Напряженное состояние пород в околоствольной зоне

В нетронутом массиве горные породы находятся в условиях всестороннего сжатия. Величина горного давления может быть определена по ранее приведенной методике. Горизонтальная составляющая этого давления Р_- определяется из выражения

, (2)

где К – коэффициент распора.

, (3)

где μ – коэффициент Пуассона.

Как указывалось ранее, для большинства пород μ=0,25, однако с увеличением давления и температуры μ увеличивается, поэтому величина коэффициента распора может доходить до 0,7-0,9.

В процессе бурения горизонтальное напряжение, возникающее в результате действия горного давления, снимается. Одновременно при значительных глубинах температура в скважине ниже, чем в породе. Вследствие этого в приствольной зоне возникают растягивающие напряжения. Вместе с тем на стенки скважины действует гидростатическое давление столба бурового раствора, и в породе возникают сжимающие напряжения. Под действием алгебраической суммы этих напряжений в горной породе возникают деформации. Если деформация превышает предел упругости, то начинается пластическое течение пород. Диаметр скважины уменьшается. В хрупких породах при предельной деформации происходит их разрушение, и диаметр скважины увеличивается.

Если основной причиной нарушения устойчивости стенок скважины считать изменение напряженного состояния пород, то повышение плотности бурового раствора уменьшит вероятность осыпей и обвалов. Однако как показывают исследования это мероприятие лишь отодвигает время начала осложнений, а не препятствует образованию каверн. Вместе с тем очистка ствола от шлама существенно улучшается.

Колебания давления в скважине в процессе бурения приводят к изменению деформации пород, что нарушает внутренние связи между частицами и способствует нарушению устойчивости ствола.

При производстве спуско‑подъемных операций, вращении колонны бурильных труб в горных породах околоствольного пространства возникают усталостные разрушения.