Стенд для испытания глинистых пород при сложном напряженном состоянии

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Социалистически«

Республик (iii938081 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 27.11.80 (21) 3008909/29-33 с присоединением заявки ЭЙ (23) Приоритет

Опубликовано 23.06.82. Бюллетень _#_s 23

Дата опубликовакня описания 25.06.82 (5! )M. Кл.

GO1N 3/08

1Ьвударствапвй «вкнтет

СССР ао делан нзайретеннй н вткрытнй (53) УДК624. . 131.376. .5( (72) Авторы изобретения

В. С. Новиков, Н, Н. Бабошкин, В. П. Карпов и А. С. Новиков

Волгоградский государственный научно исследовательскйЧГ и проектный институт нефгяной промышленности

1 (71) Заявитель

{54) СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ГЛИНИСТЫХ ПОРОД

ПРИ СЛОЖНОМ НАПРЯЖЕННОМ СОСТОЯНИИ

Изобретение относится к исследовй= нию химических и 4втэнческих свойств веществ, в частности к исследованию глинистых грунтов в гидротермальных условиях сквшкины.

Известен прибор для исследования свойств грчнта в условиях трехосного сжатия, содержащий опорную плиту с закрепленной на ней камерой, нагрузочное приспособление, выполненное в виде замкнутой гидросистемы с параллельно расположенными камерами давления на одном иэ ее концов и силовыми цилиндрами на другом ее конце, на нагружат щей платформе и измеуятел ное приспособление 1), Однако этот прибор не позволяет измерять истиную прочность горной породы, находящейся на стенке горной выра- 20 ботки в гидротермальных условиях, так как не имитирует условия скважины и условия нагружения образца, находящегося на стенке горной выработки.

Наиболее близким к изобретению является стенд для испытания глинистых пород lIpH сложном напряженном состоянии, содержатций раму, опорную плиту с закрепленной на ней обоймой, нагруэочное приспособление, выполненное с подвижными вкладышами, расположенными в направляющих обоймы по трем взаимно- перпендикулярным осям, и измерительные приспособления (2) .

Известное устройство также не поз» . воляет измерять истиную прочность горной породы, находящейся на стенке горной выработки в гидротермальных условиях, а следовательно не обеспечивает с достаточной достоверностью прогнозирования устойчивости стенки горной выработки и приводит к необоснованным проектным решениям.

Устройство не имитирует условия скважины и условия нагружения образца, находящегося на стенке гбрной выработки пвй взаимодействии с буровым раствором.

3 Q

Цель изобретения - определение изменений физико-механических и физико-химических свойств глинистых пород в гидротермвльных условиях скважины.

Поставленная цель достигается тем, что стенд для испытания глинистых пород при сложном напряженном состоянии, содержащий раму, опорную плиту с закрепленной на ней обоймой, нвгрузочное приспособление, выполненное с подвижными вкладышами, расположенными в нв. правляющих обоймы Ilo TpeM B o перпендикулярным осям, и измерительные приспособления, снабжен размещенным на обойме нагревательным элементом, вкладыши одной соосной пары снабжены пуансоном с независимым источником давления, а вкладыши другой пары. -. фнльтруюшим элементом и выполнены с

I каналами.

На фиг. 1 показан стенд, вид в пла- не; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Стенд для испытания. глинистых пород при сложном напряженном состоянии содержит раму 1, опорную плиту 2 с закрепленной на ней обоймой 3, измерительный элемент 4 и нагрузочное приспособление 5, выполненное с подвижны ми парами вкладышей 6 - 8, расположенными в направляющих обоймы по. трем взаимно перпендикулярным осям. Одна из соосных пар вкладьппей 6 снабжена пуансоном 9, связанным с независимым источником давления. Йругая пара вкладышей 7, расположенная в одной плоскости с первой, выполнена с каналами

l0 и снабжена фильтрукяцим элементом

11. Нагрузочное приспособление 5 выполнено в виде пневмодомкратов 12 и

13, соединенных попарно с источником давления и гидродомкрвтом 14. На обойме 3 установлен нагревательный элемент

15. Стенд снабжен фиксаторами нвгруъки 16 и деформации 17.

Стенд работает следующим образом.

Возможны два режима работы: стенд может быть использован дпя формирования образцов глинистой породы и оценки физико-механических и физико-химических свойств их и природных кернов при взаимодействии с буровым раствором в ги термалЬных условиях скважины.

