石油鉆井設(shè)備與工具--巖石基本知識-資料下載頁
2025-01-08 08:24本頁面
【正文】 磨性與摩擦力、對磨材料的性能、表面粗糙程度、摩擦面溫度、滑移速度、磨損產(chǎn)物的清除情況、參與摩擦的介質(zhì)等諸多因素有關(guān)。 巖石研磨性，反映著巖石在具體試驗條件下的表現(xiàn)，這些條件的改變，可能導(dǎo)致磨損過程的劇烈變化。 ),( 21 CHHf?? 影響巖石研磨性的因素 (1)巖石的礦物成分 巖石中造巖礦物的硬度、礦物顆粒間的硬度差，對巖石研磨性都有明顯的影響。礦物顆粒本身硬度越大，顆粒間硬度差越大，巖石的研磨性越強。 石英及其它堅硬礦物的研磨性很強，其在巖石中所占比例對巖石研磨性影響很大。例如：石英砂巖的研磨性可能比長石砂巖高 20倍。 (2)結(jié)構(gòu)特征 造巖礦物粒度表現(xiàn)為巖石表面的粗糙度。例如粉砂巖的粒度比砂巖小 2／ 3— 3／ 4，所以在硬度相同的情況下，粉砂巖的研磨性比砂巖小。同理細?；◢弾r的研磨性低于粗?；◢弾r。 礦物顆粒棱角、軟硬變化、孔隙度，對巖石的研磨性都有影響。巖石礦物顆粒棱角度、軟硬差別、孔隙度越大，巖石的研磨性就越大。 研磨性隨其膠結(jié)物強度的降低而增加。這是因為膠結(jié)物強度降低，則巖石的表面易于更新，從而對工具的磨損能力增強。 (3) 正壓力 試驗證明，當工具與所破碎的巖石表面摩擦時，在單位面積上的正壓力未達到巖石的硬度值以前，動摩擦系數(shù)是正壓力的增函數(shù)，即其值隨正壓力的增加而增大。但是，單位面積上的正壓力增加到超過巖石硬度值以后，動摩擦系數(shù)值便保持為常數(shù)，間或還有所降低。這種現(xiàn)象可以解釋為：當單位面積上的正壓力未達到巖石硬度值以前，工具與巖石為點接觸，隨著正壓力的增加，工具顆粒與巖石顆粒之間的粘滯力可能加大，因而摩擦系數(shù)增大；當單位面積上的正壓力超過巖石硬度值時，巖石產(chǎn)生體積破碎，工具顆粒與巖石顆粒之間的粘滯關(guān)系改變，因而摩擦系數(shù)保持為常數(shù)或略有降低。 （ 4）滑動速度 滑動速度即工具與巖石的摩擦速度。隨著摩擦速度增大，起初磨損率的增長較小，當摩擦速度增大到某一臨界值，磨損率急劇增大。圖表明在砂巖中工具磨損率與摩擦速度 (或切削速度 )的關(guān)系。 介質(zhì)能夠改變工具和巖石之間的摩擦特性。一般巖石表面干燥時，摩擦系數(shù)大，表面變潮或潤濕后，摩擦系數(shù)下降；當有表面活性劑溶液或乳狀液存在時，因其潤滑作用大而使摩擦系數(shù)更小。這是因為摩擦表面有介質(zhì)存在時，減弱了摩擦物體表面之間的相互作用力。當表面活性劑溶液或乳狀液潤濕巖石時，它們吸附在摩擦表面，形成單分子膜或潤滑層，使摩擦發(fā)生在潤滑層之間，因而動摩擦系數(shù)大大減小。 （ 5）介質(zhì) 三、 巖石力學(xué)性能的測試 一）壓入硬度、塑性系數(shù)、單位體積破碎功的測定 利用壓頭靜壓入巖石，得到的載荷 — 侵深的關(guān)系曲線，計算壓入硬度、塑性系數(shù)、單位體積破碎功。 試驗儀器 儀器：巖石壓入硬度測試儀。 試驗方法與步驟 事先確定壓頭與巖石的接觸面積，在壓入過程中保持接觸面不變，通過油缸加壓，記錄載荷 — 侵深，直至壓頭下方巖石完全破碎形成破碎坑為止。然后清除破碎坑內(nèi)殘留的破碎巖粉，測量破碎坑的體積。 根據(jù)記錄數(shù)據(jù)繪制載荷 — 侵深關(guān)系曲線。 如圖所示，縱軸代表壓頭靜壓入的載荷，橫軸代壓頭侵入巖石的深度， OA段為彈性區(qū)， AD段為塑性區(qū)， A點為屈服極限， D點為破碎極限。 壓入硬度：用破碎極限載荷載荷除以壓頭與巖石的接觸面積。 塑性系數(shù)：破碎前所消耗的總能量與彈性變形所消耗能量之比。 OADE面積是巖石破碎前所消耗的總能量， OABC面積是彈性變形所消耗的能量。巖石的塑性系數(shù) Kn為： 式中 A—— 破碎總能量； Ae—— 彈性變形能量 單位體積破碎比功：巖石破碎前所消耗的總能量與巖石破碎坑體積之比。 面積面積OAB COBD EAAken ?? 二）擺球硬度 我國勘探技術(shù)研究所設(shè)計的擺球硬度 計 (圖 3— 16)，也是一種沖擊回彈式儀器。 它是把重量為 ，用長 250mm的 線懸起來，從水平方向落下，撞擊在巖樣 的側(cè)面上。打擊巖石消耗掉一部分能量， 剩余的能量將鋼球回彈起一定的角度 θ 。巖石表面的硬度越高，彈性越大，則鋼球回彈的角度越大，鋼球從第一次回跳到完全停跳所經(jīng)歷的回跳次數(shù)也越多。因此可以按回彈角度和回跳次數(shù)來確定巖石的硬度。 試驗用的巖樣一般都是圓柱狀巖芯，直徑大于 40mm，長度大于 65mm，兩端切平，端面與巖芯軸線垂直，受試面還必須拋光 。 圖 316 三、研磨硬度 研磨法是用磨料研磨巖石樣品，以巖樣線性尺寸磨損量的多少來衡量巖石的硬度。 如圖 3— 17所示，將巖樣 (10x10x 30mm)夾持在杠桿的一端，使其以 N的壓力壓在轉(zhuǎn)速為 23r/min的表面蒙有 6金剛砂布 (剛玉的粒度 300~400μm)的轉(zhuǎn)筒上。經(jīng)過一定時間以后測定巖樣重量。然后算出巖樣線性尺寸的磨損量 A： cm 式中 q1， q2— 巖樣試驗前和試驗 后的重量， g； γ— 巖石的容重， g/cm3； s— 巖樣接觸面積， cm2； 巖樣的研磨硬度用下式表示： sqqA????2121100100qqSAH m ???? ? 圖 317 STOP 演講完畢，謝謝觀看！
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