегаа! .сяваяии.

ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕйУДзТАТОВ определяется использованием ста-ндзртиых мэтодчк измерения электропроводности кндксстсй, исследования разруиогош пород вдавливанием, опроделэшм дисперсного состава порошков и исследования механоэциссии.

АПР0ВА1Ш РАБОТЫ И ПУБЛИКАЦИИ. Основные результата работа докладывались автором на семинаре лаборатории дапшшпо! материалов ЛФТИ ин.А.Ф. Ио$$в ( г. Ленинград ), ковдгжгнуц? отдела поверхностных явлений ИФХ АИ СССР < г.Шснва ), ©№шзре ИЯ АН УССР (г.Львов), на сешгааро «а$едра колдандна'! виши ШГУ, на семинаре ЯХТТлЖ АН СССР ( г.Новосибирск ). «а свштарз яафедрн технологии и техники бурения скважин Санкт-Петербургского горного института, семинаре кафедры бурения нефтяяих и гаэсзиз сивздин УПГГУ (г.Уфа), иа Всесоетнкх сшпозлуказ со «вяаиогзасет п меяанозмиссии твердая тол ( г.г. Ташкент, Таллии ), из Зсесэ-юзной научно-технической ког^рокцяя "Разрушение горних «город при бурении скважин" (г. Уфа ), на йэвдуиароданх йоя#ерэвцют "Механика горных пород при буреяюГ ( п.Агой ), т 2-м Международном симпозиуме "Буреяио разведочных скважин в ослояиеяшп условиях" (г.Санкт-Петербург), на 8-й Мэлдаународной конференции по разрушении материалов (г.Киев).

СТРУКТУРА И ОБЪЁМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и списка используемой литература. Работа изложена на 253 страницах машинописного теиста, имеет 33 рисунка, 17 таблиц и 287 ссылок иа литературные источники.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении возможность снижения твердости .горной порода при вдавливании в неб ивдеиторя в .лабораторные исследованиях,

ауба долота - при бурении связывается с увеличением коз&фкциои-та передачи осевого устам кдроы прэдразрушекия. Зто возмогло при обеспечении кваз^тиросхачогч^асти давления ядра на целих. Ериасиюшо жидкости представляется яалйсдое естественным способом воздействия на дисперсность ядра предразруше!шя: опережающая дияьтрацкя при полоявггсмьвон перепаде давления и реализации 51а забое усталостной формы разрушения в условиях существенного нарушэння мзлегранулярно«* п преданной проницаемости горной породы, происходящей при вдавливании в породу зуба долита и его проскальзывании, обеспечивает формирозашю ядра предразрувекия в присутствии фильтрата бурового раствора.

Введение занорлаотся постановкой задачи исследования: построение модели влияния жидкостей на разрушение порэдооСрг®ую!ди2 шивралав-дазластрииов и горнах пород, основываясь на &2мге электрического заряжения сторон растуэди трещш.

Методологической основой для усовершенствования модели эффекта Ребиндера является энергетическое уравнение академика Л. И. Седова в вида ¿11 - - ¿1А + <1(2, где ¿и есть изменение внутренней энергии тела, аА - изменение работы внешних сил, ЙО - изменение рабэти за счег' химических реакций на поверхности, действия электромагнитного излучения. Последнее слагаемое ввод)£тся для возможности учета поверхностных е$£оитол взаимодействия тала с внеиятн средой.

В первом разделе приведен обзор исследований з££еита Ре-с-цидера. Рассматриваются особенности его проявления при разрушении аморфного иаоргаинческого стекла и кристаллических неорганических днзлектринон. Диализ ресультатов предшествующих работ показал, что разрушение указанных тел отличает одинаковые прошх&шя э^екта. Это позволяет предположить идентичность ме-хашпма шазш кидкости на развитие разрушения этих ддалеитри-ков. Мсвду хем, если электризация при разрушении кристаллических даздектрккоЕ является доказанном фантом, то этого нгдавя сказать в отношении стекла: академиком Б.В. Доря1-кным экспериментально показано, что э¡миссии электронов высокой энергии со свв*ей поверхности аморфного неорганического стекла нет.

