1
Изобретение относится к нефтяной и горной промьшшенности, в частност для лабораторного определения проницаемости в условиях неравномерного трехосного сжатия образца породы кубической формы.
Для решения этой задачи, а также с целью выявления преимущественного направления фильтрации с помощь1д исследований на ориентированных относи-. тельно направления Север-Юг образцах горных пород необходимо изучать проницаемость в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Проницаемость породы в какой-либо ее точке является ,j тенз орной в еличиной, т.е. з ависящей от направления нормали к площадке ильтрации и геометрически выражающейся эллипсоидом проницаемости. Как тензор напряжений, тензор проница- jb емости характеризуется инвариантами, функционально зависимыми от инвариантов тензора напряжений. Нахождение тензора проницаемости, его инвариантов и их взаимосвязи с инвариантами тензора напряжений при известной про- :странственной ориентиройке испытуемого образца породы позволяет более зффективно проводить поиски скоплений углеводородов и их разработку.
ИзвестнЬ .устройство для определения свойств грунтов при трехосном нагружении t1.
Недостатком устройства является то, что испытания грунтов производят в эластичном чехле цилиндрической формы и грунт фактически подвергается двухмерному сжатию (осевому и всестороннему равномерному боковому), а фильтрация осуществляется вдоль одного направления перпендикулярно торцу к,олонки грунта. .
Известно также устройство для определения проницаемости пористых тел, например древесностружечных масс, содержащее канал-матрицу, верхний и нижний пуансоны с каналами для прохождения рабочей среды и торцовые перфорированные насадки, в котором торцовые насадки снабжены двумя рабочими поверхностями с выступами, одна из коTopjox имее выступ по всему периметРУ а другая - с двумя параллельными выступами 2. Однако на боковую поверхность этого устройства по периметру пористой среды действует равномерная реакция канала-матрицы и пористая среда испытывает не трехосное, а двухмерное сжатие - осевое и равномерное боковое, что позволяет реализовать измере ния проницаемости только в двух взаимно-перпендикулярных направлениях. ,Цель изобретения - измерение проницаемости в трех взаимно перпендикулярных направлениях в условиях неравномерного трехосного нагружения и повышение производительности измерений. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для определения проницаемости горных пород, содержащем корпус с матрицей для образца, пуангсоны и систему каналов для подвода и отвода рабочего агента к матрице, соединенных с источниками давления, мат рица помещена в герметичную камеру с затвором, соединенную с источником давления, и выполнена в виде эластичной пространственной крестовин с вза имно перпендикулярными концами с помещенными в их полости пуансонами, три из которых закреплены к корпусу, а другие три подвижны,, причем один .из подвижных пуанЬонов проходит через затвор камеры. . На чертеже изображено предлагаемое устройство. Устройство содержит эластичную мат рицу 1 в виде пространственной кресто вины с взаимно перпендикулярными концами, в которой размещается испытуемы образец 2 кубической формы, неподвижный цилиндрический корпус 3, в котором по боковой поверхности размещены две пары подвижных 4 и неподвижных 5 пуансонов для создания горного давления на образец по двум ( взаимно перпендикулярным направлениям с каналами 6 и 7, а в дне корпуса 3 с каналом 8 размещен неподвижный пуансон 9 с толкателем 10, каналом 11 и рукояткой 12, затвор 13 с каналом 14, подви ным пуансоном 15 и каналом 16,.жестко соединенным с поршнем 17 цилиндра низкого давления с каналами 19 и 20, траверсы 21 и 22, жестко связанные Враму четырьмя штангами 23, два коль ца 24, защемляющих бурт матрицы 1, предназначенных для качественного ввода пуансона 15 в матрицу, две направляюих 25, два упорных полуцилиндра 26, запирающих затвор 13.. . Основания BCQX шести пуансонов пары 2, пары 5, 9 и 15 выполнены квадратного сечения с диагональю квадрата, несколько меньшей диаметра пуансонов, и, площадью,, несколько меньщей площади грани кубического образца породы. