Способ исследования образцов горных пород


 

G01N29/07 - Исследование или анализ материалов с помощью ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн; визуализация внутреннего строения объектов путем пропускания через них ультразвуковых или звуковых волн через предметы (G01N 3/00-G01N 27/00 имеют преимущество; измерение или индикация ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн вообще G01H; системы с использованием эффектов отражения или переизлучения акустических волн, например акустическое изображение G01S 15/00; получение записей с помощью способов и устройств, аналогичных используемым в фотографии, но с использованием ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн G03B 42/06)

Владельцы патента RU 2559327:

Гуторов Юлий Андреевич (RU)

Изобретение относится к технике горного дела, добыче полезных ископаемых, в частности к устройствам для изучения физико-механических свойств горных пород, и может быть использовано в геологии, горной, газовой и нефтяной промышленности для расчета предельной величины давления гидроразрыва пласта. Сущность: осуществляют воздействие на образец горной породы внешним давлением и измеряют скорости распространения продольных и поперечных упругих волн в образце. Производят циклическое воздействие внешним давлением на образец с чередованием нагрузки-разгрузки, с постепенным увеличением внешнего давления до номинальной величины, о достижении которой судят по моменту стабилизации зависимости скорости распространения продольной и поперечной волн от увеличения внешнего давления на образец, в результате полученные значения скорости распространения продольной и поперечной волн используют как истинные величины для расчета значений модуля Юнга и коэффициента Пуассона. Технический результат: снижение погрешности при измерении скорости распространения упругих волн в образцах керна. 1 ил.

 

Изобретение относится к технике горного дела, добыче полезных ископаемых, в частности к устройствам для изучения физико-механических свойств горных пород, и может быть использовано в геологии, горной, газовой и нефтяной промышленности для расчета предельной величины давления гидроразрыва пласта.

Известно, что для расчета предельной величины давления гидроразрыва горной породы при интенсификации притока нефтепродуктов в скважинах используют средние значения модуля Юнга и коэффициента Пуассона, вычисленные через регистрацию скорости продольных и поперечных волн, измеренные на отобранном керне при определении физико-механических свойств горных пород.

Такие измерения могут производиться на поверхности при атмосферном давлении, в условиях, отличных от скважинных, поэтому результаты измерений отличаются от истинных на 35-40% и более (В.М. Добрынин. Деформация и изменения физических свойств коллекторов нефти и газа. М.: Недра, 1970).

Отсутствие истинных значений параметров для расчета гидроразрыва приводит к ошибке при определении давления, которое необходимо применить в процессе гидроразрыва в скважинах. В результате трещина развивается не по проекту, что приводит к возникновению аварийных ситуаций и выпадению проппанта (реагент, используемый при гидроразрыве) на забой, что усложняет процесс ввода скважины в эксплуатацию.

Известно устройство для исследования насыщенных водой и нефтью кернов, в частности для определения коэффициента сжимаемости пор, коэффициента пористости, коэффициента проницаемости, скорости распространения упругих волн, а также для измерения электрического сопротивления керна (Известия высших учебных заведений. Нефть и Газ. Институт нефти и химии. Баку, 1968, №7, с.3-7).

Устройство включает корпус гидравлической камеры, кернодержатель в виде резиновой обоймы для изоляции керна от нагружающей жидкости, гидравлическую систему для моделирования радиального давления на керн, гидравлическую систему и поршни для моделирования осевого горного давления, втулки, изолирующие поршни от корпуса, дозатор непрерывного действия для фильтрации жидкости через керн, компрессор для создания пластового давления.

В процессе исследования керна в известном устройстве на образец керна воздействуют давлением и моделируют пластовые условия, что несколько снижает погрешность при измерении скорости распространения упругих волн.

Недостатком метода является то, что при исследовании керна не учитывают релаксацию горного давления в образце керна после поднятия его на поверхность. Релаксация (ослабление) горного давления в керне приводит к нарушению его структуры из-за образования вторичных микротрещин. Структура образца горной породы нарушается, и в процессе измерения возникают погрешности, влияющие на результат вычислений скорости продольной и поперечной волн (скорость распространения упругих волн), влияющие в дальнейшем на расчет давления гидроразрыва.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение погрешности при измерении скорости распространения упругих волн в образцах керна.