0?>чг?4У!шые особенности изменения прочности неорганических лжшжгркьог при разрушении в присутствен жидкости не получили в достаточно аргументированного объяснения в рэу.кая

альпси«астл 5 - ¡,- Грк^ггп. Электризация из свежо: пьверхиос-

•íeii x/n.io.Mí.v.-rfCHH.t mi крч равр/шедам не срхаледолзсг OC-M^vs.,"; OOOÍ-PHÜOCTI-W прочвлэвкя эффекта Рабяндера.

¡:>c=. _ р^здода предлагается уточнение МОДУЛЕ Э^.^С;

Ведвдогсм рззно'ыснвкх электрических зарядов па cse-ровах приводи? к звзннююзош» дополнительного даг&по-

действуиаего взаимолойотвкл сторон тре-дииц. росту знергкк образования одкници площяда свм.ей поверхности до золичияв Тэ^> «о + Уле. ГДО Тпе ~ механические потеря зноргкд элэктростатичз-ской пркродн. Отличительной особенность» дополштглыпи электрических сил сцепления кекду сторонами speupntu от сия ялмлчес-кой природы, опредолякпгк раваозоснуи характеристику г0 Дта-локтркда, является зависимость тк от времени t действия нагрузки. Появлениэ <зо знаменует и начало релаксации зарядив в соответствии с величиной из времени релаксации I 3 диэлектрике {та; Í2), имеющего примесную природу. Оно в значительной степени ва-вискт от содоряаюм влаги з диэлектрике, снижаясь с его ростом.

йлдкость, в присутствии которой проксяодэт разрушение тала, зноскт дополнительной воздействие на релаксацию зарядо)>. Необходимым для этого условием является выполнение перапеаства О < О', где О и в' есть скорости роста зрещинн и поступлошк в еэ полость жидкости. Прошясюгекиэ жидкости з глубину грец^як ограничено диаметром колекули d . Величина d разделяет трегрег/ на ззршкну ( расстояние & моду сторонам! меньше d ) и полость ( h > d ). В соответствии с взаимодействием электрических ззря-;-сз в веретзэ г! полоста шрашккв для элективной знергнн ргз-рудэния можно записать в видо

Тзо - Гов - Ас/2 + ne2(d~1+ a_1)/8itSo + q02eKp(-Zt/t)fí / 4ее0, d ! где 2т0в - ÍFM(y)dy ость инвариант разрушения в данной жидкости, Fm - :ядагискакость "молекулярных" сил сцепления сторон трешдац, Ас - работа расшяникеющв сия. а - исжахаклоэ расстсяикэ. п -концентрация зарядов в sopes»:® гретлни. о - заряд гхэктрспэ, s0 - электрическая яостзяиязя, s - относительная диадзктричве-кая прошщаегюсть кмдкоотя, а -- о9 удалыгая злс.чтропроводиося,, х - ££0 / ае - время дояаясации зарадез в иидкзети, спроделявщео тся релаксации Ji,

Алгебраическая сумма порваз двух чюкса определяет работу равновесного разрушения 2Г - { 2г0в - Ас) и является важнейшей

характеристикой когезии. Третье слагаемое представляет собой инвариант уПев злэктричоскизс см, дейстзунщяя в вермине трещины, и вносит вклад в работу квазиравковесного разрушения 2Г - 2ц0В + " Ас Ыодайидировгнно© вираяешю Гри$$ига с учетом механических потерь энергии электростатической природы принимает вкд

6 - < 4Е С Г' + <ьгохр(-21/т:)Ь / ес0 3>°-5 / 00.)°'5, т.е. прочность и разнообразно еб врекениой зависимости при раз-руио!ши диэлектрика в прксутствш! жидкости определяется величиной и изменением чс. t, Т, X . При длительном действ, з* иагруз-ки кривая снижения прочности имеет асимптоту, соотЕечствуикцуи равновесному значении прочности - порогу статической усталости бп « « 2Е < г0Е - Лс/2 / У0-5

*

Механизм разрушения диэлектриков в присутствии жидкостей при выполнении условий б > 6П и 6 < бп различен.

Под классичесиш а$$октом Ребивдера следует поюгмать стремление неравноЕесьой механически нагруженной напряжением 6 > бп системы диэлектряк-кздкость к равновесному состоянии с помощью иокерякостиого влияния жидкости ( ток релаксации 31 ). Величина эффекта тем значительнее, мен больше £Ь. меньше ток ^ и меньшее иреыя релаксанта создаэт жвдност» в полости трещины. Более кедл'енлгоа шмеиение прочности о помоа^й объёмного влияния жидкости ( абсорбция молекул ¡шдаости диэлектриком ) обеспечивает ток релаксашш ¿ 9.

