Автоматическая установка для испытаний образцов горных пород Советский патент 1992 года по МПК G01N15/08 

Изобретение относится к технике определения физических свойств горных пород.

Известно устройство для определения пористости и проницаемости образцов горных пород, содержащее герметичный держатель образца, вставленный в него резиновый уплотнитель в виде стакана с отверстием в дне и механизм прижима уплотнителя, выполненный в виде поршня, снабженного винтовым прижимом.

Работа устройства основана на компенсации измерительным прессом давления газа при перепуске его в камеру держателя до и после сжатия резинового стакана, в котором расположен образец горной породы.

К недостаткам устройства относится низкая производительность труда исследователей, связанная с необходимостью приложения значительного усилия, требуемого для снятия стакана, необходимость повторного вакуумирования образца для определения объема пор, а также необходимость испытания образцов рыхлых и слабосцементированных пород различных размеров

Наиболее близким к изобретению является автоматическая установка для определения газопроницаемости образцов горных пород, содержащая держатель образца с помещенным в него уплотнителем обойму с гнездами, механизм подачи и прижима образцов, механизм поворота обоймы системы подвода и отвода газа и микрокомпьютер.

В этой установке образец горной породы (керн) с помощью полого голкат ля подается в держатель, снабженный уплотнителем. После обжатия керна эластичной втулкой через полый толкатель подается газ, который проходит через керн и выходит через второй полый тол кат эль, слуXI VI о

00 Сл

о

жащий также для возврата образца в обойму после определения газопроницаемости. Затем обойма поворачивается на определенный угол и определяется проницаемость следующего керна,

Недостатком установки является низкая надежности при работе с рыхлыми образцами.

Поставленная цель достигается тем, что в автоматической установке для испытаний образцов горных пород, содержащей держатель образца с помещенным в него уплотнителем в виде резинового стакана с отверстием в дне, закрепленного по краям в держателе, обойму с гнездами и механизм подачи образца, включающий поршень, толкатель и цилиндр, снабженный уплотнениями, а также механизм поворота обоймы и управляющий этим механизмом микрокомпьютер, держатель установлен в гнезде обоймы, а механизм подачи образца снабжен электродвигателем, соединенным с подпружиненным толкателем ходовым винтом переменного шага.

На чертеже показана принципиальная схема автоматической установки.

Установка содержит держатель 1 образца, внутри которого установлен образец 2 горной породы, герметизируемый резиновым уплотнителем 3 с отверстием в дне; подпружиненный полый шток-толкатель 4, установленный в цилиндре 5 против основания держателя; неподвижный поршень 6, расположенный против уплотнителя; обойму 7 с гнездами для установки образцов; каретку 8 с ходовым винтом 9 переменного шага; электродвигатели 10-12 и измерительный пресс 13 с манометром 14.

Неподвижный поршень 6 имеет кольцевое уплотнение 15 и торцовое уплотнение 16, а также отверстия, подсоединенные к системе подвода газа, включающей вентили 17-19, которые служат для заполнения газом полости измерительного пресса 13 и держатели 1 образца.

К отверстиям в цилиндре 5 подсоединена система вакуумирования и отвода газа, содержащая вентили 20 и 21 для создания вакуума и вентиль 22 для сообщения с атмосферой. Шток-толкатель 4 снабжен торцовым уплотнительным кольцом 23 и расположен в уплотнительных кольцах 24, а нижний его конец опирается на каретку 8, которая имеет возможность поступательного перемещения вдоль направляющей 25 по ходовому винту 9, вращаемому с помощью электродвигателя 10. Для возвращения толкателя а исходное положение служит пружина 26, а для возвращения держателя - пружина 27 с кольцом 28.

Автоматическая установка работает по программе, задаваемой при помощи микрокомпьютера.