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии перед зарядкой испытуемым образцом 2 полуцилиндры 26 извлечены между затвором 13 и верхней траверсой 21, а сам затвор открыт и каходится в крайнем верхнем положении, НТО достигается подачей давления жидкости по каналу 20 в цилиндр 18 низкого давления на порщень 17, жестко связанный с затвором 13. Толкатель 10 с помощью рукоятки 12 опущен вниз до упора. Затем образец 2 помещают в матрицу 1 на основание пуансона 9 и слегка поджимают двумя подвижными боковыми пуансонами 4, имеющими незначительную степень продольного перемещения. После зтого затвор 13 с пуансо-, ном 15 с помощью порщня 17 опускают цо направляющим 25 до упора под действием давления жидкости, подаваемой по каналу 19. Запирание затвора осуществляют двумя полуцилиндрами 26. Подвижным пуансоном 15 образец 2 слегка поджимают к основанию неподвижного пуансона 9, причем качественный ввод пуансона 15 в матрицу 1 обеспечивает направляющее приспособление, состоящее из двух стальных колец 24. Начальное всестороннее сжатие кубического образца с учетом противодавления в камере корпу :а 3, распределяемого на разность площадей круглого и квадратного сечений пуансонов , уплотнение ребер кубического образца и шести пуансонов, имеющих по две кольцевые канавки, осуществляют рабочим агентом, подаваемым под давлением до 20 ати в камеру корпуса 3 по каналу 8. Выпуск воздуху нз камеры при ее заполнении рабочим агентом производят по каналу 14, после запирания которого в ней начинает повышаться давление, достигаемое 15-20 кг/см Этого давления достаточно для уплотиения пуансонов ,и поверхности породы образца вдоль ребер куба. Создавая самь1е различные соотношения трехосного иагружения по трем вза имно перпендикулярным осям с помощью пуансоном 4 и 15 и попеременно измеря проницаемость вдоль каждого из трех направлений, подавая фильтрат по каналам (6и7) при запирании двух остальных, определяют функционал ную связь инвариантов тензоров напряжений и проницаемости и выявляют условия, при которых осуществляется пре имущественная фильтрация в искомом направлении. Указанные измерения помогают восстановить кЬикретную ситуацию в изучаемых пластах по измерениям проницаемости на ориентированных относительно направления Север-Юг кубических о разцах и определить критические ситу ации трехосного нагружения, при которых начинается образование тре1цин в породе. После проведения серии испытаний j: образцом его извлечение связало с созданием исходного состояния устройства перед его зарядкой следующим образом.. Для этого перекрывают каналы,. по которым осуществляется фильтрация, сбрасываются давления до исходной начальной величины, передающие на пу ансоны 4 и 15 составляющие горного давления. Затем открывают канал 14 затвора 13 и канал 8, сливают, жидкость из камеры корпуса 3 и сбрасывают начальное давление, передаваемо на подвижные пуансоны 4 и 15. Подают давление жидкости по каналу 20 Цилиндра 18 низкого давления, поднимают затвор 13 по направляющим 25 в крайнее верхнее положение, предварительно извлекая полуцилиндры 26. Руко яткой 12 с помощью толкателя 10 извлекают испытанный образец 2 породы из матриЩ) 1, подготавливая устройство к испытанию следукнцего образца, после чего цикл работы повторяется.. . Предлагаемое устройство позволяет изучать взаимосвязь сложного, напряженного состояния с распределением проницаемо.сти по трем взаимно, перпен дикулярным направлениям и выявлят х преимущественные направления фильтра ции в определенных условиях внешних нагрузок на ор иентированньй в прост- ранстве образец породы, а также решать и обратную задачу о виде напряженного состояния по .данным измерений проницаемости на кубических образцах в условиях, близких к атмосферным. Кроме того, устройство позволяет изучать поведение проницаемости в критических ситуациях сложного напряженного состояния в моменты, предг шествующие образованию трещин, и в моменты их интенсивного образования, повысить производительность измерений проницаемости, действующих напряжений и возникающих деформаций в породе. Использование предлагаемого устройства позволяет вьетвить преимущественные направления фильтрации в пластах. что облегчает поиск ловушек углеводородов и даетощутимый экономический эффект. Формула изобретения Устройство для определения проницаемости горных пород, содержащее корпус с матрицей для образца, пуансоны и систему каналов для подвода и отвода рабочего агента к матрице,соединенных с источниками давления, о т л и ч а.ю щ е е с я тем, что,, целью определения проницаемости в трех взаимноперпендикулярных направлениях в условиях неравномерного трехосного нагружения, матрица помещена в герметичную камеру с затвором, соединенную с источником давления, и вьшолнена в виде эластичной пространственной крестовины с взаимно перпенДикуляриыми концами с помещенными в их полости пуацсонам три из которых закреплены к корпусу, а другие три подвижиы, причем один из подвижных -пуансонов проходит через затдор камеры. Источиики информащ1и, ринятые во внимание при экспертизе 1; Бишоп, Ален У. и Хенкельд Дж. пределение свойств грунтов.в трехсных испытаниях. М., Госстройиздат,, 1961., с. 50-62. 2. Авторское свидетельство СССР 57.8597, кл. G 01 N 15/08, 1976 (прототип).
21 -I