Для определения влия1>ия на прочность конкретного диэлектрика данной жидкости необходимо соблюдать условия корректности эксперимента: предварительное удаление из диэлектрика к жидкости улекгролигических загрязнений. Соблюдннче условий корректности позволяет оценить максимальную Способность диэлектрика к изменении прочности в присутствии жидкости. При разруыекил реального тела величина з|4»кта Ребкндера будет всегда меньше.

Управление эффекте« Рвбиндера связано с возможность» искусственного нзыеиекия топов 11, Высушивание диэлектрика перед разрунениэм в присутствия мидкости приведет и, уменьшению тока ¿2' повышни» чувствительности )1йзлектрИЯа к поверхностному воздействии жидкости, увеличении «ягаенсивности алектрско-гоамонных явлений; изменение тока ^ в полости треизнш возмогло кскусстаекчоа и остсствениоэ. Рэряое обг^поиизгется введенном в ходкость дополиктвль ных ноекголий юиз, а второе - ножож-яи^

этих носителей при растворении разрушаемого диэлектрика а исходной жидкости. Химический состав диэлектрика, искусственно© изменение концентрации колов в жидкости но будут влиять на из-иенетге прочности лишь при рэзрушеюм диэяектрота з присутствии жидкости, обладавшей в исходном состоянии такой концентрацией кокоя, которая обеспечивает постоянство яро.чени релаксации зарядов и жидкости при поступлении в нее дошлпительннзс ко.'юз.

При квазистахическом разрушении диэлектриков в насвдоннкх скесяя изменение прочности будет происходить в ссостетствш с изменением электрического сопротивления смесей. При разрушении диэлектрика в жидкости, рассторякщей диэлектрик я увеличиваящсй электропроводность возникавшего в полости аредииы раствора, прочность диэлектрика будет снижаться с ускорением.

Яри нарушении яеобходнмого условия ивазиравновесности разрушения ü < \)' сопротивлений развитии тредшш оказывает эффективное время родаксац;ш

Тэ® - Sol -1} + 1 3 / С (1 + И ],

разруаениэ становится неравновесным и прочность возргсат.ет на величину Лб. В вакуума, в «истых неполярных аддкостяк Д5 » О.

При выполнении условия д > а части полоста» свободной от фазового слоя жидкости, происходит эмиссия электронов eiíco-ких энергий. Еб интенсивность меняется по закону J - J0exp(- t / Т). При удовлетворении условия q0Xs0> W , где X - длина свободного пробега быстрого электрона, V? - ионизационный потенциал молекул пара ;.з1дкостя, возникают предпосылки для появлении вы-сокочаеготног) разрядного тока js, свидетельстзукцего о развитии неравновесного разрушения. Ионогениий понизитель прочности может сработать, если зз доступен выявлении по его импульсному электромагнитному поди.

Зависимость 6 , J , ja от одной величины - qc позволяет ио изменения одной из них судить об относительной Ееличиле и характере изменения других.

В третьем и четвертом разделам описывается осуществлённая проверка справедливости предлагаемой модели эффекта Ребиндера.

1. Сценка УСПЭ сэдды. Подставляя численные значения вели-чик п, а0, измеренных К. С. Нацином, и величину d для молекул води, этанола; бензола, получаем следущко' значения инварианта YneBt O.CGi, 0,096, 0,105 Д*/м2, еоответсгвэпно. Для (щенки величин« УСПЯ елмдн ^пользовались нзиест.чыч результата рпосепло-

нил c-S- в вакууме Ю-1 тор при дополнительной кондаацин ваяуук-

нзмер:;; соответствующая этому on;;vy воля-гина "УСПЗ" С юл + равна 0,48 ДжЛг. Зто позгодяет считать УСПЭ сдкда равной 0,42 äVm~; работа рас$ип»шав55с: сил оцбвигабтся величиной Ü.GÜ Л«/и*; мохагамесииэ потери зкерпш -,-aes при h - 10~3м, q3- £,о-•л?""- кЛг лр:кта;а:-зт значению 1,13 Дхс/м2, опроделякщ&е вс.и;щ;йу -жоргки разрупегшя 3,1 Дл;/ьг, ссгамерикув с эксяерлмйнтальнюда синими !!.С. Кгзнна.

