Прибор для испытания грунтов боковым давлением в буровых скважинах Советский патент 1945 года по МПК G01L7/00 G01B13/02 

Известные приборы для испытания грунтов боковЫдМ давлением в буровых скважинах имеют ряд недостатков и не позволяют правильно вести испытания грунтов. Так, приборы с мягким штампом (резиновым баллоном) не отражают работы грунта под жёстким фундаментом; приборы со штампами в виде разрезного жёсткого цилиндра деформируют грунт как закруглённые клинья (так как цилиндр разрезан на две части), и не дают определённой схемы распределения напряжений в грунте; в последнем случае разрезной цилиндр раздвигается домкратом с клиновым механизмом.

В предлагаемом приборе тоже применён разрезной цилиндрический штамп, раздвигаемый домкфатом при помощи клинового механизма. Основной отличительной особенностью предложенного прибора является то, что цилиндр штампа составлен из нескольких (более двух) секторов. Благодаря этой особенности давление на груит приближается к нор.мальному давлению по всей поверхности штампа и отмеченный выше недостаток известных приооров сводится к минимуму. В то же время штамп остаётся жёстким, благодаря чему исключаются недостатки мягкого штампа.

На чертеже фиг. 1 изображает примерную форму выполнения предложенного штампа в продольном (диаметральном) разрезе, фиг. 2-разрез по А-Б на фиг., 1, фиг. 3-разрез по ВТ, фиг. 4- разрез по Д-Е, фиг. 5-разрез по Ж 3, фиг. 6-разрез по Д-Е при раздвинутом положении цилиндра, фиг, 7-разрез по И-К, фиг. 8 показывает конструкцию стенок цилиндра с накладками в исходном и раздвинутом полол ении.

Прибор состоит в основном из шестнадцати ребристых секторов 9, образующих цилиндрический раздвижной жёсткий штамп. При радиальном раздвижеиии секторов в буровой сквалсине они производят давление на грунт по её стенкам. Раздвижка секторов в радиальном направлении производится, конусами 8 и 13, укреплёнными на цилиндре и поршне гидравлического домкрата 10. Конусы передают давление на секторы через ролики 14, помещённые на осях 15. Последние крепятся на рёбрах секторов При выдвижении поршня домкрата 10 (под давлением нагнетаемой жидкости) конусы будут двигаться вертикально между роликами на секторах и раздвигать секторы в стороны. Таким образом давление на грунт производится гидравлическим домкратом и может измеряться манометром, включённым в нагнетательную систему домкрата, на поверхности земли. Деформация сжатия грунта под давлением секторов будет равна радиальному перемещению последних. Это перемещение секторов связано с раздвижкой конусов домкрата и может быть замерено (для определения сжатия грунта) через посредство тяг, выведенных от конусов через скважину на поверхность земли и описанных ниже.

Секторы аппарата собираются в направляющей пластинке 6. Последняя представляет собой шайбу с радиальными прорезями, в которые входят рёбра секторов. Секторы удерживаются на пластинке от вертикальных смещений шпильками. Пластинка 6 приваривается к несущей трубе 1, выходящей по скважине на поверхность земли. Труба 1, на которой висит весь аппарат, закрепляется неподвижно. Относительно её замеряется смещение тяг от конусов. Таким образом пластинка 6 является тоже неподвижной.

Две тяги 11 от нижнего конуса посредством болтов 12, планок 4 и гаек 7 крепятся к трубке 3, выходящей на поверхность земли внутри несущей трубы 1. Для прохода планок 4 через трубу 1 в последней имеются прорези (над пластинкой 6). Верхний конус присоединён к тяге-трубке 5, которая служит также для нагнетания в домкрат жидкости.

Снаружи разрезной цилиндр обтянут резиновым чехлом 16. Внизу и вверху резиновый чехол скрепляется стяжными кольцами с дисками 17 и 2. Последний приваривается к несущей трубе 1. Резиновый чехол закрывает внутренний

механизм прибора от попадания земли, воды и т. п. и стягивает секторы штампа при отсутствии давления в домкрате.

На случай ослабления резинового чехла для стягивания секторов может быть предусмотрена постановка спиральных пружин, направленных по диаметру между противоположными секторами. Для зацепления пружин за роора секторов в них делаются отверстия внизу и вверху. При нормальной резине надобности в пружинах не будет.

Внешняя-несущая труба 1 является неподвижным репером, относительно которого замеряется передвижение конусов домкрата (через посредство труб 3, 5). Замер производится штангенциркулем между гайками на концах труб.

На фиг. 4-7 показаны секторы штампа, между которыми образуются щели при их раздвигании в процессе испытания грунта. Эти щели перекрываются резиновым чехлом. Не исключена возможность вдавливания чехла и грунта через щели внутрь аппарата. Для устранения этого предусматривается перекрывание щелей между секторами металлическими планками, как показано на фиг. 8.

При раздвижке секторов планки скользят по ним до упора шипов планок в концы пазов на секторах. Применение планок для перекрывания щелей секторов вносит некоторое торможение при раздвижке их. Это торможение вместе с другими видами трения и торможения в приборе (ролики, трение в домкрате, растяжение резины и пр.) выявляются суммарно при тарировке прибора.