Поставленная задача достигается тем, что в способе исследования образцов горных пород, содержащем воздействие на образец горной породы (образец) внешним давлением, имитирующим горное давление, измерение величины скорости распространения продольных и поперечных упругих волн в образце, производят циклическое воздействие внешним давлением на образец с чередованием нагрузки-разгрузки, с постепенным увеличением внешнего давления до номинальной величины, о достижении которой судят по моменту стабилизации зависимости скорости распространения продольной и поперечной волн от увеличения горного давления на образец, и в результате полученные значения скорости распространения продольной и поперечной волн используют как истинные величины для расчета значения модуля Юнга и коэффициента Пуассона.

На прилагаемой фигуре представлен графически процесс стабилизации величины скорости распространения продольной (Vp) и поперечной (Vs) волн при многоциклическом нагружении внешним давлением (Pгор.) образца горной породы.

Повторное нагружение давлением образца в гидравлической камере приводит к смыканию микротрещин, образованных в результате релаксации после поднятия его на поверхность, которое происходит не сразу, а только спустя выполнения нескольких циклов нагрузки-разгрузки.

Это явление лежит в основе предлагаемого метода.

Чтобы получить истинные значения модуля Юнга и коэффициента Пуассона, соответствующие реальной глубине залегания горной породы, необходимо при измерениях воспроизвести горное давление, при котором образцы находились в горной породе.

С этой целью измерения на керне проводятся под давлением, которое постепенно увеличивают циклически с чередованием циклов нагрузки-разгрузки до номинальной величины. При этом наблюдается явление, подобное «гистерезису», когда при сбросе давления скорость распространения упругих волн имеет тенденцию к уменьшению своей величины и достигает своего предельного значения после нескольких циклов нагрузки-разгрузки образца давлением.

На прилагаемой фигуре видно, что кривые «гистерезиса» с ростом прилагаемого давления имеют рост «пик» значений скорости распространения упругих волн, которые в дальнейшем стабилизируются на одном уровне, что соответствует номинальной величине давления, при котором физические свойства керна не изменяются, и образец горной породы находится в состоянии, соответствующем его нахождению в горной породе в скважине.

Способ можно осуществить на известном устройстве для исследования насыщенных водой и нефтью кернов (Известия высших учебных заведений. Нефть и Газ. Институт нефти и химии. Баку, 1968, №7, с.3-7), которое имеет возможность воздействовать на образец внешним давлением, подаваемым циклически, с контролем его уровня на выходе компрессора.

Измеряют скорости распространения продольной (Vp) и поперечной (Vs) волн при многоциклическом нагружении внешним давлением (Pгор.) образца горной породы с чередованием циклов нагрузки-разгрузки, строят график зависимости скорости распространения продольной и поперечной волн от увеличения горного давления на образец, определяют момент стабилизации на одном уровне изменений скорости распространения продольной и поперечной волн, фиксируют сравнительно одинаковые «пиковые» значения и эти значения принимают как истинные значения горного давления, при котором образец горной породы находился в породе.

Полученные предлагаемым способом истинная величина горного давления и соответствующие ей значения скорости распространения продольной (Vp) и поперечной (Vs) волн используют для расчета модуля Юнга и коэффициента Пуассона для определения реального значения давления гидроразрыва в пласте горной породы, из которого был отобран керн.

На прилагаемой фигуре видно, что стабилизация «пиковых» значений скорости распространения продольной волны (Vp) происходит на отметке 3450-3500 м/с, а поперечной (Vs) волны - 2100-2150 м/с, при многократном циклическом увеличении внешнего давления (Pгор.) от 50 до 550 МПа.

Способ исследования образцов горных пород, включающий воздействие на образец горной породы (образец) внешним давлением, измерение величины скорости распространения продольных и поперечных упругих волн в образце, отличающийся тем, что производят циклическое воздействие внешним давлением на образец с чередованием нагрузки-разгрузки, с постепенным увеличением внешнего давления до номинальной величины, о достижении которой судят по моменту стабилизации зависимости скорости распространения продольной и поперечной волн от увеличения внешнего давления на образец, в результате полученные значения скорости распространения продольной и поперечной волн используют как истинные величины для расчета значений модуля Юнга и коэффициента Пуассона.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к метрологии, в частности к устройствам для измерения звукопоглощающих свойств жидкостей. Устройство содержит тональный аудиометр, к которому подключен костный телефон-вибратор с ремешком для его фиксации в заданном положении.