2. Срзвкйкмэ известного (работы сотрудшков кзфедрц колло-.'йкчл/ даси .ТУ) измеаекля прочвогам подшфксталлических образцов цолочногглоеднш: соединений в нрксутеташ насьщ'зникз растворов сйсг^отс'хэуклял солей с изменением измеренного нами элсй-грлческого сопротивления этих растворов ( Сил« воспроизведена cue-Jü гопго.ч-^оксаи, даоксан-вода. насьщекньге солью KCl; смесь нропзиол-гс-паа:!, касиценкая соляш KCl, КЕг, KJ; водно-ацетоновая с.мэсь, насидемная соль» KJ ; спиртовые и воднш «асьзденкта раствора солей ), с жменепмем сопргхпгвлолля насаденных солямк KCl, КЗ' отитов продельного ряда от этанола до гептапола, с изменение« сопрожвления насыщенных водних растворов солай НаВг, KaCl, LiCl, KCl, КВт, KJ, CsCl без и с добавлением в низ: г.оо-тороашш ионов ( Cs", К"1", SÛ42-, Са2+, Li1", С0з2~ } показало, что наблюдается сшбатность изменения прочности гз электрического сопроигвлеши растворов.

( Существование тока Зз и эмиссии электронов высокой зкер-пш при разруыеиш! щэлочно-галоэдных соединений известно ш многих публикаций ).

3. Особенность изменения прочности иеоргажчес'пого стоила при разрушении его в вакууме, замеченная академиком С.Н. Курковым ( разупрочнящее действие адсорбционного слоя кз прочность стекла не исчезает при вакуумной тренировке образцов) и зависимость величин б и J от q0 позволяет указать на недостаток, присутствующий в упомянутой вше попытке обнаружения эмиссии электронов со свежей поверхности стекла: вакуумировакие образца стекла перед регистрацией эмиссии необходимо совместить с его прогревом.

Проварка этого предположения была проведена в ИФХ РАН совместно с В.А. Кузнецовым. Образцы стекла предварительно подвергались в течение трех часов прогреву в кварцевых ампулах при температуре от 20 до 450 °С. После отжига перед испытанием об-

рззцц осаждались. Для регистрации эмиссии электронов исгольно-валгсь сгаида? тная установка, йток-схэма которой приведена и а рис.1. Злоктримоская схска прэкусматр/шгла регистрации электровоз о энергией, проиавдедай 10* эВ в рэжямэ счета зещул&сов.

Исследование показало, что свода! скол неорганического стекла эмитирует электрон« высокой энергии (ркс.2). Зжссил хп-рзитеризуется резким всплеском интексззвности в момент скола образца и Гг(;стр:л< затуханием. С увеличением температуры отлита сбрапцоз начальная интенсивность эмиссии возрастает-. При температуре отэтя-а 20 °С, т.е. в тех жз условиях, в кадаес проводился пепек эмиссии электронов в опытах Б.В.Дерягина, эмиссия тзккэ не была зафиксирована.

Осуществленной доказательство наличия эмиссии с поворкюс-тл стекла свидетельствует о том, что мехашя:зс:ш> потеря энергия эязктростатичсской природа состгзлянт зкачкхчгльку» часть энергии разрушения стекла и их необходимо учитывать при объяснении шиоиегля прочности стекла в присутствии еиекост&й,

Вегич;;:;у л особенность изменения прочности стёкол разлголого :пгм!г|-:ссксг0 состава в присутствии воды пгобхо^гю свяоИ-вать с кззестомми яадичзнюй и изменением элекгропрово^юо:« зодиак растворов продуктов тадролзаа сшшкатов стерла.

В пятом развело дкссоргзции определяется причина настает эффекта Ребкидера при разружмши образцов герких пород вдазли-ваниэм лндангера в лаборатории условиях, с одной сторона, у. чаетоо отсутствия его при разрушении пород на забое екзаизгац. с другой СТОрОИЧ.

