Способ определения горизонтальных напряжений в массиве горных пород

Авторы патента:

G01N3/12 - испытание на прочность давлением (испытание на герметичность G01M 3/00)

E21C39/00 - Устройства для определения на месте разработки твердости или других свойств полезных ископаемых, например с целью выбора соответствующих инструментов для добычи

Владельцы патента RU 2789252:

Общество с ограниченной ответственностью "Тюменский нефтяной научный центр" (ООО "ТННЦ") (RU)

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть применено для определения горизонтальных напряжений в массиве горных пород при подготовке геомеханической модели для проектирования ГРП. В способе определения горизонтальных напряжений в массиве горных пород, включающем бурение скважин с отбором керна, оценку характера разрушения горных пород по керну, предварительно проводят экспериментальные исследования с целью установления количественных зависимостей параметров дискования керна от уровня напряженности массива горных пород. По результатам проведенных экспериментальных исследований строят номограмму зависимости параметров дискования керна от уровня напряженности массива горных пород, причем по оси абсцисс откладывают отношение толщины образующихся дисков к их диаметру (t/D), а по оси ординат - отношение горизонтального напряжения к пределу прочности горной породы на одноосное сжатие (σ_гор/σ₀). Бурят скважины с отбором керна, обследуют керновый материал и выявляют цельные интервалы и интервалы дискования керна с одновременной привязкой их по глубине. В интервалах с цельным керном определяют предел прочности горной породы на одноосное сжатие, в интервалах с дискованием керна определяют среднюю толщину дисков, причем для оценки принимают диски толщиной не более половины диаметра керна, причем толщину дисков измеряют по их оси штангенциркулем. Вычисляют отношение средней толщины дисков к их диаметру, по номограмме находят абсциссу отношения средней толщины дисков к их диаметру и соответственно ординату отношения горизонтального напряжения к пределу прочности горной породы на одноосное сжатие. Величину горизонтального напряжения находят путем умножения отношения горизонтального напряжения к пределу прочности горной породы на одноосное сжатие на предел прочности горной породы на одноосное сжатие. Техническим результатом является упрощение, а также повышение точности и эффективности способа определения горизонтальных напряжений в массиве горных пород. 1 ил.

Известен способ оценки предельного напряженного состояния горных пород и устройство для его осуществления [RU 2106493, МПК Е21С 39/00, опубл. 10.03.1998] включающий бурение скважины из горной выработки в зоне опорного давления, измерение радиальных и осевых смещений пород и интерпретацию замеров, выбор в качестве характеристик напряженного состояния первого инварианта тензора деформаций и второго инварианта девиатор деформаций, построение графика зависимости первого инварианта тензора деформаций от времени, определение момента времени наступления предельного состояния горных пород по точке перехода первого инварианта через максимум и расчет соответствующего ему значения относительной энергетической прочности материала по определенной формуле.

Недостатком данного способа является сложность оценки предельного напряженного состояния горных пород, связанная с необходимостью привлечения сложного устройства для измерения радиальных и осевых смещений пород.

Также известен способ определения напряжений в массиве горных пород [RU 2339815, МПК Е21С 39/00, опубл. 27.11.2008] включающий извлечение из массива серии образцов в направлении, совпадающем с направлением действия максимального главного напряжения в массиве, тестовое механическое нагружение каждого образца, измерение активности акустической эмиссии в процессе этого нагружения и величины нагрузки, при которой указанная активность скачкообразно возрастает, принятие за соответствующие главные напряжения в массиве значений осевого и бокового напряжений испытанные при тестовом нагружении.

Недостатком данного способа является сложность и трудоемкость определения напряжений в массиве горных пород связанная с необходимостью механического нагружения каждого образца, измерения активности акустической эмиссии в процессе этого нагружения и величины нагрузки, при которой указанная активность скачкообразно возрастает.

Также известен способ определения природных напряжений в массиве горных пород [RU 2540694, МПК Е21С 39/00, опубл. 10.02.2015] включающий измерение напряжений в массиве горных пород за пределами зоны влияния очистных (горных) работ на различной глубине при использовании подземных выработок, построение графиков (зависимостей) изменения полученных главных напряжений с глубиной, разделение каждой из главных напряжений на постоянную и переменную (пульсирующие) во времени составляющие, получение зависимости изменения постоянных составляющих с глубиной, нахождение закономерности изменения переменных (пульсирующих) напряжений во времени, и затем суммирование этих составляющих на требуемой глубине и в нужное время.

Недостатком данного способа является трудоемкость определения природных напряжений в массиве горных пород связанная с необходимостью измерений напряжений в массиве горных пород на различной глубине.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ выявления сейсмически опасного горного массива [RU 2137919, МПК Е21С 39/00, опубл. 20.09.1999] включающий керновое бурение скважин по сетке с поверхности на глубину 200-220 м, выявление сейсмически опасного горного массива путем оценки степени разрушения кернов по длине на мелкие обломки менее диаметра керна и/или на выпукло-вогнутые диски толщиной не более 20 мм.