Основные размеры прибора предположены следующие.

Высота цилиндрического штампа принята равной 100 см. Диаметр штампа при сдвинутых секторах его составляет 28 см (без резинового чехла). Испытания грунта данным прибором предположено проводить в буровых скважинах диаметром 30 см. В грунтах связных, сохраняющих стенки буровых скважин, испытания проводятся бег

обсадных труб. При применении обсадных труб, помещённых выше аппарата, внутренний диаметр их должен быть равен 30 см. При испытаниях грунта секторы могут раздвигаться радиально на 55 мм, доводя диаметр цилиндрического штампа до 40 см (включая и слой резинового чехла). Таким образом возможно максимальное сжатие грунта под секторами до 50 мм. Общее давление на грунт может быть доведено аппаратом до 60000 кг. Сжатие жидкости в гидравлическом домкрате аппарата при этом будет доходить до 230 атмосфер. Уклон конусов на домкрате равен V2 Вертикальное перемещение их относительно репера будет в два раза больще бокового перемещения секторов штампа. Смещение тяги верхнего конуса относительно тяги нижнего будет равно четырёхкратной величине среднего раздвижения секторов. Пользуясь тягами от конусов для замера сжатия грунта под секторами, получаем для средней величины сжатия четырёхкратное увеличение его на измерительной щкале. Это позволяет фиксировать деформацию грунта с достато- ной для практики точностью без применения специальных индикаторов. Передвижение каждого конуса относительно репера фиксируется отдельно. Это позволяет замерять величину сжатия грунта в отдельности вверху и внизу штампа, а следовательно, и в любом месте по высоте его. Разная деформация отдельных слоев грунта в пределах высоты штампа возможна в зависимости от геологического напластования разных типов грунтов. При тарировке прибора (см. ) смещение тяг конусов относительно репера (конец трубы 1) замеряется мессурами, которые прикрепляются к трубам 3 и 5 посредством зажимных скобок.

Для учёта всех сил, тормозящих раздвижку цилиндрического штампа (кроме сопротивления испытуемого грунта), производится тарировка прибора следующим образом:

1. Создаётся давление в домкрате, которое вызывает сжатие грунта вокруг цилиндрического штампа.

2 Это давление в домкрате поддерживается до затухания сжатия грунта.

3.Замечается (точно) показание мессуры, фиксирующей смещение элементов прибора (раздвижку тяг от конусов и секторов).

4.Дастся очень медленная утечка масла из домкрата через кран на насосе. При выходе масла давление в домкрате падать и секторы цилиндра под давлением грунта должны сходиться. Однако несмотря на падение дапления в домкрате, секторы начнут сходиться не сразу, а после того, как давление грунта преодолеет давление в домкрате и сопротивления в самом приборе.

5.Во время утечки масла из домкрата следят за падением давления по манометру и за положением стрелки мессуры. Малекщее передвижение стрелки мессуры покажет, что секторы прибора сдвинулись с первоначального положения. В этот именно момент замечается давление в манометре. Падение давления в манометре с начала утечки масла до момента преодоления вредных сопротивлений (т. е. до момента начала сдвижки секторов) и даёт удвоенную величину со всех вредных сопротивлений в приборе.

Для проверки производится тарировка в обратном направлении, т. е. при повышении давления, для чего прекращается утечка масла, замечается положение стрелок на мессуре и на манометре и производится очень медленное повышение давления путём медленной подкачки. Несмотря на повышение давления, секторы не будут расходиться до момента преодоления вредных сопротивлений в приборе. Этот момент определяется началом движения стрелки мессуры, а перемещенке стрелки манометра (к тому же моменту) покажет удвоенную величину давления; расходуемого на преодоление вредных сопротивлений в самом приборе.

Предмет изобретения

1.Прибор для испытания грунтов боковым давлением в буровых скважинах с применением разрезного цилиндрического штампа, раздвигаемого домкратом при помощи клинового механизма, отличающийся тем, что цилиндр штампа составлен из. нескольких (более двух) секторов, с целью приближения давления на грунт к нормальному давлению по всей поверхности щтампа.

2.Форма выполнения .прибора по п. 1, отличающаяся тем, что стыки между секторами штампа перекрыты накладными планками.

3.Форма выполнения прибора по п. п. 1 и 2, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что разрезной цилиндр обтянут эластичным чехлом.

4.Форма выполнения прибора по п, п. 1-3, отличающаяся тем, что секторы щтампа снабжены радиальными рёбрами, которые вставлены в прорезы пластинки 6, укреплённой на трубе 1 прибора.

5.Форма выполнения прибора по п. п. 1-4, отличающаяся применением расположенного внутри цилиндра гидравлического домкрата, порщень и цилиндр которого связаны с конусами 8 и 13, ,ими для раздвигания секторов.

ГП1РГ 1

л,, 7

Фиг. 2

Фиг. 3

Фиг. 4

Фиг. 5

Фиг. 7

Фиг. 6