Проводится аналогия мо.^яу кзмольчекк-зи зернистого иатзрча-ла сжатием в матрице-контейнере к разругшгкзм порога вдаелкза-юй«. Провоженная оценка качества изчояьчеч-чя средйегернксгого мрамора при адаьлшаи-я в кого квдентора с помои;» и $<хсооедкмен-тогра^а "Акалшетте-20", ыетолои оптической счетной уикроско.: . показала (табл.1, 2), что под адаптером происходах изкояьчоки-.' породи. Дисперсность комяактпрогэкгаго нароста на дно лунки кола после его ультразвукового диспергирования ецо вей. Вт .-л-цесс вдаздзтанкя списывается коли&эдировашшм законом кашэяьч яля РеОнвдера:

А - Ад Ар = к-7 Ье-3,5. где' Ад, Ар - энергия, гатрдошаендя «а уиругоо даЗоринроьль:-;-дагдоздшкг породи под «хамим, соогаанязеш», к - работа

Ркс.1. ьлок-схзма установил для регистрации эмиссии электронов високос энергии: 1 - вакуумная намерз, 2 - гисоковолг.тнш! вып-рямстега. S - вторичный электронный умножитель, 4 - катодный повторитель, 5 -ииировол&тиехр селективна, 6 -пересчетков устройство, 7 - измеритель скорости счета, 8 - потенциометр.

J-10"* 1Г.4П/С ■ Н':

500!

S03 10С

8

« й

1

20

100

200

300

400

FM0.2. Диаграмма изменения начальной интенсивности эмиссии элоктрдаоз при сколе неорганического стоила от температура отжига.

Тейлица 1

Диспсрскьй анализ порошка из лунки натодом оптической счетной микроскопии

Диапазон фракций, нкм 3/10 10/14 14/20 20/23 28/40 40/63 > 63

Содержание частиц, X 1,07 1,30 3,14 6.37 13,17 23,93 51,0

Таблица 2

Результата дисперсного анализа компаитированной породы в лунке вшола после ультразвукового диспергирования фотоседиыентографоа "Анализетте-20"

Диапазон фракций,мкм 3/10 10/14 14/20 20/28 28/40 40/63 > 63

Содержание частиц, X 4,50 6.50 7,0 10,5 16,0 20,0 35,5

формирования едкювди oßt>ö«a породи, V - д^орнпруемш обьгм народы под индгнгорои, Ss - пзоаядь свежей псзархаости порода.

Диапазон изменения энергоёмкости мдашшсния иадеп-мра сел и в присутствии ;хндкости опрзделяот диапазон згжок^ея евсдчсс-ти породчз ¿15 , уолг/зкого тоз^етюнта пдастчнссти i\K , wacu-saöa разрушения &V » Чем меньшим временем ралзксадаг'! взрядсг обладает жздаость, в присутствия которой щюивзодик Зорущх&л-!Ю8 ядра предраарушогшя, тех Уидростатичкей давлс;с-:э ядра :::! далии, меньше Я, V, к, йзкен&кке удельной объёмной экерлп: разрушения Av - А / 7 непредсказуемо в силу симбагности измаке-шя величин А и V .

Бгаолвенке условий корректности энспорямеиза суздняжоиао отличает проявления эффекта Реблндера за лаборатории^ услоикяя разрушения породы вдавлхшакиоы от его проязлешй на пайоз е!;т-хзш. Если з перлом случае диапззон изменения зиергобыносж ЛДд - Am - А« ,гдэ Am - предельно возможная величина знертоЭикиски вдзаливания, Ах - энергоёмкость в присутствия раствора, возымеет о при проп-лтагаании порода мдаосзъ», то во »юрой - даапгясй изменения гноргоемиости ¡той: ДА3» Д;п' - Ар, гдй Лп'< Аг„ - зно-ргоёмкссхь -разруЕеяия породи естественной влажности, Ар - энергоёмкость разрушения в присутствии дксгюрскошшЯ среда бурового раствора. Неравенство йАл > АА3 " обеспечивает неньку» величину эффекта Ребиндера па забое скваяины, причем обесючкть это понижение твердости ыожко далеко sie всегда даже ее ля порода н от-.

часть запасенной в ней знергии в веде алеятромагшеткого излучения: ргосчипгвать на облегченно разрушения народи на забое ксполйгов&даен гибкости ¡«окно, если возможно »¡юкуссгвенноо увеличение эдожтропроводаости дисперсионной среди раствора.

