Модель трещиноватого горного массива Советский патент 1983 года по МПК E21C39/00 

f1 Изобретение относится к горному делу, а болае конкретно к лабораторным исследованиям механизма фильтрации жидкостей в трещиноватых горных породах. Известна модель пласта с горизо тальной трещиной, образованной двумя плоскими блоками в форме секто- : ров 1. Однако конструкция данной модели не позволяет моделировать деформиро вание горного массива под действием давления фильтрующейся в трещине жид кости, Наиболее близкой к изобретению яв ляется модель трещиноватого горного массива, включающая фильтрационную камеру с трещинами и деформируемый блок из эквивалентного материала. .В указанной модели деформируемый блок изготовлен и помещен в фильтрационную камеру. Зазором между ним и верхней крынжой фильтрационной камеры моделируется треишна естественного горного массива, фильтрующая жидкость Первоначальное раскрытие трещины регулируется толщиной прокладок. Двформируемый блок своими боковыми гранями жестко прикреплен к боковым стенкам Фильтрационной камеры 2. Недостатком указанной модели является невозможность моделирования процесса взаимодействия трещин в деформируемых породах, Целью изобретения является обеспечение возможности моделирования процесса взаимодействия трещин в деформируемых породах при нагнетании в них жидкостей. Поставленная цель достигается тем, что в модели трещиноватого горного массива, включающей фильтрационную камеру с трещинами и деформируемый блок из эквивалентного материала, деформируемый блок расположен за пределами фильтрационной камеры и заключен между опорными плитами, при этом модель снабжена жесткими подвижными перегородками между трещинами и пуансонами, воздействующими на деформируемый блок и жестко связанными с перегородками. Перегородки- и пуансоны выполнены в виде двух рядов расположенных в параллельных плоскостях попарно соединенных жесткими тягами клавишных элементов, один ряд которых образует перегородку меаду трещинами в фильтрационной камере, а второй размещен внутри деформируемого блока. На ряд клавишных элементов, образунадих перегородку между трещинами в фильтрационной камере, наклеена резиноэая диафрагма. Жесткие тяги клавишных элементов выполнены сбставными с возможностью регулирования их по длина. 16 . 1 представлена экспериментальная установка модели, разрез; на фиг, 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг, 3 - сечение Б-Б на фиг, 1. Установка состоит из фильтрационной камеры, включающей корпус 1 и две крышки 2 и 3,-верхнего 4 и нижнего 5 ряда клавишных элементов, двух опорных плит б и 7, тяговых 8 и опорных 9 болтов, регулировочных 10 и инъекционного устройства, | центре каждой клавиши верхнего ря клавишных элементов 4 расположен стержень 11, который вместе с клавит ей может перемещаться в вертикаль направлении относительно корпуса модели благодаря протонкам 12 в фильтрационной камеры. Каждая верхняя клавиша 4 жестко соединена с соответствующей нижней клавишей 5 помощи четырех тяговых болтов 8, попарно соединены между двумя регулировочными муфтами 10. промежутках между нижними кланишами 5 и опорными плитами 6 и 7 Установлен деформируемый блок 13, состоит из двух частей и моделирует межтрещинную горную породу. Инъекционное устройство состоит из инъектора 14, разрезной трубки 15 и вставленного в нее вкладыша 16. Раскрытие радиальных трещин 17, расположенных между верхним рядом клавишных элементов 4 и крышками 2 и 3 корпу модели, регулируется толщиной прокладок 18. Кроме того, вращением регулировочных муфт 10 можно иэме расстояния между верхними 4 и нижними 5 клавишными элементами, об- Разуя таким образом трещины с неоднородным по их длине раскрытием. С предотвращения гидравлической свя трещин через межклавишные зазоры верхний клавишный ряд 4 и горизонтальные плиты корпуса 1 модели накле® тонкая резиновая диафрагма 19. Конструкция модели позволяет использовать деформируемый блок 13 различной толщины за счет изменения расстояния между верхними 4 и нижними 5 клавишами и между опорными плитами б и 7, которые фиксируются в необхоДимом положении на опорных болтах 9 гайками 21, и проводить эксперименты одноЯ трещине за счет установки вкладыша 16 с укороченным вертикаль пазом 20, который пропускает нагнетаемую жидкость только в верхнюю трещину, Экспериментальная установка модели работает следующим образом, Нагнетаемая жидкость под давлением через инъектор 14 и вертикальный паз 20 вкладыша 16 поступает в радиальные трещины 17. В трещине с большим раскрытием вследствие ее большой проницаемости падение давления по длине потока жидкости происходит более медленно, и жидкость распространяется вдоль трещины на большее растояние, чем в трещине с меньшим раск рытием. Вследствие..этого на верхние и нижние поверхности клавиш 4 действуют давления различной величины, Равнодействующее усилие этих давлений на каждой клавшие 4 передается тяговыми болтами 8 на соответствующие нижние клавиши 5, которые сжимают верхнюю или нижнюю часть деформируемого блока 13 и перемещаются вмес те с верхними клавишами 4 в направле ний действия равнодействующей силы.. В результате, смещения верхних клавиш ;4 раскрытие трещин 17 по длине петока жидкости в них изменяется и фикси руется во времени датчиками перемещения ii. Давление по длине потока нагнетаемой жидкости в трещинах регистрируется манометрами 23 или другими контрольно-измерительными прибо Предлагаемая конструкция модели трещиноватого горного массива по сра нению с прототипом позволяет исследю вать процесс взаимодействия трещин в деформируемых породах при нагнетании в них жидкостей за счет располой ения деформируемого блока эа пределами фильтрационной наменял и передачи результирующего внутритрещинного давления жидкости на него при помощи силовых устройств, выполненных, например, в виде двух рядов попарно соединенных жесткими тягами клавишных элементов.... Кроме того, предлагаемая модель позволяет регистрировать изменение раскрытия трещин по длине потока нагнетаемой в них жидкости за счет обеспечения возможности измерения смещений верхних клавишных элементов при помощи датчиков перемещения, Предлагаемая модель по сравнению с известной также позволяет моделировать трещины с неоднородным по их длине раскрытием благодаря возможности регулирования жестких тяг клавишных элементов по длине. Исследование процесса взаимодействия трещин позволяет усовершенствовать расчетные методы по определению давлений нагнетания и радиусов распространения нагнетаемых жидкостей вокруг скважины, что в, свою очередь, позволяет, например, применительно к технологии тампонирования снять суще.ствукщие коэффициенты запаса при назначении количества тампонажных скважин и расхода тампонажных материалов.

