Устройство для определения пористости и проницаемости образцов горных пород Советский патент 1983 года по МПК G01N15/08 

Изобретение относится к технике определения физических свойств гор;ных пород. Известно устройство для измерения пористости и объема скелета образцов горных пород, содержащее камеру для образца, эластичный уплотнитель, элементы коммутации газа, систему измерения давления. Уплотнитель в В1ще эластичного мешочка ра13деляет камеру на две части, в од ной из которых размещен образец. Работа устройства основана на принципе свободного расширения газа с избыточным давлением при перепуске его из одного объема в другой ij . К недостаткам устройства относятся необходимость использования образцов с пришлифованной гранью, а также невозможность исследования несцементированных образцов и определения проницаемости. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является уст ройство для определения газопроница емости пористых тел, содержащее герметичный держатель образца,встав ленный в него резиновый уплотнитель механизм прижима уплотнителя,системы вакуумирования и измерения давления, подсоединенные к держателю, системы подвода и отвода га- : за 2. К недостаткам устройства относит невозможность определения пористости, а также необходимость использования образцов строго заданных геометрических размеров. Цель изобретения - определение пористости и проницаемости образцов различных размеров. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения пористости и проницаемости образцов горных пород, содержащем гер метичный держатель образца, вставле ный в него резиновый уплотнитель, механизм прижима уплотнителя, систе мы вакуумирования и измерения давле ния, подсоединенные к держателю, и системы подвода и отвода газа, упло нитель выполнен в виде резинового стакана с отверстием в .дне, через которое пропущен подвижный полый шток, жестко соединенный с цилиндри ческим основанием, расположенным ; s внутри стакана,- а механизм прижима уплотнителя выполнен в виде поршня, снабженного винтовым прижимом со шкалой, причем системы подвода и .отвода газа подсоединены к отверсти выполненному в поршне, и к полому штоку. На чертеже показана принципиальная схема устройства. Устройство содержит герметичный держатель 1, вставленный в него резиновый уплотнитель-стакан 2 с зазором 3. Внутрь стакана помещено цилиндрическое основание 4, жестко соединенное со штоком 5. Шток 5 выполнен с полостью 6, сообщающейся с кольцевой проточкой 7, которая через запорный вентиль 8 соединена с расходомером газа, состоящим из рессивера 9 и счетчика 10. Образец горной породы (керн) 11 установлен торцом на основание 4. С другой стороны держателя 1 расположен верхний поршень 12 с отверстием для подсоединения к газовым линиям, опускаемый и поднимаемый с помощью винта 13, вращаемого воротком 14. Положение поршня относительно резинового стакана контролируется шкалой 15, градуированной в единицах объема, занимаемого поршнем в держателе 1. Герметичное уплотнение . держателя 1 относительно верхнего поршня 12 и основания 16 достигается с помощью резиновых стандартных колец 17 и 18, а Штока 5 - кольцом 19. Система вакуумирования и система измерения давления содержат вентили 20 и 21, которые служат для заполнения газом кернодержателя, вентиль 22 для соединения кернодержателя с вакуумным насосом и вакуумметром 23 и вентиль 24 с измерительным прессом 25 и манометром 26, имеющим передвижной указатель (фиксатор положения стрелки) 27. Ось маховика 28 пресса 25 с помощью шестерен .соединена со счетчиков 29 объема пресса. С помощью вентиля 30 устройство соединяют с источником газа (гелий, : азот, воздух) давлением 3,5-4 атмосферы, а с помощью вентиля 31 с вакуумным насосом. Определение пористости сцементированных и несцементированных пород производят следующим образом. Керн вс.тавляют внутрь резинового стакана и устанавливают на основание 4. Если испытывается песок, то он насыпается в стакан так, чтобы его верх был ниже верха стакана на 56 мм. Внутренний объем стакана 2 со вставленным поршнем (без образца) известен. Суммарный объем отверстий, соединяющих вентиль 8 с нижним торцом керна и вентиль 20 с верхним торцом, строго постоянен. Благодаря тому, что отверстия в штоке 5 перемещаются вместе со штоком на длину кольцевой проточки 7, объем их при различных длинах образца и различном сжатии не меняется. После установки керна, сборки держателя 1 и введения поршня 12 во втулку на глубину, контролируемую шкалой 15, стакан 2 и поры керна вакуумируют при открытых вентилях 2U, 22 и 31 и закрытых 8, 21, 30 и 24.