Проведенные измерения электропроводности дистиллированной, водопроводной и пластовой ( минерализация - 339 г/л ) иод um добавлении в инх олеата натрия, сулы^окола, дсдещясу^ьёоката натрия. 0П-10, УЩР, ХЩ-7Ш, трилшм^осфатз катрда, бенгожгго-еой гдзкш разлччкш. концентраций показали, чах» диапазон тиа-нення апектркческого сопротивления снижается при росте кокцеят-радам носителей таз з исходной лодэ: если элеятркчеснов совро-тошлеккэ дистиллированная воды яри введвшт укззаниьгг реагентаз снижается на два порядка и более, водопроводной - s несколько раз.' то сопротивление шшотовий веда остаемся некзиеинш. Реек тона релаксации iz ирм увеличения температуры порода к елок-

ность лкыического состава «ршявачкой жидкости яри бурении сквагаш на не£гь являются очевидной причиной, ке «озводяащей использовать з$£«кт Ребкндера для ойаегчеиия разрушения породы на забое в подавляющей большинство случаев.

Конгруэнтное и инконгруэнтш» рзстаореяие порода« в вода, водаил растворах, нанесённых на поверхность образца породы и прошжачлзх внутрь его, ыкогостадайность гидролиза и обменных процессов оСгспечкзает непрерывное изменение йоицентрацгя носителей тока в растворах, воаникаших в породе яри раствороаяи и образовании новой твердой фазы, приводит к изыекенк» величины энергоёмкости вдавлква1ьм Аж порода во времени, определяет для халдой породу данного химического состава KOíWperHUfi ¡омический реагент, обеспечтааиздо! наибольшее снижение твердости.

Проведенное ва установка УМГП-З разрудеига пород вдавли-вакш* в врисутсткз! жидкостей (породы: диорит, туф кетасомати-ческий измененный, песчаник, туфоадевролкт; жидкости: дистиллированная и водопроводная веда, водные раствор» сульфонала, aneara натрия, КС1, НаоСОз различит концентраций ) показало, что начальное алэктр:коскоа сопротивление водньы растворов не является определямда в язиовекки твердости породы, водные растворы поверхностно-активных веществ не имеит преимущества поред водные! растворами других химических соединений в понижении меха-ккчесхих свойств горних пород.

основшг выводя

1. Разрушштэ неорганических диэлектриков сопровождается механическими потерями энергии электростатической природы, зависящими от плотности электрических зарядов, воагаиших на новях поверхностях разрушаемого даалактркна, и времени их релаксации.

2. (¿етсд контролируемого разрушения нельзя считать надежным методом определения удельной свободной поверхностной энергии неорганических диэлектриков.

3. Влкяние жидкости на изменение прочности дагэлактриков яыхехся поЕерхнасукым н объёмный. Зф$ект Ребнндера - частный случай понижения прочности разруааемсго в присутствии жидкости даздоирниа в результате релаксации электрических зарядов, воз-кика^а ьа сторонах растущих тредаи. через жидкость, проникающую к полость хредош. Врекя релаксации зло>№ркческих зарядов, создаваемой ¡»¡хчоотью в полости растущой трмзшн, квлкется по-

- SS-

«заато.глм способности дагр.оЯ гаэдгоети изменять прочность даико-гя íweraiЯ353. ПЗьЗиное влиячие жидкости ¡;а разрушение обеспечивается к.5>!ен«иисм электропроводности диэлектрика.

4. Злыггржашгя сяешх поверхностей при разрушении свойственна на только кристаллический неорганическим диэлектрикам» но к анодному неорганкчоскоку стеклу. Природа электризации при разрушении либо но обязательно связана с упорядоченностью структура стекла, либо происходят в Tes кастах его структуры„ которые в ближнем атомной окружения схожи со структурой кристаллов, но отлнмамтся от roa отсутствием дальнего порядка л симметрии.

5. Разрушение пород» под итампом при Едавли2а;чш предстаз-леот собой процесс тонкого измельчения, особенности изменения знергобнкостн которого в присутствия жидкости определяет1 особенности проявления эффекта Рейиндера при разрушении вдавливанием.