1. МОДЕЛЬ ТРЕЩИНОВАТОГО ГОР НОГО МАССИВА, включающая фильтрацион ную камеру с трещинами и деформируемый блок из эквивалентного материала отличаю щаяс я тем, что, с целью обеспечения возможности модели рования процесса взаимодействия трещин в деформируемых породах при нагнетании в них жидкости, деформируемый блок расположен за пределами фильтрационной камеры и заключен между опорными плита:ми, при этом модель снабжена жесткими подвижными перегородками между трещинами и пуансонами, воздействующими на деформируемый блок и жестко связанными с перегородками. 2.Модель по п. 1, от.личающ а я с я тем, что перегородки и пуансоны выполнены в виде двух рядов расположенных в параллельных плоскостях попарно соединенных жесткими тягами клавишных элементов, один ряд которых образует перегородку, а второй размещен внутри деформируемого блока. 3.Модель по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что, с целью предотвращения гидравлической связи трещин, на ряд клавишных элементов, образующих перегородку между трещинами, наклеена резиновая диафрагма. 4., Модель по пп. 1 и 2, о т л ичающаяся тем, что, с целью моделирования трещин с неоднородным по длине раскрытием, жесткие тяги клавишных элементов выполнены составными с возможностью регулирования их по длине.

Г5 / IQ фуг.2

- 19

re

л

Y/y/////y(//////M/////t ////l777T.

))) г V. С I Ill i.(i . ч л1У/ОЛШ

f f f f f f ff ч ч .4 X ч ч X X ч ч /X ч ч j ITTVvyj

гг

ю

// 2

Z,