Nr. ćwiczenia 8 i 15	Imię i nazwisko : Krzysztof Frączek Tadeusz Gospodarczyk		Rok akademicki 2000/2001
Temat : 1.Oznaczenie wytrzymałości rdzeni wiertniczych. 2. Oznaczenie wskaźnika zwięzłości skał.		Ocena :	Data wykonania : 28.11.2000

Celem ćwiczenia:

Wykonywane ćwiczenie składało się z dwóch części:

I. oznaczenie wytrzymałości rdzenia wiertniczego;

II. dotyczy oznaczenia wskaźnika zwięzłości skał.

I. Oznaczenie wytrzymałości rdzeni wiertniczych wymagało wyznaczenia następujących parametrów:

• krytycznej siły rozłupywania rdzenia p_r między współbieżnymi klinami;

• krytycznej siły ściskania p_c odcinków rdzenia między współbieżnymi stożkami.

p_r =k·p_mr [KN]

p_c = k·p_mc [KN]

gdzie:

p_mr ; p_mc - ciśnienie odczytywane na manometrze w chwili pęknięcia próbki podczas rozłupywania i ściskania, [at];

1 at = 98,0665 (KN/m²)

k - współczynnik korekcyjny, dla prasy o średnicy tłoka 60 [mm],

k = 0,277

W celu wyznaczenia wartości liczbowych zawartych w tabeli korzystałem z następujących zależności i wzorów:

Średni uzysk rdzenia U_śr obliczamy ze wzoru:

gdzie:

L_śr - średnia długość odcinków rdzenia, [cm]

L - całkowita długość rdzenia użyta do próby, [cm]

Wskaźnik rdzenia W_r obliczamy ze wzoru:

gdzie:

d – średnica rdzenia, [cm]

Wskaźnik osłabienia strukturalnego W_os obliczamy następująco:

dla W_os>1 przyjmujemy W_os=1.0

Opór rozłupywania rdzenia obliczamy wg wzoru:

Opór rozwarstwienia dla odcinka badanych skał obliczamy ze wzoru:

gdzie:

• W_kn- wskaźnik koncentracji naprężeń, uzależniony od głębokości pobrania rdzenia; do głębokości 1000m W_kn=1 + 0,001* H

powyżej 1000m W_kn= 2 + 0,001* H

H – głębokość, [m]

Wskaźnik wytrzymałości punktowej obliczamy wg wzoru:

gdzie:

h – wysokość powierzchni pęknięcia próbki, [cm]

d – szerokość powierzchni pęknięcia próbki, [cm]

Wytrzymałość na ściskanie obliczamy następująco:

gdzie:

A – współczynnik empiryczny; dla mułowców, iłowców i piaskowców ściskanych prostopadle do uwarstwienia A= 12,0; dla skał o dużej wytrzymałości np. granity A=24,0

Oznaczenie wytrzymałości rdzeni wiertniczych – próbka I

Próbka I
l- długość rdzenia, cm			27
d- średnica rdzenia, cm			5,8
Rozłupywanie rdzenia, próba nr	1		2	3
Pmr -ciśnienie na manometrze, kN/m^2	25		26	24
Pr- krytyczna siła rozłupywania, kN	679,1		706,27	651,94
Rrp- opór rozłupywania rdzenia, MPa	2,564		2,666	2,461
Rrp25- skorygowany opór rozłupywania, MPa	2,6		2,7	2,5
Rrp25śr- średni opór rozłupywania, MPa			1,95
h- wysokość próbek, cm	6,5		8	5,5
Lśr- średnia długość próbek, cm			4
Ur- średni uzysk rdzenia			0,148
Wr- wskaźnik rdzenia			0,265
Wos- wskaźnik osłabienia strukturalnego			0,212
Rrr- opór rozwarstwienia skał, MPa			0,8268
Ściskanie rdzenia próba nr	1		2	3
Pmc- ciśnienie na manometrze, kN/cm^2	31		26,2	41,2
Pc- krytyczna siła ściskania, kN	842,1		711,71	1119,174
Js- wskaźnik wytrzym. punktowej, MPa	2,234		1,5339	3,5083
Js25- skorygowany wskaźnik, MPa	2,3		1,6	3,6
Js25śr- średni wskaźnik wytrzym. MPa			1,5
Rc- wytrzymałość na ściskanie, MPa			18

