Способ измерения перемещений стенок скважины Советский патент 1985 года по МПК E21B47/00 E21C39/00 

СП СП SI

ел

со Изобретение относится к ropnotty делу и предназначено для измерения перемещений стенок скважин, пробуренных в горных породах. По полученньм значениям перемещений затем вычисляют действующие в массиве нап ряжения. Известен способ измерения деформаций в условиях нестационарных тем ператур, включающий закрепление на контролируемой поверхности тензо резистора и термочувствительного элемента, измерение деформации и формирование температурной поправки из первой производной сигнала термочувствительного элемента с учетом его термической постоянной и температурного коэффициента линейного расширения материала исследуемой поверхности Dl Этот способ применим при исследо вании напряженного состояния констр ций в условиях стационарньЬс или ква зистационарных температур. Однако он имеет следующие недостатки. Когда при измерениях в условиях подземных горных выработок проходят измерительную скважину, устанавливают в нее деформометр, затем парал лельно ей проходят возмущающую сква жину, регистрируя ее воздействие на измерительную, то из-за влияния температуры промьгоочной жидкости, при наличии которой производят бурение и температура которой, как правило, не равна температуре вмещакщих пород, в результате измерения вносится значительная температурная погрешность. При этом при контроле перемещения стенок скваямн необходимо в это же время (. во время действия возмущающей скважины на измерительнзто) контролировать как температурное изменение поверхности стенок скважины, так и температурное изменение деформометра. Таким образом, использование дан ного способа при измерениях в массиве горных пород вносит в получаемый результат существенную температурную погрешность, обусловленную тепловым воздействием промывочной жидкости, возникающим в возмущакицей и распространякнцимся к измерительной скважине в течение бурения. Наиболее блкзккм к предлагаемому по технической сущности является способ измерения г еремещениЙ стенок скважин, включающий измерения изменения диаметра измерительной скважины до и после окончания бурения возмущающей скважины с помощью деформометра f2 . Однако при использовании метода параллельных (измерительной и возмущающей) скважины при бурении последней находящаяся в ней промывочная жидкость навязывает исследуемой части массива горных пород свою температуру, которая, как правило, отлична от температуры массивам бурения, т.е. изменяется температура измерительной скважины (объекта измерения) и деформометра с тензорезисторами (средства измерения). В первом случае под действием изменения температуры исследуемого участка массива изменяется диаметр скважины, он увеличивается, если температура жидкости меньше температуры массива и уменьшается в обратном случае. Таким образом, наряду с измерением перемещения стенки скваяины от возмущакщего водействия происходит изменение ее диаметра от изменения температуры. Эта погрешность достаточно велика.и может в несколько раз превышать полезный сигнал. Кроме того, деформометр с тензорезисторами также подвергается тепповому воздействию, так как точно скомпенсировать кажущееся переме.щение от температуры невозможно как электрическим, так и механическим путем. Например, проволока тензочувствйтельного элемента тензорезистора, нагреваясь, расширяется , что влечет за собой изменение сопротивления тензорезистора без изменения диаметра скважины. Далее, элементы конструкции деформометра также под действием температуры изменяют свои размеры, что также предопределяет ичменение показаний тензорезисторов (это определено при неизменном диаметре скважины в лабораторных условиях). При этом происходит измене.ние показаний тензорезисторов от изменения температуры деформометра. Эту ошибку Также регистрируют вместе с полезным сигналом, что еще больше увеличивает погрешность измерений. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет определения температурных поправок. Поставленная цель достигается тем, что согласно, способу измерения перемещений стенок скважин, включаю щему измерение изменения диаметра измерительной скважины до и после окончания бурения возмущающей скважины с помощью деформометра, дополнительно измеряют температуры стенки измерительной скважины и деформометра в процессе бурения возмущающей скважины, определяют темпера турную погрещность показаний деформометра и изменения диаметров измерительной скважины под действием температуры, а перемещение стенок скважины определяют как разность значений, полученных до, во время и после воздействия возмущающей скважины на измерительную. Кроме того, изменение диаметра измерительной скважины под действием температуры определяют при подаче в возмущающую скважину промывочной жидкости с температурой, отличной от температуры горных пород. Способ реализуется следующим образом, В массиве горных пород пpoбyp вают измерительную скважину диаметром 46 мм и. длиной 15м. На глубине 0,5 м от устья в скважину устанавливают деформометр. Затем на рас стоянии 120 мм в любую сторону от оси измерительной начинают пробурив ние параллельной возмущающей скважи ны диаметром 93 мм. На начальном участке бурения влияние возмущающей скважины на измерительную настолько мало, что его невозможно зарегистри ровать. Однако по мере проходки возмущанмцей скважины далее вглубь массива и приближению к плоскости измерения ее влияние начинает сказы ваться, что и фиксируют тензорезисторы, сигналы с которых поступают на регистрирующий прибор. Далее по .