Деформометр Советский патент 1986 года по МПК E21C39/00 E21B49/00 

Изобретение относится к горному делу и предназначено для измерения величин и на- нравлений напряжений в масси е горных пород.

Цель изобретения - повышение точности измерения и надежности работы дефор- мометра.

На фиг. 1 изображен деформометр; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - ряд тензорезисторов.

Деформометр состоит из корпуса, включающего жесткий стержень 1, на котором нри помонди пробки с конусом 2 и стакана 3 герметично зажата по торцам толстостенная эластичная оболочка 4, образующая между своей внутренней поверхностью и наружной поверхностью корпуса герметичную полость 5, куда через радиальное отверстие 6 в корпусе подается под давлением рабочая жидкость. На толстостенной оболочке установлены внутренняя 7 и наружная 8 тонкостенные оболочки, между которыми установлены тензорезисторы 9, расположенные последовательно один за другим в виде прилегающих друг к другу рядов 10, образующих по окружности деформометра кольца 11.

Коаксиально толстостенной эластичной оболочке 4 размещены тонкостенные внутренняя 7 и наружная 8 оболочки, между которыми установлены тензорезисторы 9. Для того, чтобы одна из оболочек, находящихся в напряженном состоянии (давление изнутри от источника давления и снаружи от стенки скважины), не утеряла своих эластичных свойств, а другие, выполненные из этого же материала, приобрели иные свойства (жесткость) необходимо, чтобы толщина их имела соотнощение не менее 20:1, что позволяет тонкостенным оболочкам выстилать изнутри стенки скважины, идеально повторяя ее конфигурацию и образовать двум тонкостенным оболочкам вместе с размещенными между ними тензо- резисторами единый измерительный монолит, что повыщает точность измерений.

Тензорезисторы 9 расположен1)1 последовательно один за другим (фиг. 2, 3), образуя коаксиальные эластичным оболочкам прилегающие один к другому ряды 10 колец 11, нри этом тензорезисторы 9 в каждом кольце 11 смещены относительно тензорезисторов 9 в прилегающих кольцах на величину неинформатиЕной части тензоре- зистора ,например на половину базы теп- зорезистора.

Расположение двух колец тензорезисторов подряд со сдвигом между ними в половину базы позволяет осуществить измерение деформаций па участках контура скважины, нриходящихся на неинформативную часть, что повышает точность измерения при деформации. Если при измерениях применить не два, а три или более

5

0

5

0

0

5

0

5

колец тензорезисторов, каж)юе из которых будет сдвинуто относительно предыдущего на 1/2 своей базы, то точность измерений eni,e более повысится за счет того, что с одного и того же участка скважины получается два показания (например, в нервом и третьем кольце), т.е. за счет избыточности информации.

Так как показания тензорезисторов на двух соседних базах не должны существенно отличаться одно от другого, то легко выяснить в каком случае тензорезистор дает неверное показание (неупругое деформирование тензорезистора встедствие показания на микротрещипу), либо получить информацию участка скважины в случае обрыва тензорезистора из первого кольца, что повышает точность измерений. Полученный от тензорезисторов 9 полезный сигнал через кабель 12 подается на измерительное устройство (не показано}.

Деформометр работает следующим образом.

В массиве горных пород выбуривается скважина, в которую вставляется деформометр. От источника давления но трубопроводу (не показан) под толстостенную эластичную оболочку 4 через герметичную полость 5 подается жидкость или воздух, распирая деформометр в скважине. Внешняя поверхность толстостенной эластичной оболочки увеличивается и она приходит в соприкосновение с внутренней тонкостенной оболочкой 7, которая расположена, но не закреплена на толстостенной оболочке. В первый момент при соприкосновении оболочек 4 и 7 за счет зазора между одной (тонкостенной) относительно другой (толстостенной), что, в свою очередь, препятствует передаче деформации собственно толстостепной оболочки к тонкостепной и, следовательно, на тензорезисторы. Кроме того, это также препятствует выведению тензорезисторов за пределы линейного участка измерений, что повышает точность измерений. При контакте со стенкой скважины положение тонкостенных оболочек (наружной и внутренней) фиксируется, и они начинают работать на сжатие. При дальнейшем поБЫшепии давления изнутри происходит увеличение сжатия оболочек, при этом тонкостепные оболочки утрачивают свои свойства эластичности и приобретают иные, т.е. они становятся жесткими, тверды.ми, идеально повторяя контур скважипы, что повышает точность измерений, а с каждого тензорезистора 9 в каждом кольце 11 по измерительному прибору (не показан) через кабель 12 снимаются начальные отсчеты. Затем на расстоянии равном 70-100 мм, параллельно пробуривается возмущающая скважина, под действием которой изменяются в той или иной степени показания каждого тензорезистора каждого кольца, что также регистрируется измерительным прибором.

Благодаря этому существенно повышается точность измерений по направлениям в плоскости измерения за счет избыточности получаемой информации. Замыкание рядов тензорезисторов в несколько колец, расположенных по окружности деформометра, позволяет проводить одновременный пространственный контроль деформаций стенок

скважины. Это, в свою очередь, как увеличивает точность измерений, так и обеспечивает удобство эксплуатации, ускоряя процесс измерений за счет того, что при разовой установке деформометра в измерительной скважине получают результаты измерений сразу в нескольких измерительных плоскостях.

/

(риг.З