6. Определенно химического реагента, способного облегчить разрушение горкоЯ породы при бурении, исследованием разрушекет порода вдавливанием в присутствии различна* ira природе ж«кас-тей без м с дсбаалешэы в кке химреагентов невозможно. Рлиякге жвдкосзя на механизм разрушения при вдавлизанкн определяется характером геохимической среду: зависит от исходного химического состава жидкости, химического состава разрушаемой порою, времени насыщения порода ищносп». Исследование разрушения горных пород вдавливанием в присутствии жидкостей имеет самостоятельный научный и практический литорее: определение химреагента, способного обеспечить необходимое изменение электропроводности порових растворов касснвав горгагх пород перед як последует^ разработкой.

7. В практику технологического контроля качества прокиБоч-ной жидкости необходимо ввести измерение еб гяеятропроводкостя: если концентрация носителей тока в раствор® позволяет увеличить злс-атропрозодность бурового раствора взедэшсем в пего химического соединения, то применять, даою закю вещества, котсрмэ во только облегчают разрушаю» ввдеш ■» жайэ®, в» » зрчршаи* вэ-сущую способность сказочяшк шигок ва дайокай вавярядася» иоро-доразрушащего инструмент». Иправавине- дадрвтод* пород на забое глубоких сквакик использованием Рйбякдера яевозиож-нах ■■,.•.'•.•'

Содержание диссертации опубликован» в> едаэдзднх* работах: П. Воробьев A.A., Евсеев- BUH.« Заяшяямй ЖЖ Влияние сильного

злолтряческого поля, возникающего в трещине, на процесс её раз// 5-ззико-те:гшшескиэ проблема разработки полезных ксно-ГСШУХ.- 1974.- II 2.- С. 55-59.

2. О аряроке электромагнитных холя, излучаених горными породам при нагружжьани/ А.А.Воробьев, В.С.Виряев, Л.А.ЗаЕршский, В. Д. Езссиг. // ПроОлемы нефти и газа Тодеии.- 1374.- Bun.24.-

8.Воробьёв А.А., Евсеев В.Д. Влияние позеряностно-акхивны;: сред па плэтт.уг-ть экорпи сценленкя при разрушении диэлектриков // Изв.»¿сы.учеб.загедегей.Сер.Физика.- 1975.- II 12.- С.1С5-1С9.

4. ЕЕсеез В.Д. К определешя поверхностной плотности энергии некоторая. тел методом расклинивания /✓ Докл.АН СССР.- 1876.- Т. 221, i: 1. - С. £¿-89.

5. еесй&в в.д. о природе з£$екта Ребипдера при разрушили диз-яолтряксэ // Колясвдний курная.- 1076.- Т.38, вып.2.- С.341-344.

6. E£ceexs Б. Д. Влияние жидкой среды на процесс разрушения иеор-гз:€г-;ес:-;ого стекла У/ $изика и химия стекла.- 1973.- Т.5, й 2,-С.103-170.

7. еесс«в в.д., Кузнецов в.а. Особенности температуркой зависимости прочности и интенсивности электронной эмиссии при разруи-с»пи неорганического стекла. Томск, 1979.- 20 е.- Деп. в ВШШТИ 25.10.79, Н 3331.

8. Еьсеоз В.Д. Природа з$$екта Ребиндара при разрушении иеорга-101ческиз яизлентрш.ов и электрокогегконньге явления // Иза.нксш. учеб. заведений. Сер. Сизина. - 1S85. - N2.- С.29-35.

S. Evseyev V.D. Uaturo of Rsbinder effect by non-organic dielectrics and rocks failure// Abstr.8 International Conf.on Fracture, Kiev, 8-14 June 1333.- Kiev, 1S33. - P.249.

10. Evseyev V.D. The Increasing of Percussion Drilling Efficiency // Abstr. Intern, symp. on Drilling with Down the Hole Нашег, Changchun, 7-9 Oct. 1993.- Changchun, 1993.- P. 140.

11. Евсеев В.Д. Неравновесное разрушение неорганических диэлектриков и проявления аффекта РеСиндера// Докл. науч.1 техн. конф. "Проблемы науч.- техн. прогресса в бурении**, г. Томск, 22-24 нояб. 1994 Г.- С.19.

Подписано к печати 04.04.S5 г. Тира* 100 зкз. Заказ N 641

ИПФ. Ротапринт ТПУ, 634034, Томск, пр.Ленина, 30