мере продолжения бурения проходят з ну наибольшего влияния возмущающей скважины на измерительную, что также фиксируют тензорезисторы. После этого йри дальнейшем продолжении бурения влияние возмущающей скважины уменьшается. Таким образом, определяют изменение перемещения стенок измеритель534ной скважинь от минимального до максимального ее значения во время действия возмущающей. Одновременно с определением перемещения контролируют изменение температуры деформометра и стенки измерительной скважины также во время действия возмущакицей. Затем определяют температурную погрешность показаний деформометра по полученным в лабораторных условиях значениям перемещений при изменении температуры на . Последние получают следующим образом. Предварительно в лабораторных условиях деформометр с тензорезисторами и термодатчиком, размещенным в его (деформометра) теле, устанавливают в трубу из инвара, гшеюшую такой же диаметр, как и скважина (46 №i) и помещают в термостат. Затем, нагревая устройство, снимают показания тензорезисторов, получая при этом график изменения показаний тензорезисторов данного деформометра от температуры при неизменном диаметре трубы и называя эти графики кажущимися изменениями диаметра (перемещения стенок) трубы (скважины). При этом температурную погрешность показаний деформометра, полученных в массиве горных пород, вызванную разницей температур при воздействии возмущающей скважины на измерительную, определяют . 6деф К ЛТ,де сдеф - температурная погрешность показаний деформометра 1/ ajXe - кажущееся перемещение конl - -Tтура скважины при изменении температуры на 1°С ЛТ - изменение температуры деформометра во время действия возмущающей скважиныJ изменение контролируемой величины, которое соответствует кажущемуся перемещению, регистрируемому деформометром; Д%, приращение температуры, при котором происходит изменение показаний контролируемой величины. Затем определяют температурные зменения диаметра измерительной S скважины 6c.g, также при действии воз мущающей скважины гкй П -ДТ, ™е п - 4 температурное изменение диаметра скважины на , перемещение стенки СКВаяотны после искусственного изменения температуры пород в околоскважинном пространстве , ATti;e- искусственное приращение температуры j при котором происходит изменение величины . Перемещения стенки скважины от температуры определяют следующим образом. В пробуренной измерител ьной сква жине снимают показания дeфtэpмoмeтpa tcne, и показания термодатчика Те,|}|. Затем в пробуренную возмущающую подают промывочную жидкость с температурой, не равной температуре массива горных пород и фиксируют изменившиеся значения ехв Тскэг После этого получают , i-tKBa 84 йЕскв 3 (,Ы cMt 3 Таким образом, оценивают погрешность от влияния температуры промывочной жидкости на размер измерительной скважины, так как ее температура отлична от температуры массива горных пород, где проводятся измерения. Окончательный результат измерения перемещения контура скважины определяют по формуле Ся,м С/мсд fe/ ИЛМ истинное :значение перемещения контура измерительной скважины от действия возмущающей, получены в результате измерений показания. Использование данного изобретения позволяет повысить точность измерений. Высокая точность измерения необходима для верного определения резерва прочности горных выработок на стадии эксплуатации месторождений, что сушественно повышает безопасность ведения горных работ. Кроме того, проведение подобныхИсследований на стадии разведки и проектирования необходимо для правильного выбора преимущественной ориентации горных выработокв пространстве шахтного поля, что наряду с повышением уровня техники безопасности снижает затраты на проведение и . восстановление горных выработок.

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ СТЕНОК СКВАЖИН, включающий измерения изменения диаметра измерительной скважины до и после окончания бурения возмущающей скважины с помощью деформометра, о т л ичающййс я тем что, с целью повьшения точности измерений за счет определения температурных поправок, до полнительно измеряют температуры стенки измерительной скважины и деформометра в процессе бурения возмущающей скважины, определяют температурную погрешность показаний деформометра и изменения диаметра измерительной скважины под действием температуры, а перемещение стенок скважины определяют как разность значений полученных до, во время и после воздействия возмущающей скважины на измерйтельную. 2. Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что изменение диа метра измерительной скважины под сл действием температуры определяют при подаче в возмущающую скважину с промывочной жидкости с температурой, отличной от температуры горных пород .