Универсальная установка для испытаний образцов горных пород Советский патент 1993 года по МПК G01N15/08 

Изобретение относится к технике определения физических свойств горных пород.

Целью изобретения является обеспечение возможности определения пористости, сжимаемости и проницаемости образцов различных размеров.

На чертеже представлена принципиальная схема установки (без термостата).

Установка состоит из держателя 1, в который ввернута крышка 2 с валиком 3, уплотненным резиновым кольцом 4. Нижний конец валика имеет резьбовую часть, на которую навернут верхний поршень 5, имеющий паз для направляющей шпонки 6.

Образец горной породы 7 помещен в уплотнитель - резиновый стакан 8, утолщенные края которого закреплены на нижнем поршне 9, обеспечивая герметичность полости образца и нижней части камеры держателя. На нижнем поршне 9 установлено резино- вое кольцо 10, препятствующее прорыву давления под поршнем в боковой канал.

Система фильтрации жидкости (газа) содержит вентили 11, 12 и 13 и преобразователь давления 14. Вентили присоединены к измерительному прессу 15 с приводом 16, снабженному счетчиком объема (перемещения поршня пресса 15). Питание системы

00

о

GJ 00

QD

сжатым газом осуществляется с помощью вентиля 12.

Система подвода горного давления содержит вентиль 17, служащий для заполнения камеры держателя 1 жидкостью и пресс 18, служащий для создания и поддержания горного давления.

. Система вакуумирования и отвода жидкости и газа содержит вентили 19 и 20, служащие для подсоединения камеры держателя к вакуум-насосу и вентиль 21, служащий для присоединения системы к прессу двойного действия 22. Для контроля перепада давления на образце служит диф- манометр 23.

Установка работает следующим образом,

После установки образца 7 и герметизации его с помощью уплотнителя 8 на поршне 9, в цилиндрический корпус держателя 1 ввертывают крышку 2 с валиком 3 и порш- нем 5, находящимся в крайнем верхнем положении, чтобы между верхним поршнем и торцем уплотнителя 8 был некоторый зазор, обеспечивающий сообщение кольцевой камеры держателя 1 с полостью образца 7. В этом положении камеру держателя с образ-, цом вакуумируют при открытых вентилях 19 и 20 и закрытых вентилях 11, 17 и 21.

После окончания вакуумирования вентиль 19 закрывают.

Определение пористости, сжимаемости и проницаемости в условиях, близких к атмосферным.

а) Для определения объема скелета VCK открывают вентиль 12, закрывают вентиль 13чи заполняют полость пресса 15 сжатым газом под давлением, контролируемым по преобразователю давления 14. Затем закрывают вентиль 12 и открывают вентиль 11; сообщая полость пресса с камерой образца. После чего компенсируют падение давления перемещением поршня пресса 15. При достижении ранее заданного давления по счетчику объема определяют объем скелета образца с учетом известных объе- мов камеры держателя и отверстий в его корпусе,

Затем поворотом валика 3 прижимают поршень 5 к торцу уплотнителя 8, разделяя тем самым камеру держателя на две части: кольцевую и часть, в которой находится образец 7.

Далее описанным способом вакуумиру- ют полость образца и открыв вентиль 11 сообщают ее. с давлением сжатого газа в полости пресса 15. Компенсируя падение давления прессом 15, определяют объем порогового пространства образца Упор и

находят коэффициент пористости по формуле % .

m Vnop/(VCK + Vnop)

б) Для изучения зависимости пористо- сти от горного давления открывают вентиль 17 и прессом 18 поднимают давление в кольцевом пространстве и нижней части камеры держателя. Компенсируя прессом 15 повышение давления сжатого, газа в полости пресса по показаниям счетчика объема строят зависимость изменения пористости от горного давления, а также определяют сжимаемость образца.