Использование: для определения коэффициента акустоупругой связи. Сущность изобретения заключается в том, что образец нагружают до заданного значения напряжения в материале и измеряют время распространения акустической волны в направлении, перпендикулярном направлению нагружения, при этом растягивают или сжимают образец до напряжения σ, меньшего предела пропорциональности материала, измеряют время t1 распространения акустической волны между двумя параллельными поверхностями образца, разгружают образец, соответственно сжимают или растягивают образец до напряжения σ, измеряют время t2 распространения акустической волны между указанными поверхностями образца и определяют коэффициент акустоупругой связи по заданному математическому выражению.

Использование: для относительной калибровки преобразователей акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что размещают на калибровочном блоке калибруемый преобразователь акустической эмиссии, возбуждают в калибровочном блоке импульсы смещения, регистрируют полученные сигналы и выполняют их сравнение, при этом возбуждение импульсов смещения осуществляют с помощью источника акустической эмиссии трения, полученные при этом сигналы акустической эмиссии трения регистрируют, затем по ним определяют их автокорреляцию, производя, таким образом, относительную калибровку калибруемого преобразователя акустической эмиссии.

Изобретение относится к системе для выполнения калибровочных отражателей на трубе. Переносная система электроэрозионной обработки для выполнения калибровочных отражателей на трубе содержит основание, монтируемое на трубу, режущий инструмент, электродвигатель, функционально соединенный с режущим инструментом для перемещения режущего инструмента в соответствии предварительно выбранной схемой, электрод, функционально соединенный с режущим инструментом, источник питания, функционально соединенный с электродом и функционально соединяемый с трубой, при этом источник питания выполнен с возможностью электрической подачи напряжения от электрода на трубу для удаления материала с трубы, источник диэлектрической текучей среды, находящийся во взаимодействии по текучей среде с трубой для удаления материала, удаляемого с трубы, при этом электродвигатель и источник питания и/или источник диэлектрической текучей среды установлены на основании.

Изобретение относится к области сейсмоакустических исследований и касается устройства контроля динамических характеристик сейсмоакустических преобразователей.

Использование: для измерения объемной концентрации водорода. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют измерение температуры и скорости ультразвука в измеряемом газе, при этом определяют скорость в чистом водороде при той же температуре, а концентрацию водорода в газовой смеси вычисляют из математического выражения, учитывающего отношение квадрата скорости ультразвука в чистом водороде к квадрату скорости ультразвука в измеряемой смеси газов и отношение молярной массы примесей в водороде к молярной массе чистого водорода.

Изобретение относится к способам испытаний и эксплуатационного ультразвукового контроля изделий. Для повышения достоверности ультразвукового неразрушающего контроля перед проведением контроля изделие нагружают нагрузкой, достаточной для раскрытия гипотетического дефекта типа трещины в месте контроля до величины, которая обеспечила бы отражение ультразвуковой волны от дефекта и сделала его выявляемым.

Использование: для определения коэффициентов звукопоглощения материалов. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют измерение эталонных аналоговых сигналов с помощью первого и второго микрофонов акустического интерферометра, их аналогово-цифровое преобразование, вычисление передаточной функции с помощью непрерывного вейвлет-преобразования каждого из измеренных эталонных сигналов, вычисление коэффициентов отражения и коэффициентов звукопоглощения, представление результатов вычислений в графической форме в виде графика зависимости коэффициентов звукопоглощения от частоты или среднегеометрических частот 1/n - октавных полос, где n - целое число, при этом в качестве эталонного используют детерминированный аналоговый сигнал длительностью не менее 13 секунд с экспоненциально возрастающей частотой в диапазоне 100-4000 Гц.

Использование: для компенсации погрешности измерения ультразвукового скважинного глубиномера. Сущность изобретения заключается в том, что устройство компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора содержит генератор ультразвуковых импульсов, подключенный к излучателю, и последовательно соединенные приемник, усилитель, пороговое устройство, блок формирования временного интервала, блок измерения временного интервала и блок управления и индикации, выход которого связан с генератором и входом блока формирования временного интервала, источник опорного напряжения, подключенный к входу порогового устройства, кварцевый генератор, подключенный к блоку измерения временных интервалов, при этом второй генератор ультразвуковых импульсов подключен к второму излучателю, последовательно соединены второй приемник, второй усилитель, второе пороговое устройство, второй блок формирования временного интервала и второй блок измерения временного интервала, причем источник опорного напряжения подключен к второму входу второго порогового устройства, вход второго блока измерения временного интервала связан с кварцевым генератором, а выход второго блока измерения временного интервала подключен к блоку управления и индикации, выходы которого подключены ко второму генератору и второму блоку формирования временного интервала.