Oznaczenie wytrzymałości rdzeni wiertniczych – próbka II

Próbka II
l- długość rdzenia, cm			27
d- średnica rdzenia, cm			6
Rozłupywanie rdzenia, próba nr	1		2	3
Pmr -ciśnienie na manometrze, kN/m^2	27,5		10	31
Pr- krytyczna siła rozłupywania, kN	747		271,64	842,097
Rrp- opór rozłupywania rdzenia, MPa	2,635		0,9583	2,9707
Rrp25- skorygowany opór rozłupywania, MPa	2,7		1,1	3,1
Rrp25śr- średni opór rozłupywania, MPa			1,725
h- wysokość próbek, cm	6		5,5	5,5
Lśr- średnia długość próbek, cm			3,4
Ur- średni uzysk rdzenia			0,126
Wr- wskaźnik rdzenia			0,201
Wos- wskaźnik osłabienia strukturalnego			0,152
Rrr- opór rozwarstwienia skał, MPa			0,524
Ściskanie rdzenia próba nr	1		2	3
Pmc- ciśnienie na manometrze, kN/cm^2	47		53	55
Pc- krytyczna siła ściskania, kN	1277		1439,7	1494,04
Js- wskaźnik wytrzym. punktowej, MPa	3,546		4,363	4,527
Js25- skorygowany wskaźnik, MPa	3,6		4,5	4,7
Js25śr- średni wskaźnik wytrzym. MPa			2,56
Rc- wytrzymałość na ściskanie, MPa			30,72

II. Oznaczenie wskaźnika zwięzłości skał:

Ćwiczenie wykonywaliśmy na kolejno przygotowanych odważkach badanego materiału skalnego o średnicy ziaren 10 – 20 mm i masie około 50g.

Wykonaliśmy tłuczenie pięciu odważek na każdy pomiar. Bijak opuszczaliśmy średnio po15 razy (n=15) na każdą przygotowaną odważkę po łącznym wsypaniu podziarna z pięciu prób do objętościomierza dokonywaliśmy odczytu wysokości słupa pyłu.

Doświadczenie miało na celu wyznaczenie wskaźnika zwięzłości skały f, który obliczamy ze wzoru:

gdzie:

n - ilość uderzeń bijaka przy badaniu jednej odważki

l - wysokość słupa pyłu w objętościomierzu, [mm]

20 - empiryczny współczynnik proporcjonalności

Dla próbki pierwszej:

l₁=170 [mm]

f₁=1,765

Wskaźnik zwięzłości dla próbki pierwszej wynosi: f=1,76

Dla próbki drugiej:

l₂=167 [mm]

f₂=1,796

Wskaźnik zwięzłości dla próbki drugiej wynosi: f=1,79

Korzystając z zależności pomiędzy wskaźnikiem zwięzłości możemy określić wytrzymałość na ściskanie dla badanej próbki:

I – 17,6 [Mpa];

II – 17,9[Mpa].

Wnioski:

Wykonanie badania doprowadziły nas do wyznaczenia wytrzymałości na ściskanie oraz wskaźnika zwięzłości badanych próbek skał. Ze względu na fakt, iż istnieje zależność pomiędzy wytrzymałością na ściskanie R_c a wskaźnikiem zwięzłości f, który wyraża wzór:

możemy określić wytrzymałość na ściskanie badanej skały.

Porównując otrzymane wyniki dla próbki I otrzymane dwoma sposobami możemy zauważyć, że wytrzymałość określona poprzez badanie:

• wskaźnika zwięzłość (R_c=17,6 MPa);

• wytrzymałości rdzeni wiertniczych (R_c=18 MPa);

są do siebie zbliżone wskazując tym samym na poprawność wykonywania czynności przy badaniu tejże próbki.

W przypadku próbki II w wynikach otrzymanych dwoma metodami obserwujemy z kolei różnicę wyników:

• wskaźnika zwięzłość (R_c=17,9 MPa);

• wytrzymałości rdzeni wiertniczych (R_c=30,72 MPa);

co może być powodem np. błąd odczytu z przyrządu pomiarowego, niedokładność samego urządzenia, zbyt szybkim zwiększaniu nacisku na próbkę, niejednorodność badanej skały lub złym ustawieniem (ułożeniem) badanej próbki w stosunku do klinów i stożków ściskających.

Porównując otrzymane wartości z wartościami tabelarycznymi możemy stwierdzić, że nasze wyniki wytrzymałości na ściskanie badanych próbek mieszczą się w granicach określanych w tabelach. Dla piaskowców średnio i grubo-ziarnistych wytrzymałość na ściskanie wynosi ok. R_c=50 MPa.

Reasumując możemy zauważyć, iż wytrzymałości na ściskanie określone poprzez wskaźnik zwięzłości dla obu próbek są prawie takie same co wskazuje, że badane próbki skalne posiadają jednakową (zbliżoną) zwięzłość.

Jednakże widoczne różnice przy wyznaczeniu wytrzymałości na ściskanie poprzez badanie rdzeni wiertniczych wskazują na błędne wykonanie ćwiczenia na etapie określenia krytycznej siły ściskania próbek między współbieżnymi stożkami, ponieważ przy określaniu krytycznej siły rozłupywania rdzenia między dwoma współbieżnymi klinami otrzymaliśmy zbliżone wartości dla obydwu badanych próbek skalnych.

7