Установка для испытаний образцов горных пород Советский патент 1988 года по МПК E21C39/00 

17

5

(Л

I

:

Изобретение относится к горному делу и предназначено для исследования свойств горных пород и процессов, протекающих в приствольной зоне бурящихся глубоких скважин. Цель изобретения - повышение достоверности за счет возможности воспроизведения тектонической составляющей горного давления и измерение радиальных деформаций. Для этого в образующей цилиндрического контейнера вьтолне

/ /// ///V/77

ны диаметрально расположенные дополнительные отверстия. В последних установлены втулки 10, в которых размещены подпружиненные пружинами 13 штоки (Ш) 11 с прижимными опорами 12 для образца на торцах, обращенных в полость контейнера. С втулками 10 соединены головки 14 с отверстиями и в них размещены дифференциальные трансформаторы. Катушки 15 последних расположены на внутренней поверхности головок 14, а сердечники 16 прикреплены к свободным торцам Ш 11.

1

Изобретение относится к горному делу, в частности к установкам для испытаний и исследований свойств горных пород и процессов, протекающих в приствольной зоне бурящихся глубоких скважин.

Цель изобретения - повьш1ение до- стоверн ости за счет возможности воспроизведения тектонической состав- ляющей горного давления и измерения радиальных деформаций.

На фиг. 1 показана установка для испытаний образцов горных пород; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2.

Установка содержит цилиндрический контейнер 1 для образца 2 с отверстием 3 для подачи жидкости под давлением и двумя дополнительными диамет- рально расположенными отверстиями в образующей, верхнюю и нижнюю крышки 4 контейнера 1 с осевыми отверстиями и уплотнительными элементами 5, пуансоны 6 и 7 с осевыми отверстиями установленные в отверстиях крышек 4, обоймы 8 и 9 с отверстиями для подачи жидкости, закрепленные, соответственно, на свободных торцах пуансонов 6 и 7, втулки 10, закрепленные в дополнительных отверстиях контейнера 1, штоки 11 с прижимными опорами 1 2 по высоте образца 2, установленные во втулках 10, пружины 13 для

штоков 11, головки 14 с отверстиями для подачи жидкости под давлением, соединенные с втулками 10, дифференциальные трансформаторы, катушки

Установка имеет съемные крышки 4 с уплотнениями 5 для герметизации пуансонов 6 и 7. При движении Ш 11 до соприкосновения опор 12 с образцом фиксируется величина тока в катушках 15, пропорциональная перемещению сердечника, которое воспринимается как радиальная деформация образца. При исследовании сплошных образцов-пород на пуансоны 6 и 7 надеваются крьш1ки 4 и промывочная жидкость не подается. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

15 которых установлены на внутренней поверхности головок 14, а сердечники 16 закреплены на свободных торцах штоков 11, средство нагруже- ния, плита 17 которого через шарик 18 и обоймы 8 и 9 передает осевую нагрузку на пуансоны 6 и 7, индикатор (не показан) осевой деформации образца 2, нагреватель 19 и датчик- термистор 20, установленные в полости контейнера 1. Установка снабжена также съемными крышками (не показаны) с уплотнениями для герметизации пуансонов 6 и 7.

Установка .работает следую цим образом.

Образец 2 горной породы устанавливают на нижнем пуансоне 7 и через отверстие в верхней крышке 4 вводят верхний пуансон 6 до соприкосновения с торцам образца 2. После небольшого сжатия образца 2 осевым усилием для герметизации зоны контакта образца 2 с торцами пуансонов 6 и 7 через отверстие 3 подают в контейнер жидкость под давлением для воспроизведения дифференциального жидкостного бокового давления. Затем подачей жидкости под давлением в головки 14 приводят в движение штоки 11 до соприкосновения прижимных . опор 12 с образцом 2 для воспроизведения воздействия тектонических напряжений. Через отверстия в обоймах 8 и 9 подается под давлением промывочная жидкость, создающая гидроста3

тическое давление во внутренней полости образца 2. Вертикальная нагруз ка на образец 2 передается через пуансоны 6 и 7. Нагружение образца 2 вертикальным, боковым, тектоническим и гидростатическим давлениями может производиться одновременно. Заданный температурный режим испытания образца 2 обеспечивается использованием нагревателя 19 и датчика-термисто- ра 20.

После достижения определенной величины давления, имитирующего тектоническую составляющую горного давления, подачу жидкости прекращают и образец 2 вьщерживают в заданном поле напряжений определенное время. При этом осевое перемещение образца фиксируется по индикатору, а перемещение боковой поверхности контролируется с помощью дифференциального трансформатора. При движении штока 11 до соприкосновения его прижимных опор 12 с поверхностью образца 2 фиксируется величина тока в катушках 15, Величина тока, протекающего через катущки 15, пропорциональна пе ремещению сердечника 16, жестко прикрепленного к торцу щтока 11, Момент соприкосновения прижимных опор 12 воспроизводится как исходное состояние образца 2, а дальнейшее изменение, т,е, перемещение сердечника 16, воспринимается как радиальная деформация образца 2, Контроль величин давления осуществляется с помощью соответствующих манометров (не показаны)о По окончании испытаний плавно снимаются давления с образца 2 и отключается питание нагревателя 19, контейнер 1 разгерметизируется j снимаются верхний пуансон 6 и крышка 4, образец извлекается из контейнера 1 о

При исследовании сплошных образцов пород на пуансоны 6 и 7 одеваются съемные крьшжи с уплотнением, а промывочная жидкость не подается

Изобретение позволяет проводить исследования деформации стенок модели скважины и стандартных сплош70240

ных образцов в условиях-неравномерного трехосного сжатия при различных сочетаниях основных технологи- (- ческих факторов, специфичных для процесса бурения глубоких скважин. Повьш1ение достоверности результатов испытаний достигается за счет более полного воспроизведения факторов на- 10 гружения, действующих в массиве горной породы.

Формула изобретения

15 1, Установка для испытаний образцов горных пород, содержащая цилиндрический контейнер для образца с отверстием для подачи жидкости под давлением, верхнюю и нижнюю крьщ1ки кон20 тейнера с осевыми отверстиями и уп- лотнительными элементами, пуансоны с осевыми отверстиями, установленные в отверстиях крьпдек, средство нагру- жения, связанное с пуансонами, нагре25 ватель, установленный в контейнере, и датчик- термистор для контроля температурного режима образца, отличающаяся тем, что,, с целью повьш1ения достоверности за

30 счет возможности воспроизведения тектонической составляющей горного давления и измерения радиальных деформаций, в образующей цилиндрического контейнера выполнены дополнительные

2g диаметрально расположенные отверстия, а установка снабжена втулками, закрепленными в этих отверстиях, установленными во втулках подпружиненными щтоками с прижимными опорами

40 ДЛЯ образца на торцах, обращенных

в полость контейнера, головками с отверстиями, соединенными с втулками, и дифференциальными трансформаторами, катушки которых установлены на внут45 ренней поверхности головок, а сердечники прикреплены к свободным торцам штоков.

2 о Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена съемными крышками с уплотнениями для герметизации пуансонов о