Читать онлайн «Физические эффекты при бурении нефтяных и газовых скважин»

Министерство образования Российской Федерации РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА имени И. М. ГУБКИНА Кафедра физики Кафедра бурения нефтяных и газовых скважин И. Н. Евдокимов И. А. Ведищев ФИЗИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ПРИ БУРЕНИИ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН (I. Эффекты удара) МОСКВА 2001  2 Предисловие. Цель данного пособия – способствовать повышению уровня подготовки студентов по фундаментальным естественно-научным дисциплинам, в частности – по дисциплине “Физика”. Пособие рассчитано на студентов 1го-6го семестров обучения и содержит сведения о некоторых физических эффектах, проявляющихся при бурении нефтяных и газовых скважин, а также в сопутствующих технологических процессах. При отборе излагаемого материала ставилась задача привлечь внимание к некоторым пробелам в традиционных программах обучения. Так, в настоящее время у многих инженеров-буровиков имеется недостаточно четкое понимание физико-механических процессов, протекающих в системе «долото - бурильная колонна» при проходке скважины. Это можно объяснить, в частности, тем, что в общеобразовательных курсах физики и теоретической механики рассматриваемые примеры связаны в основном с деформациями и разрушением тел в условиях статического (или квазистатического) нагружения. Квазистатические модели лежат и в основе ряда специальных курсов, читаемых студентам (таких как механика горных пород, технология бурения и т. п. ). Реальные же процессы в буровой скважине имеют существенно динамический характер, что может значительно исказить картину разрушения пород, наблюдаемую в статических условиях. Одна из основных причин этого - волновые эффекты, возникающие при разбуривания горной породы. В пособии небольшого объема было возможно дать лишь качественное описание обсуждаемых эффектов, их взаимосвязи и условий осуществления. Точные математические формулировки и выводы соответствующих формул при необходимости можно найти в книгах по соответствующим разделам науки и техники. В конце пособия приведены некоторые задачи по эффектам удара, предлагаемые студентам на экзаменах по курсу общей физики.  3 Эффекты удара (общие закономерности). Удар - совокупность явлений, возникающих при столкновении движущихся (твердых) тел. Длительность удара обычно очень мала и на практике лежит в диапазоне от нескольких десятитысячных до миллионных долей секунды (10-4 – 10-6 с). Развивающиеся в месте контакта тел ударные силы изменяются за время удара в широких пределах и могут достигать значений, при которых средние давления на площадках контакта составляют 109 - 1010 Па (десятки и сотни тысяч атмосфер). Действие ударных сил приводит к значительным изменениям скоростей точек тел. Следствиями удара могут быть также остаточные деформации, упругие (звуковые) колебания, нагревание тел, изменение механических свойств их материалов и др. , а при скоростях соударения, превышающих критическую скорость Vc, - разрушение тел в месте удара.