В обойму 3, сняв один из вкладышей

6, помещают увлажненную глинистую породу или керн. Устанавливают вкладыш.

6 с пуансоном и создают одинаковую нагрузку по всем трем осям с созданием необходимого температурного режима с ,выдержкой времени до прекращения де36081 формации по всем трем осям, контроли-. руемой индикаторами 4 часового типвимитируя тем самым условия напряженного состояния глинистой породы в горном массивев

Когда наступает равновесие, т.е. деформация уже не происходит, нагрузку по всем трем осям фиксируют фиксаторами 16 и 17. При формировании образ10 ца иэ увлажненной глинистой породы отжатый флюид стекает по каналам 10, образуя слоистую ненарушенную структуру, приближая физико-механические и физикохимические свойства образца к природ35 ным. Йля изучения изменения свойств глинистой породы на стенке скважины через каналы 10 одного as вкладышей 7 попают буровой раствор, созцаьая проти-, водавление на образец н фильтрацию жид1 1 кости через образец, причем нв одном из вкладьппей 7 давление должно быть на 20-30 кг/см меньше, чем на проти2 воположном вкладыше 7 (со стороны подаваемого раствора). Затем с вкладыша 7 с большим давлением нагрузку снимают до гидростатического давления, т.е. получают гидротермвльные условия скважины

При взаимодействии с буровым раствором происходят изменения физио-м хвнических и физико-химических свойств глинистой породы, которые количественно выражаются величиной деформации образца, контролируемой перемещением

ЭВ вкладыша 7» индикатором 4 часового типа. При наступлении влажностного равновесия в глинистой породе, фиксируемой отсутствием деформации, определяют механическую прочность увлажненной глинистой породы путем вдавливания пуансона 9 до полного разрушения образца, т,.е, в гидротермвльных условиях скважины. Таким же образом можно определить механическую прочность нв любой стадии взаимодействия с буровым

45 раствором. После этого снимают гидростатическое давление и нагрузку по осям, извлекают глинистую породу и определяют изменение,физикс -химических свойств, которые произошли в гидродро- термальных условиях скважины.

Предлагаемый стенд поэвопяет mmтировать условия напряженного состояния глинистых пород в горном массиве и на стенке скважины за счет выполнения нагружающего устройства в виде пневмодомкратов с фиксаторами нагрузки и деформации, также позволяет создавать длительную постоянную нагрузку по раз5 9 личным осям прн возможности изменении радиальной нагрузки путем регулирования давления в соответствукицем силовом цилиндре.

Выполнение каналов во вкладышах и филы рующего элемента, а также mnmчие нагревательного элемента позволяет имитировать гидротермаш.ные условия взаимодействия глинистой породы с буровым раствором. Предлагаемый стенд позволяет изучить кинетику изменепм физико-механических и фижко-химических csaNers глинистых пород прн взаимодэйствипс с буровым раствором в гидротермальных условиях скважины, что позволяет определить оптимальную плотность и химический состав, фильтрационные и респогические свойства раствора, позволякицие найти оптимальные проектные репения> обеспечивающие без аварийное бурение нефтяных и газовых скважин с максимальной скоростью при минимальных материальных затратах и минимальной стоимости метра проходки.

Формула изобретения

Йгенд для испытания глинистых пород при сложном напряженном состоянии, 38081 6 содержащий раму, опорную пииту с эа. крмленной на ней обоймой, нагруэочное п рисиособление, выполненное с подвижными вкладышаьж, расположенными s напрею

5 ляккпих обоймы по трем взаимо перпендикулярным осям, и измеритеаьные прнспособлешж, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью определения йэменений фижко-механических и фнжко-химичес щ ких свойств глинистых пород в гидротер мальных условиях скважины, стенд снаб-. жен размещенным на обойме нагревательным элементом, вкладЫнж одной соосной .пары снабжены пуансоном с иеэависимым .:источником давления, а вкладыши другой.

-l иены с каналами.

Источники информапии, принятые во внимание щи экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 302665е an 01 9 33/24в 1960

2. Авторское свидетеп.ство СССР

14 461333, кл. GOl Й 3/08, 1971 (прототип) .

938081 фи@2

Составитель М. Слинько

Редактор P. Цицика Техред A.À÷ Корректор Ю. Макаренко

Заказ 4447/63 Тираж 887 Подписное .

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений .к открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4