Способ определения проницаемости горных пород Советский патент 1986 года по МПК E21C39/00 E21B49/00 G01N3/00 

Изобретение относится к технике испытаний горных пород для определения параметров их свойств и пригодно также для испытания искусственных материалов.

Цель изобретения - повышение точности и надежности способа путем управления деформациями образца горной породы при различных режимах нагружения.

На чертеже представлено устройство для определения проницаемости горной породы, общий вид.

Способ осуществляется следующим образом.

В массиве горных пород выбуривают керн с центральным отверстием и обрезают на камнерезной машине. Полученный образец 1 помещают внутри корпуса 2. В центральном отверстии образца 1 устанавливают полый стержень 3, предназначенный для герметизации центрального отверстия образца горной породы и подачи рабочей жидкости через отверстие в нем. С торцов стержня 3 размещают тарельчатые пружины 4, выполненные, например, из фторопласта, и уплотняют их при помощи втулки 5 и гайки 6. С одной стороны образца 1 устанавливается опора 7, а с другой - рабочая головка 8 с наклонными на ее боковой поверхности тензодатчиками 9, соединенными с регистрирующим узлом 10. На внутренней поверхности крышек 11 корпуса 2 размещают последовательно втулки 12 и тарельчатую фторопластовую пружину 13. Внутреннюю полость образца 1 соединяют с одним источником 14 давления, а корпус 2 - с другим источником 15 давления.

Нагружают образец 1 внешним радиальным давлением, осевым сжатием и поровым давлением до значений, соответствующих пластовым условиям. Затем через стержень 3 нагнетают рабочую жидкость в центральное отверстие образца 1 до величины внешнего давления, а осевое сжатие регулируют до заданного гидростатического сжатия, при котором поры по всему объему закрываются равномерно. Можно добиться, чтобы образец оказался практически непроницаемым, т. е. коэффициент проницаемости зависит от гидростатики. Когда из внутренней (внешней)

полости образца 1 откачивают рабочую жидкость и воздействуют на образец внешним (внутренним) радиальным давлением, то в образце возникает трехосное неравноком- понентное напряженное состояние с эффектом дилатансии, увеличиваются пористое пространство и проницаемость. Рабочая жидкость начинает перетекать сквозь стенки образца под действием градиента давлений за счет проницаемости. Задавшись некото0 рым оценочным параметром степени восстановления гидростатики, можно измерить соответствующее время процесса и определить параметр проницаемости.

Параметры проницаемости нелинейно зависят от гидростатики и их экспериментальное определение может существенно помочь при оценке движения флюидов в массиве горных пород. При этом определяют деформации образца, достоверность значений которых обеспечивается жестким типом

0 уплотнений приведенной конструкции.

Пример. Испытание проводят на модели, изготовленной из эпоксидного материала с наполнителем из стеклянных шариков. Такой образец моделирует податливую среду непроницаемую до некоторой величины гид5 ростатики, что позволяет проверить достоверность измерения деформации описанными приемами. Затем избыточным внутренним давлением образец разрывают и оценивают возможность определения проницаемости. При гидростатическом сжатии объемный модуль упругости модельного материала, который определяют по деформациям, измеренным с помощью расходомера, оказывается равным 2 10 МПа, гидростатическое давление 52 МПа. Для определения прони0

цаемости трещины разрыва в полость образца закачивают 19,5 см рабочей жидкости и откачивают из камеры снаружи. При этом разность давлений 5 МПа и проникание жидкости отсутствует до импульса разрушения, в результате которого полость трещины за- 0 полняется рабочей жидкостью и внутреннее давление падает на 1,5 МПа. Дальнейшее подкачивание жидкости со скоростью 1 см позволяет поддерживать давление на достигнутом уровне 52 МПа.