Устройство для определения объемного набухания глинистых пород Советский патент 1985 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к устройс вам, служащим для определения испо зуемых при бурении скважин коэффициентов объемного набухания образцов глинистых пород при взаимодейс вии с буровым раствором. Известно устройство для определ ния объемного набухания образцов грунта, содержащее силовую раму, к пус с камерой для образца, нагрузо ную и опорную решетки и нажимное уст1ройство с гидроцилиндром и порш нем lj . Недостатки устройства заключают ся в отсутствии средств циркуляции взаимодействующего с образцом бурового раствора и невозможности нагружения образца боковым давлением, так как камера для образца .выполнена жесткой. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигае мому эффекту является устройство для определения объемного набухания глинистых пород, содержащее корпус с поддоном, размещенную в корпусе эластичную камеру для образца , диск с каналами, установленный на поддоне и предназначенны .для контактирования с образцом, источник давления среды, соединенный с полостью корпуса, и средства измерения. Каналы диска выполнены в виде сквозньгх отверстий izj . Однако известное устройство не позволяет исследовать набухание глины в контакте с циркулирующим буровым раствором, что снижает точ ность определения из-за отличий условий исследования от реальных условий скважины. Цель изобретения - повьшение то ности определения за счет приближения условий исследования к реаль ньпч. Указанная цель достигается тем что устройство для определения объемного набухания глинистых пород, содержащее корпус с поддоном размещенную в корпусе эластичную камеру для , диск с каналами, установленный на поддоне и предназначенный для контактировани с образцом, источник давления среды, соединенный с полостью корпуса и средства измерения, снабжено узлом циркуляции бурового раствора выполненным в виде двух цилиндров 6J поршнями, в каждом из которых одна полость заполнена буровым раствором и соединена магистралью с каналами диска, а другая полость сробщена с дополнительным источником давления среды, при этом каналы диска вьшолнены в виде параллельных пазов и размещены на его внешней, контактирующей с образцом, поверхности. Причем каждый из дополнительньк источников давления вьшолнен в виде гидроцилиндра с двухступенчатым поршнем и указателем его линейного перемещения. Кроме того, диск выполнен с сегментными скосами на торце, обращенном к поддону. На фиг. 1 показано устройство для определения объемного набухания глинистых пород; на фиг. 2 - диск, общий ВИД} на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2. Устройство содержит корпус 1,с поддоном 2, размещенную в корпусе 1 эластичную камеру 3 для образца 4, установленный на поддоне 2 диск 5 с сегментными скосами 6 на торце, обращенном к поддону 2, и параллельными пазами 7 нао противоположном, обращенном к образцу 4, торце, источник 8 давления среды, сообщенный с полостью 1 корпуса, узел 9 циркуляции бурового раствора, вьшолненньй в виде двух цилиндров 10 и 11 с поршнями 12 и 13, полости 14 и 15 которых заполнены буровым раствором и соединены магистралями 16 и 17 с пазами 7 -диска 5, а полости 18 и 19 сообщены соответственно с источниками 20 и 21 давлейия среды, и средства измерения - манометры 22-24, соединенные соответственно с источниками 8, 20 и 21 давления среды. Источники 8, 20 и 21 давления среды выполнены в виде гидроцштиндров 25-27 с двухступенчатыми поршнями 28-30, указателями 31-33 их линейного перемещения и пневмокамерами 34-36. Устройство работает след5гющим образом. Испытуемый образец 4 устанавливают на диск 5 и эластичной камерой 3изолируют от полости корпуса 1. В полость Корпуса 1 подают жидкость и создают необходимое давление с помощью источника 8, которое поддер3

живается неизменным в течение всего времени набухания- образца 4 за счет упругой энергии воздуха в пневмокамере 34 источника 8. В пневмокамере 35 источника 20 создается давление, под действием которого происходит перемещение поршия 29 и передавливание бурового раствора из полости 14 цилиндра 10 через магистраль 16, пазы 7 дирка 5 и магистраль 17 в полость 15 цилиндра 11, вызывая перемещение поршня 30 источник 21. При подаче избыточного давления в пневмокамеру 36 происходит обратное передавливание бурового раствора из полости 15 в полость 14 и, соответственно, обратное перемещение поршней 30 и 29.

Величина давления в пневмокамерах 35 и 36 выбирается такой, чтобы давление бурового раствора под образцом 4 бьшо на 0,,1-0,2 МПа меньше, чем давление в полости корпуса .1, что необходимо для обжатия образца 4 и исключения помех при измерении объема набухания. Попеременно изменяя давление в пневмокамерах 35 и 36, осуществляют циркуляцию бурового раствора под образцом 4. При этом фиксируют с помощью указателей 32 и 33 крайние положения

333964

поршней 29 и 30 и по разности показаний определяют объем поглощенной образцом 4 жидкости (бурового раствора) .

5 При взаимодействии образца 4 глинистой породы с буровым раствором, происходит набухание глинистых частиц. Объем образца 4 увеличивается , вызьшая увеличение давления в полости корпуса 1 и перемещение поршня 28 источника 8. Величина пере мещения поршня 28, фиксируемая по указателю 31, показывает значение объемного набухания глинистого образца 4 при данном давлетгаи. Конец набухания определяется по отсутствию пер,емещений поршня 28.

Знание величины объемного набухания и объема поглощения позволяет учесть объем порового пространства образца и оценить набухание самих глинистых материалов.

Изобретение позволяет, благодаря имитации реальных условий взаимодействия глинистых пород с циркулирующим буровым раствором, получать оптимальные проектные решения, способствзпощие исключению аварийных ситуаций из-за осыпей и обвалов неустойчивых глин и повьш1ению скорости бурения.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМНОГО НАБУХАНИЯ глинистах ПОРОД, содержащее корпус с поддоном, размещенную в корпусе эластичную кайеру для образца, диск с каналами, установленный на поддоне и предназначенный для контактирования с образцом, источник давления среды, соединенный с полостью корпуса, и средства измерения, отличаю. д 8 е с я тем, что, с целью повышения точности определения за счет приближения условий исследования к реальным, оно снабжено узлом циркуляции бурового раствора, выполненным в виде двух цилиндров с поршнями, в каждом из которых одна полость заполнена буровым раствором и соединена магистралью с каналами диска, а другая полость сообщена с дополнительные источником давления среды, при этом каналы диска выполнены в виде параллельных пазов и размещены на его внешней, контактирующей с образцом, поверхности. 2.Устройство по п. 1i отличающееся тем, что каждый из дополнительных источником давле(Л ния выполнен в ввде гидроцилиндра с двухступенчатым поршнем и указателем его линейного перемещения. 3.Устройство по п. 1, отличающееся тем,, что диск выполнен с сегментными скосами на торце , обращенном к поддону. 00 САЗ СО CD 05

y///////////////z

%

. Фиг.Ь