Гидравлический датчик Советский патент 1988 года по МПК E21C39/00 

///////////,1/, /., у., /../.

/ Ш;

7

СА:

65

00 й Од

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для исследования напряженно-деформирован™ ного состояния массива горных пород. Цель изобретения - повышение точ- |ности оценки и расширение области I применения путем совместного изме- I рения осевых и радиальных деформаций I скважины.

На чертеже показана схема гидравлического датчика.

Гидравлический датчик для оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород содержит эластичное изолирующее покрытие 1 для герметизации стенок скважины, распорное приспособление 2, размещенное в забое скважины, герметизатор 3 устья скважины, жестко закрепленный на гер- метизаторе 3, гидроцилиндр 4 с поршнем 5 и штоком 6 с осевым отверстием устройство 7 для измерения изменения объема жидкости в скважине, сообщенное с надпоршневой полостью 8 гидро- цилиндра 4, тягу 9, связывающую распорное приспособление 2 с поршнем 5, груз 10 и винт 11 для натяжения и фиксации тяги 9 и трубку 12 с краном 13 для отвода воздуха из полости скважины. Надпоршневая полость 8 гид- роцилиндра 4 сообщена с отверстием в штоке 6, проходящим через осевое отверстие герметизатора 3. Диаметр поршня 5 в v2 раза больше диаметра распорного приспособления 2 и, соответственно, диаметра скважины.

Гидравлический датчик работает следующим образом.

Вначале проводится герметизация стенок скважины от проникновения жидкости в массив. Дпя этого на стерг ки скважины наносится зластичное изолирующее покрытие 1 из зпоксидно- го компаунда и, в случае больших деформаций, дополнительно устанавливается трубка из тонкой резины. Затем в конце измерительного участка скважины устанавливается распорное приспособление 2 с прикрепленной к нему тягой 9 и трубкой 12. Тяга 9 пропускается по осевому отверстию в штоке 6. Трубка 12 для отвода воздух из скважины пропускается через герметизатор 3 и герметизируется пластичной замазкой. После зтого герметизатор 3 вставляется в покрытое эпоксидным компаундом устье скважины. Поршень 5 выставляется по отно

10

15

25

™

я - 20 , - 3684372

шению гидроцилиндра 4 в среднее положение, тяга 9 натягивается грузом 10, фиксируется винтом 11 относительно штока 6 и обмазывается герме- тиком.

После отверждения эпоксидного

компаунда скважина заполняется жидкостью через устройство 7 измерения объема жидкости при открытом кране 13, после чего кран 13 закрывается. После вьфавнивания температуры жидкости в скважине и окружающих пород производится первоначальный отсчет изменения объема, жидкости в скважине с помощью устройства 7. В дальнейшем устройством 7 измеряется изменение объема жидкости в с.кважине, соответствующее осевым и радиальным деформациям скважины, происходящим вследствие напряжений в горном массиве. При этом за счет выполнения диаметра поршня 5 в /2 раз превьш1а- ющим диаметр распорного приспособления 2 и, соответственно, диаметр скважины осевые деформации скважины приводят, по сравнению с радиальными деформациями скважины, к вдвое боль- . шему изменению объема жидкости, регистрируемому устройством 7.

Поскольку изменение объема скважины л Vc зависит как от изменения площади д S поперечного сечения, так и от изменения ее длины &L, то пренебрегая величинами второго порядка, изменение объема может быть вьфажено;

30

35

Л

iSL + Л L S

(1)

где L и S - соответственно длина и площадь поперечного сечения измерительного уча- стка скважины.

Учитывая то, что деформации скважины 4S могут,быть выражены через параметры напряженно-деформированного состояния массива:

50

S

21ГКс

(г(. ,

,)1;

где RC, - радиус скважины;

Е модуль Юнга массива;

-коэффициент Пуансона;

-компоненты тензора на пряжений массива.

,С

в

Выражение (1) может быть представлено в виде:

+ dL.S

т ГГ

2 /; RC

()

Таким образом, изобретение позволяет повысить точность оценки напряженно-деформированного состояния гор-

ного массива за счет одновременной фиксации радиальных и осевых деформаций скважины, а также расширить об- ласть использования датчика как любых сочетаний изменения составляющих

напряженно-деформированного состояния массива.

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано для исследования напряженно-деформационного сот стояния массива горных пород. Цель изобретения - повышение точности оценки и расширение области применения путем совместного измерения осевых и радиальных деформаций скважин. Датчик содержит эластичное изолирующее покрытие 1 для герметизации стенок скважишл., герметизатор 3 устья скважины и устр-во 7 для измерения объема жидкости. На герметизаторе 3 закреплен гидроцилиндр 4 с поршнем 5 и штоком 6 с осевым отверстием и распорным приспособлением 2, размет- щенным в забое скважины и соединенным посредством тяги 9 с поршнем 5, Надпоршневая полость 8 гидроцилиндра 4сообщена с устр-вом 7 и осевым от верстием в штоке 6. Диаметр поршня 5в /2 раза больше диаметра приспособления 2. Благодаря последнему осевые деформации скважины приводят, по сравнению с радиальными, к вдвое большему изменению объема жидкости, регистрируемому устр-вом 7. Изменение объема жидкости в скважине пропорционально изменению величины первого инварианта напряженного состояния массива. 1 ил. с:

г-+ . .Г(Г ,У((Г) (2) Формула изо.бретения

Анализ- выражения (2) показывает, что по крайней мере в упругой области, деформирования , при условии увеличения доли изменения объема скважины за счет осевых деформаций в два раза изменение объема и V скважины может быть представлено пропорциональным .изменению величины первого инварианта, напряженного состояния -((Г

.)-

+ tf

Следовательно, измеряемое устройством 7 уменьшение объема скважины свидете 1ьст: ует об увеличенной величины (и -(/ t )) увеличе- ние - о разгрузке. В случае, если скважина пробурена в однородном по механическим свойствам массиве, можно по измерениям изменения объема скважины определить изменения напряженно- деформированного состояния массива, а именно абролю ные значения величины, д.(СГ (Г .

Гидравлический датчик для оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород, содержащий эластичное изолирующее покрытие, предназначенное для герметизации стенок скважины, герметизатор устья скважины и устройство для измерения объема жидкости, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности оценки и расширения области применения путем совместного измерения осевых и радиальных деформаций скважины, он снабжен закрепленным на герметизаторе гидроцилиндром с поршнем и штоком с осевым отверстием и распорным приспособлением, размещенным в забое скважины и соединенным посредством тяги с поршнем, йри этом над- поршневая полость гидроцилиндра сообщена с устройством для измерения объема жидкости и с осевым отверстием в штоке, а диаметр поршня в v2 раз больше диаметра распорного приспособ- ления.