石油鉆井設(shè)備與工具--巖石基本知識(shí)-資料下載頁(yè)
2025-01-08 08:24本頁(yè)面
【正文】 磨性與摩擦力、對(duì)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(yàn)條件下的表現(xiàn)，這些條件的改變，可能導(dǎo)致磨損過(guò)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(duì)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(qiáng)。 石英及其它堅(jiān)硬礦物的研磨性很強(qiáng)，其在巖石中所占比例對(duì)巖石研磨性影響很大。例如：石英砂巖的研磨性可能比長(zhǎng)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(xì)粒花崗巖的研磨性低于粗?；◢弾r。 礦物顆粒棱角、軟硬變化、孔隙度，對(duì)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(qiáng)度的降低而增加。這是因?yàn)槟z結(jié)物強(qiáng)度降低，則巖石的表面易于更新，從而對(duì)工具的磨損能力增強(qiáng)。 (3) 正壓力 試驗(yàn)證明，當(dāng)工具與所破碎的巖石表面摩擦?xí)r，在單位面積上的正壓力未達(dá)到巖石的硬度值以前，動(dòng)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(guò)巖石硬度值以后，動(dòng)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(dāng)單位面積上的正壓力未達(dá)到巖石硬度值以前，工具與巖石為點(diǎn)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(dāng)單位面積上的正壓力超過(guò)巖石硬度值時(shí)，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(dòng)速度 滑動(dòng)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(zhǎng)較小，當(dāng)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(shí)，摩擦系數(shù)大，表面變潮或潤(rùn)濕后，摩擦系數(shù)下降；當(dāng)有表面活性劑溶液或乳狀液存在時(shí)，因其潤(rùn)滑作用大而使摩擦系數(shù)更小。這是因?yàn)槟Σ帘砻嬗薪橘|(zhì)存在時(shí)，減弱了摩擦物體表面之間的相互作用力。當(dāng)表面活性劑溶液或乳狀液潤(rùn)濕巖石時(shí)，它們吸附在摩擦表面，形成單分子膜或潤(rùn)滑層，使摩擦發(fā)生在潤(rùn)滑層之間，因而動(dòng)摩擦系數(shù)大大減小。 （ 5）介質(zhì) 三、 巖石力學(xué)性能的測(cè)試 一）壓入硬度、塑性系數(shù)、單位體積破碎功的測(cè)定 利用壓頭靜壓入巖石，得到的載荷 — 侵深的關(guān)系曲線，計(jì)算壓入硬度、塑性系數(shù)、單位體積破碎功。 試驗(yàn)儀器 儀器：巖石壓入硬度測(cè)試儀。 試驗(yàn)方法與步驟 事先確定壓頭與巖石的接觸面積，在壓入過(guò)程中保持接觸面不變，通過(guò)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(cè)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(diǎn)為屈服極限， D點(diǎn)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(guó)勘探技術(shù)研究所設(shè)計(jì)的擺球硬度 計(jì) (圖 3— 16)，也是一種沖擊回彈式儀器。 它是把重量為 ，用長(zhǎng) 250mm的 線懸起來(lái)，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(lái)確定巖石的硬度。 試驗(yàn)用的巖樣一般都是圓柱狀巖芯，直徑大于 40mm，長(zhǎng)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(lái)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(guò)一定時(shí)間以后測(cè)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(yàn)前和試驗(yàn) 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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