Предварительно держатели 1 с образцами 2 горных пород устанавливаются с уплотнителями в гнезда обоймы 7. По сигналу компьютера включается электродвигатель 10 и каретка 8 подает толкатель 4 на ход, достаточный для того, чтобы стакан держа0 теля 1 уплотнился кольцом 15 на неподвижном поршне 6, но не дошел до торцового уплотнения. Далее включается система вакуумирования при открытых вентилях 20 и 21 и закрытых вентилях 17, 18 и 22. После

5 вакуумирования камеры держателя с образцом закрываются вентили 20 и 21, вновь включается двигатель 10 и шток-толкатель 4 перемещает держатель 1 на ход, необходимый для снятия торцового уплотнения 16.

0 Тем самым камера держателя разделяется на две части, в одной из которых размещен образец 2 горной породы. Шаг ходового винта 9 в конце перемещения каретки 8 равен нулю, что позволяет исключить воз5 можность повреждения механизма подачи толкателя.

Далее по команде микрокомпьютера открывается вентиль 19 и цилиндр пресса 13 заполняется сжатым газом при положении

0 поршня 6, соответствующем максимальному объему. После достижения заданного давления, контролируемого манометром 14, по команде компьютера закрывается вентиль 19, открывается вентиль 17 и сжатый

5 газ поступает в кольцевое пространство камеры держателя 1, прижимая уплотнитель 3 к стенкам образца.

Далее включается двигатель 11, который перемещает поршень 6 пресса 13 до тех

0 пор, пока давление в системе не восстановится до заданного. По перемещению поршня, контролируемого счетчиком обьема, определяют обьем образца. Затем по команде компьютера закрывается вентиль 17

5 и открывается вентиль 18, сообщая пресс 13 с уплотненным образцом 2. Давление в системе уменьшается, и вновь включается двигатель 11, перемещая поршень 6 пресса 13 до восстановления заданного давления.

0 В этом случае перемещение поршня 6 про- порционально объему пор образца 2 горной породы. По результатам испытаний с помощью микрокомпьютера вычисляют пористость образца 2. Затем открывают вентили

5 19 и 22 и пропускают через образец 2 газ, измеряя его расход и -перепад давления на образец 2. По данным измерения определяют газопроницаемость образца 2,

После выполнения описанного выше цикла измерения по команде микрокомпьютера закрывается вентиль 19 и включается электродвигатель 10 в обратном направлении. При этом толкатель 4 под действием пружины 26 переместится в исходное положение, а держатель поддействием пружины 27 и кольца 28 опустится в гнездо обоймы 7.

Далее включается шаговый двигатель 12, который переместит обойму 7 на ход, необходимый для установки следующего держателя с образцом против неподвижного поршня 6 и толкателя 4, и испытания нового образца проводятся аналогично.

Обойма 7 выполнена в виде диска либо в виде бесконечной ленты с любым числом образцов.

Изобретение может быть использовано в лабораториях, занимающихся исследованиями образцов горных пород и других пористых тел.

0

5

Формула изобретения

Автоматическая установка для испытаний образцов горних пород, /юр.Ччйщг.ч держатель образца с помещенным в него уплотнителем в виде резинового стакана с отверстием в дне, закрепленного по краям в держателе, обойму с гнездами и механизм подачи образца, содержащий поршень, толкатель и цилиндр, снабженный уплотнениями, а также механизм поворота обоймы и управляющий этим механизмом микрокомпьютер, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности работы с рыхлыми образцами, держатель установлен в гнезде обоймы, а механизм подачи образца снабжен электродвигателем, соединенным с подпружиненным толкателем ходовым винтом переменного шага.

11

1JHIK )

12

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в лабораториях, занимающихся испытанием пористых тел, в нефтегазовой, геологиче- ской и других отраслях промышленности. Установка обеспечивает автоматическое определение пористости и проницаемости образцов горных пород. Устанавливают держатель образца с уплотнителем в виде стакана с отверстием в дне о гнездо обоймы, с одной стороны которой расположен неподвижный поршень, а с другой - полый шток. Он смонтирован в цилиндре, к которому подсоединена система отвода газа, Система подвода газа подсоединена к отверстиям, выполненным в неподвижном поршне. После определения пористости и проницаемости образца обойму по команде микрокомпьютера поворачивают с помощью шагового двигателя на угол, необходимый для установки следующего гнезда обоймы с держателем и образцом против неподвижного поршня, и измерение повторяют. 1 ил.