в) Определение газопроницаемости осуществляется путем открытия вентиля 12, 19 и 20 и пропускания газа через образец в атмосферу. Для измерения расхода газа и

перепада давления на образце используют дифманометр 23 и газовый счетчик, установленный после вентиля 20 (на рисунке не показан),

С помощью универсальной установки

можно также изучать зависимость проницаемости и сжимаемости образца от горного давления,температуре и пластового давле- : ния при фильтрации через образец жидкости. В этом случае измерительный пресс 15

заполняют рабочей жидкостью и помещают держатель 1 в термостат. Создавая прессом 18 различные значения горного давления и компенсируя повышение давления жидкости, контролируемое по преобразователю

14, перемещением поршня пресса.15,,опре- деляют объем вытесненной жидкости и коэффициент сжимаемости образца. Начальное поровое давление при этом создается прессом 18 при поднятом поршне 5.

Затем прижав поршень 5 к.торцу уплотнителя 8, разделяют камеру держателя на две части и повышают горное давление в кольцевой части, обеспечивая прессом 15 постоянство порового давления.

Для изучения зависимости проницаемости от горного давления открывают вентили 13, 19 и 21 и с помощью пресса двойного действия 22 пропускают жидкость через образец, контролируя при этом перепад дав0 ления на образце по показаниям дифманометра 23.

Предлагаемая универсальная установка позволяет проводить и другие виды испытаний образцов торных пород, напри-

5 мер, определять сжимаемость без насыще- ния образца жидкостью по изменению давления газа в полости измерительного пресса 15..

Возможность проведения на установке большинства основных видов испытаний

образцов значительно расширяет область ее применения.

Изобретение может быть использовано в лабораториях институтов и промыслов, занимающихся испытанием кернов, а также в лабораториях других отраслей промышленности, занимающихся испытанием пористых сред.

Формула изобретения ,;, Универсальная установка для испытаний образцов горных пород, содержащая герметичный держатель образца, вставленные в него верхний поршень с центральным отверстием, полый шток и резиновый стакан с отверстием в дне, системы подвода и измерения давления, первый измерительный пресс, систему отвода жидкости (газа) и вакуумирования, подсоединенные к держателю, отличающаяся тем, что, с

целью обеспечения определения пористости, проницаемости и сжимаемости образца горной породы при разных значениях пластового и гидростатического давлений,

держатель выполнен в виде корпуса с герметичной крышкой, в которой установлен уплотненный валик с нижней резьбовой частью, ввернутой в верхний поршень, а полый шток выполнен в виде плавающего

поршня с боковым отверстием между уплот- нительными кольцами, на верхнем торце ко- торого закреплены края резинового стакана, причем системы подвода и измерения давления подсоединены к отверстиям.

выполненным в корпусе держателя между крышкой и верхним поршнем и между верхним и плавающим поршнями и снабжены прессом двойного действия и вторым измерительным прессом.

Область применения: техника опреде- ле ния физических свойств горных пород. Сущность; держатель образца выполнен в виде баллона с крышкой, в которой установлен уплотненный валик с резьбовой частью, ввернутой в верхний подвижной поршень, снабженный направляющей шпонкой и каналом для сообщения камер держателя над и под поршнем. Обпазец установлен на торце нижнего поршня, на котором закреплен резиновый уплотнитель, имеющий форму стакана с отверстием в дне и утолщением на краях. Нижний плавающий поршень имеет канал с боковым выходом, расположенным между уплотнением поршня и утолщенным краем стакана. На торце верхнего поршня имеется седло, которое при прижатии поршня к дну стакана разделяет камеру держателя на две части, в одной из которых находится образец, а к другой подсоединена система подвода горного давления. Система фильтрации подсоединена с помощью трубопроводов и вентилей к отверстию в держателе над верхним поршнем и к отверстию в держателе, расположенном против бокового канала нижнего поршня,Установка снабжена двумя измерительными прессами для создания пластового и горного давлений и прессом двойного действия, служащим для прокачки жидкости (газа) через образец. 1 ил. fe