Вакуумирование производят в течение 2-3 мин. Далее вентили 20 и 22 закрывают, а через вентиль 24 и 3.0 систему заполняют газом. Поршень пресса 25 устававпивают в положение максимального объема, счетчик 29 устанавливают на нуль. Вентиль 30 закрывают и указателем 27 фиксируютположение стрелки манометра 26. Открывают вентиль 20, после чего часть газа из системы поступает в кернодёржатель, заполнив его свободное пространство и поры керна, а стрелка манометра 26 отходит от ранее зафиксированного положения на некоторый угол.

Вращением маховика 28 перемещают поршень пресса в сторону уменьшения его объема до тех пор, пока давление в системе не восстановится, что определяется по совмещению стрелки манометра 26 с указателем 27. Считывают показание со счетчика 29 иопределяют, объем твердой фазы керна по формуле

где U( ил объем твердой фазы керна скелета) внутренний объем стакана 2 со вставленные поршнем 12 (без образца); Ufp- объем отверстий, соединяющих торец верхнего поршня с иглой вентиля 20 (в закрытом состоянии) в сумме с объемом отверстий, соединяющих нижний торец керна с иглами вентилей 8 и 21 (в закрытом состоянии) ;. U( - объем,считываемый со счетчика 29.

Далее, открыв вентили 8 и 30, пр закрытых вентилях 21 и 22 пропускаю газ кернодержатель, наблюдая за счетчиком 10 газа и вращая винт 13 с помощью воротка 14, сжимают

поршнем 12 стенки и дно стакана 2 до тех пор, пока расход газа через счетчик 10 резко не упадет. При этом произойдет следуккцее: поршень 12 действует на стенки стакана и через образец и основание 4 на его дно (сужает внутренний диаметр ста.кана) . Так как коэффициент Пуассона реагины (|U 0,48-0,49) почти равен 0,5, керн сжимается равномерным всесторон0ним давлением.

Определяют коэффициент проницаемости .образца по

Rg

5

где 1 - вязкость газа, пропускаемого через керн;

I длина керна-,

среднее давление в керне, Ppl площадь поперечного сечения керна J

0

Qy,- расход газа через поры керна;Закрыв вентили 8, 24 и 30 .и открыв 22 и 31, снова вакуумируют кернодержатель и керн в обжатом состоя5нии. Описанным способом определяют по счетчику 29 объем воздуха, вошедшего В поры керна, и вычисляют объем порового пространства по формуле

,р,

С

а затем вычисляют коэффициент пористости m по формуле

Ur

пор

m

5

. Возможность определять пористость и проницаемость на одном приборе значительно повышает производительность труда исследователей.

0

Изобретение может быть использовано в промысловых лабораториях, занимающихся Испытанием кернов, извлекаемых из буровых скважин, для полу.чения комплексной характеристики гор5ных пород, что позволит более достоверно оценивать запасы месторождений.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОРИСТОСТИ И ПРОНИЦАЕМОСТИ ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОД, содержащее герметичный держатель образца, вставленный в него резиновый уплотнитель, механизм прижима уплотнителя, системы вакуумирования и измерения давления, подсоединенные к держателю, и системы подвода и отвода газа, о т л и чаю-щееся тем, что, с целью определения пористости и проницаемости образцов различных размеров, уплотнитель выполнен в виде резинового стакана с отверстием в дне, через- которое пропущен подвижный полый шток, жестко соединенный с I цилиндрическим основанием, расположенным внутри стакана, а механизм (Л прижима уплотнителя выполнен в виде поршня, снабженного винтовым прижимом со шкалой, причем системы подвода и отвода газа подсоединены к отверстию, выполненному в поршне, и к полому штоку. О) 4 00