Недостатком данного способа является не достаточная точность определения горных напряжений, обусловленная только лишь с их качественной, но не количественной оценкой.

Техническими задачами изобретения являются упрощение, а также повышение точности и эффективности способа определения горизонтальных напряжений в массиве горных пород при подготовке геомеханической модели для проектирования ГРП.

Техническим результатом является упрощение, а также повышение точности и эффективности способа определения горизонтальных напряжений в массиве горных пород.

Поставленные технические задачи решаются способом определения горизонтальных напряжений в массиве горных пород, включающем бурение скважин с отбором керна, оценку характера разрушения горных пород по керну.

Новым является то, что предварительно проводят экспериментальные исследования с целью установления количественных зависимостей параметров дискования керна от уровня напряженности массива горных пород, по результатам проведенных экспериментальных исследований строят номограмму зависимости параметров дискования керна от уровня напряженности массива горных пород, причем по оси абсцисс откладывают отношение толщины образующихся дисков к их диаметру (t/D), а по оси ординат отношение горизонтального напряжения к пределу прочности горной породы на одноосное сжатие (σ_гор/σ₀), бурят скважины с отбором керна, обследуют керновый материал и выявляют цельные интервалы и интервалы дискования керна с одновременной привязкой их по глубине, в интервалах с цельным керном определяют предел прочности горной породы на одноосное сжатие, в интервалах с дискованием керна определяют среднюю толщину дисков, причем для оценки принимают диски толщиной не более половины диаметра керна, причем толщину дисков измеряют по их оси штангенциркулем, вычисляют отношение средней толщины дисков к их диаметру, по номограмме находят абсциссу отношения средней толщины дисков к их диаметру и соответственно ординату отношения горизонтального напряжения к пределу прочности горной породы на одноосное сжатие, величину горизонтального напряжения находят путем умножения отношения горизонтального напряжения к пределу прочности горной породы на одноосное сжатие на предел прочности горной породы на одноосное сжатие.

На фигуре представлена номограмма зависимости параметров дискования керна от уровня напряженности массива горных пород.

Способ реализуют следующим образом.

Проводят серию экспериментальных исследований на образцах массива горной породы и устанавливают количественные зависимости параметров дискования керна от различного вида и уровня напряженного состояния массива горной породы. Экспериментальные исследования проводят на гидравлическом стабилометре который состоит из: камеры высокого давления в которую помещается образец массива горной породы правильной цилиндрической формы, бурового оборудования для выбуривания из образца массива горной породы керна, гидравлическую систему для создания, регистрации, распределения и сброса осевых и радиальных нагрузок на образец массива горной пород в камере высокого давления. По результатам проведенных экспериментальных исследований строят номограмму зависимости параметров дискования керна от уровня напряженности массива горных пород (фиг.), причем по оси абсцисс откладывают отношение толщины образующихся дисков к их диаметру (t/D), а по оси ординат отношение горизонтального напряжения к пределу прочности горной породы на одноосное сжатие (σ_гор/σ₀).

На месторождении бурят скважины с отбором керна, обследуют керновый материал и выявляют цельные интервалы и интервалы дискования керна с одновременной привязкой их по глубине. В интервалах с цельным керном определяют предел прочности горной породы на одноосное сжатие любым известным способом. В интервалах с дискованием керна определяют среднюю толщину образующихся дисков, причем для оценки принимают диски толщиной не более половины диаметра керна, причем толщину дисков измеряют по их оси штангенциркулем. Далее вычисляют отношение средней толщины дисков к их диаметру и по номограмме находят абсциссу отношения средней толщины дисков к их диаметру и соответственно ординату отношения горизонтального напряжения к пределу прочности горной породы на одноосное сжатие. Величину горизонтального напряжения находят путем умножения отношения горизонтального напряжения к пределу прочности горной породы на одноосное сжатие на предел прочности горной породы на одноосное сжатие.

Пример практической реализации способа.

С целью установления количественных зависимостей параметров дискования керна от различного вида и уровня напряженного состояния массива горной породы провели серию экспериментальных исследований на образцах массива горной породы. Экспериментальные исследования провели на гидравлическом стабилометре, состоящем из: камеры высокого давления, бурового оборудования и гидравлической системы для создания, регистрации, распределения и сброса осевых и радиальных нагрузок на образцы массива горной породы в камере высокого давления.