Использование: для компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют излучение ультразвукового сигнала, прием ответного сигнала, измерение временного интервала между излученным и принятым сигналами и определение расстояния до отражающей поверхности путем умножения скорости распространения ультразвука в контролируемой среде на измеренный временной интервал, при этом излучение, прием ультразвуковых сигналов и измерение временных интервалов между излученным и принятым ультразвуковым сигналами производят на двух частотах с разными периодами, затем производят сравнение этих временных интервалов и их коррекцию в соответствии с заданным математическим выражением.

Предложенная группа изобретений относится к измерительной технике, в частности к технике создания скважинных инклинометрических систем, и может быть использована в горном деле для контроля деформационных процессов горных пород и закладочного массива.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения напряжений в массиве горных пород. Техническим результатом изобретения является определение факта превышения значением максимального главного напряжения критического уровня, равного или превышающего 0,9 от предела прочности при сжатии σсж, что свидетельствует о переходе породы в стадию предразрушения.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения направления максимального напряжения в конструктивных элементах систем разработки относительно пробуренных в них контрольных скважин.

Изобретение относится с горному делу, преимущественно к угольной промышленности. Предложен способ определения газоносности массива угля в зоне его разрушения, включающий сменный режим работы очистного забоя по добыче угля, отработку пласта продольными полосами, измерение интенсивности газовыделения из отрабатываемого пласта в добычную смену и установление показателя нарастания интенсивности газовыделения в призабойное пространство лавы при разрушении угля.

Изобретение относится к способу и устройству для повышения добычи на месторождении, содержащем породу, которая включает в себя по меньшей мере один раскрываемый путем размельчения породы минерал ценного материала и по меньшей мере один другой минерал, причем минерал ценного материала имеет более высокую плотность, чем по меньшей мере один другой минерал.

Изобретение относится к способу и устройству для определения локальной величины зерна минерала для минерала ценного материала в породе месторождения или залежи, причем порода включает в себя по меньшей мере один другой минерал, и при этом минерал ценного материала имеет более высокую плотность, чем по меньшей мере один другой минерал.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к области инженерных изысканий, и может быть использовано для определения напряженно-деформированного состояния пород, а именно определения стадии развития деформационных процессов в массиве материала (в горном массиве, грунтов под инженерным сооружением и т.п.).

Группа изобретений относится к горной промышленности и строительству, а именно к прогнозу динамических проявлений в массиве горных пород при изменении его напряженно-деформированного состояния.

Изобретение относится к горному делу, а именно к повышению безопасности ведения горных работ. Технический результат достигается тем, что измерение относительного изменения радиационной температуры поверхности забоя пласта осуществляют дистанционно с расстояния 1,0-1,5 м через 3-5 м по длине лавы, при этом в каждой точке измерения к учету принимают среднее значение, полученное не менее чем в 30 циклах измерений, а границей защищенной зоны принимают расстояние от линии примыкания пласта к выработанному пространству до точки фиксации стабилизации значения радиационной температуры.
Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности. Предложен способ прогноза местонахождения нижней границы взрывоопасной газовой зоны в очистном забое, включающий проходку параллельных выработок на выемочном участке, проведение скважины в кровлю пласта и измерение концентрации метана по ее длине подвижным газоизмерительным зондом.

Изобретение относится к горному делу, в частности к средствам контроля состояния анкерной крепи и смещений вмещающих пород горизонтальных и наклонных подземных горных выработок, закрепленных анкерной крепью. Устройство контроля анкерной крепи содержит реперы, каждый из которых соединен гибкой связью с соответствующим ему индикатором, и устьевую трубку. При этом индикаторы закреплены на гибких связях фиксаторами, расположены один в другом или независимо друг от друга. Также в устройстве контроля анкерной крепи: репер выполнен в виде пружины с отогнутыми концами; индикаторы на внешней поверхности имеют горизонтальную трехцветную разметку, которая нанесена с помощью краски или выполнена из отдельных или объединенных на листе или оболочке полосок. Индикаторы имеют дополнительную оболочку из полимерного материала; гибкие связи выполнены из нержавеющего стального троса или из полимерных или композиционных материалов. Устьевая трубка выполнена из металлических, или полимерных, или композиционных материалов. Техническим результатом изобретения является упрощение монтажа, повышение информативности и надежности контроля состояния анкерной крепи и смещений вмещающих пород горизонтальных и наклонных подземных горных выработок. 5 з.п. ф-лы, 9 ил.
Наверх