Известно, что причиной разрушения массива горной породы в приствольной и торцевой областях скважины является высокая концентрация напряжений, вызывающих деформации сдвига или отрыва. Диски различной толщины образуются в результате изменения коэффициента концентрации напряжений на забое кольцевой обуривающей щели в зависимости от длины керна. Толщина дисков t, образующихся при выбуривании из массива горной породы керна диаметром D, при неизменном соотношении между горизонтальным напряжением σ_гор и пределом прочности горной породы на одноосное сжатие σ₀, при прочих равных условиях, зависит от величины горизонтальных напряжений σ_гор. Чем больше действующие напряжения σ_гор, тем интенсивнее процесс образования дисков, тем меньше толщина дисков керна. При равных напряжениях толщина дисков больше у керна большего диаметра.

По результатам проведенных экспериментальных исследований построили номограмму зависимости параметров дискования керна от уровня напряженности массива горных пород (фиг.), причем по оси абсцисс отложили отношение толщины образующихся дисков к их диаметру (t/D), а по оси ординат отношение горизонтального напряжения к пределу прочности горной породы на одноосное сжатие (σ_гор/σ₀).

При бурении скважин на месторождении отобрал керновый материал и выделили цельные интервалы и интервалы дискования керна с одновременной привязкой их по глубине. В интервалах с цельным керном определили предел прочности горной породы на одноосное сжатие в соответствии с ГОСТ 21153.2-84 «Методы определения предела прочности при одноосном сжатии». В интервалах с дискованием керна определили среднюю толщину образующихся дисков, причем для оценки выбирали участки с дисками толщиной не более половины диаметра керна, причем толщину дисков измерили по их оси штангенциркулем. Далее вычислили отношение средней толщины дисков к их диаметру и по номограмме нашли абсциссу отношения средней толщины дисков к их диаметру. Проекцией на ось ординат нашли отношения горизонтального напряжения к пределу прочности горной породы на одноосное сжатие. Величину горизонтального напряжения вычислили путем умножения отношения горизонтального напряжения к пределу прочности горной породы на одноосное сжатие на предел прочности горной породы на одноосное сжатие. Полученное значение горизонтального напряжения использовали при подготовке геомеханической модели для проектирования ГРП.

Способ определения горизонтальных напряжений в массиве горных пород позволяет упростить, а также повысить точность и эффективность определения горизонтальных напряжений при подготовке геомеханической модели для проектирования ГРП.

Способ определения горизонтальных напряжений в массиве горных пород, включающий бурение скважин с отбором керна, оценку характера разрушения горных пород по керну, отличающийся тем, что предварительно проводят экспериментальные исследования с целью установления количественных зависимостей параметров дискования керна от уровня напряженности массива горных пород, по результатам проведенных экспериментальных исследований строят номограмму зависимости параметров дискования керна от уровня напряженности массива горных пород, причем по оси абсцисс откладывают отношение толщины образующихся дисков к их диаметру (t/D), а по оси ординат - отношение горизонтального напряжения к пределу прочности горной породы на одноосное сжатие (σ_гор/σ₀), бурят скважины с отбором керна, обследуют керновый материал и выявляют цельные интервалы и интервалы дискования керна с одновременной привязкой их по глубине, в интервалах с цельным керном определяют предел прочности горной породы на одноосное сжатие, в интервалах с дискованием керна определяют среднюю толщину дисков, причем для оценки принимают диски толщиной не более половины диаметра керна, причем толщину дисков измеряют по их оси штангенциркулем, вычисляют отношение средней толщины дисков к их диаметру, по номограмме находят абсциссу отношения средней толщины дисков к их диаметру и соответственно ординату отношения горизонтального напряжения к пределу прочности горной породы на одноосное сжатие, величину горизонтального напряжения находят путем умножения отношения горизонтального напряжения к пределу прочности горной породы на одноосное сжатие на предел прочности горной породы на одноосное сжатие.

Изобретение относится к способам контроля качества строительных конструкций и может быть использовано при лабораторных испытаниях фасадных и ограждающих конструкций зданий на изгиб из плоскости при единовременном приложении равномерной нагрузки в нескольких точках. Сущность: проведение испытаний осуществляют в соответствии с предварительно подготовленной программой, которая содержит чертежи образца, характеристики применяемых материалов, особенности монтажа образца, схемы расположения приборов контроля - индикаторов и точки приложения нагрузки.

Способ неразрушающего определения и мониторинга несущей способности стальных ферм // 2784318

Изобретение относится к неразрушающему контролю стальных ферм статической нагрузкой и может быть использовано при обследовании и испытании зданий и сооружений. Сущность: испытания проводят при отсутствии снеговой нагрузки.

Способ определения прочности бетона монолитных строительных конструкций непосредственно в конструкциях // 2782159

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для контроля прочности бетона в конструкциях, а именно к механическим методам неразрушающего контроля. Сущность: в теле бетона высверливают цилиндрический образец и устанавливают размер образца путем прорезания кольцевой канавки соосно опорному кольцу на глубину, равную диаметру образца.

Стенд для испытаний шарнирного соединения и система управления испытаниями шарнирного соединения // 2779273

Изобретение относится к нефтегазовой отрасли, в частности к стендам для испытаний шарнирного соединения, являющегося составной частью стендера для перекачки сжиженного природного газа, и может применяться для проведения аттестационных динамических испытаний. Стенд для испытаний шарнирного соединения представляет собой рамную конструкцию, содержащую систему управления испытаниями и имеющую систему подачи текучей среды, в которую устанавливается компоновка испытательная в сборе с шарнирным соединением и фиксируется снизу и сверху, согласно изобретению, на сторонах рамной конструкции содержит два привода, позволяющих задавать осевую нагрузку, изгибающий момент и радиальную нагрузку, а на основании - привод, позволяющий задавать поворотные нагрузки (вращение).

Испытательное устройство для интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки // 2777307

Изобретение относится к испытательному устройству для интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки. Вертикальная рама модели включает в себя основание и четыре стойки, вертикально закрепленные в четырех углах основания, соответственно.

Способ испытания алмазных зубков на прочность // 2774732

Изобретение относится к области производства буровых алмазных долот, а именно к входному контролю качества алмазных зубков. Сущность: осуществляют подготовку зубков путем нагрева до температуры пайки при их монтаже в корпусе бурового алмазного долота, установку зубков в оправку, с фиксированной площадью перекрытия рабочих кромок и выступом одного из зубков над поверхностью оправки, размещение оправки на нагружающем устройстве, оснащенном датчиком величины нагружения, и сжатие зубков с фиксированной скоростью нагружения до разрушения рабочей кромки хотя бы одного из зубков, с одновременной регистрацией критической нагрузки сжатия.

Стенд моделирования напряженно-деформированного состояния трубопроводов // 2766839

Изобретение относится к области исследования напряженно-деформированного состояния трубопроводов и может быть использовано для моделирования трубопроводов, подверженных геодинамическим процессам. Стенд состоит из изолированного герметичного трубопровода с резьбой на концах трубопровода, тензодатчиков, установленных в интересующих сечениях трубопровода под изоляцией, разборного герметичного протяженного лотка на ножках с отверстиями по торцам лотка, перфорированным днищем и испытуемым грунтом внутри лотка, гаек, установленных на резьбе трубопровода на внутренней и наружной стороне лотка с обеих сторон трубопровода вплотную к стенке, роликовых опор, которые перемещаются по направляющей балке, установленной сверху на лотке с помощью хомутов, прикрепленных к трубопроводу, и талрепов, установленных между роликовой опорой и хомутом, заслонок, установленных в направляющих под днищем.

Способ и устройство для испытания труб // 2765343

Описаны способ и устройство для испытания колец, вырезанных из труб для применения при строительстве подводных трубопроводов. Способ определения правильности монтажа испытываемого кольца в испытательной камере для испытания труб для применения при изготовлении подводных трубопроводов включает: установку испытываемого кольца в камере давления таким образом, чтобы торцы испытываемого кольца образовывали уплотнения с противоположными поверхностями камеры для изоляции внутренней части испытываемого кольца от внешней; обеспечение средства для измерения перемещения испытываемого кольца; обеспечение средства для измерения силы, прикладываемой к внутренней поверхности испытываемого кольца; приложение силы к внутренней поверхности испытываемого кольца; и использование измерений перемещения и измерений силы для определения правильности установки испытываемого кольца в камере давления.

Способ испытания защиты соединений оптического кабеля от выдавливания оптических волокон из модульных трубок кабеля в муфту // 2762106

Изобретение относится к волоконно-оптической технике, в частности к монтажу муфт оптического кабеля, и предназначено для испытания защиты соединений оптического кабеля от выдавливания оптических волокон из модульных трубок в муфту. Сущность: выбирают длину соединяемых оптических кабелей в пределах от 5 до 6 метров.

Способ определения механических свойств тонкопленочных мембран, сформированных над круглыми отверстиями // 2758417

Изобретение относится к исследованиям прочностных свойств пленок и мембран, анализу работы изделий на их основе. Изобретение может быть использовано для анализа зависимости прогиба от избыточного давления при проведении испытаний пленок и мембран и последующих расчетов параметров датчиков давления, изготовленных на их базе.

Устройство для автоматизированной поверхностной диагностики технического состояния подземных горных выработок // 2786912

Изобретение относится к сканирующей технике и может быть использовано в горнодобывающей промышленности для автоматизированной поверхностной диагностики технического состояния подземных горных выработок, а также их последующей визуализации. Устройство содержит подвижную платформу на колесах и блок сканирования окружающего пространства, расположенный на измерительной стойке.