Стенд для испытания глинистых пород при сложном напряженном состоянии Советский патент 1982 года по МПК G01N3/08 

(54) СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ГЛИНИСТЫХ ПОРОД ПРИ СЛОЖНОМ НАПРЯЖЕННОМ СОСТОЯНИИ

1

Изобретение относится к исспедовйншо химических и физических свойств веществ, в частноста к исследованию глинистых грунтов в гидротермальных условиях сквпжины..

Известен прибор для исследования свойств rpvHTa в условиях трехосного сжатия, содержащий опорную плиту с закрепленной на ней камерой, нагрузочное приспособление, вьшолиекное в виде замкнутой гидросистемы с параллельно расположенными камерами давления на одном из ее концов и силовыми цилиндрами на другом ее конце, на нагружающей платформе и измерительное приспособление 1 .

Однако этот прибор не позволяет измерять истиную прочность горной породы, находящейся на стенке горной выработки в гидротер 1альных условиях, так как не имитирует условия скважины и условия нагружения образца, находящезпося на стенке горной выработки.

Наиболее близким к изобретению является ст«1д для вспытания глинистых пород при сложном напряженном состоянии, содержащий раму, спаркую плиту с закрепленной на ней обоймой, нагрузочное приспособление, выполненное с подвижными вкладьпиами, расположенными в направляющих обоймы по трем взаимно- перпендикулярным осям, и измерительные приспособления f2 ,

Известное устройство также не поэволяет измерять истиную прочность горной породы, находящейся на стенке горной . выработки в гидротермальных условиях, а следовательно не обеспечивает с достаточной достоверюстью прогнозирования устойчивости стенки горной выработки и приводит к необоснованным проектным рещениям.

Устройство не имитирует условия скважшпз и условия нагружения образца, находящегося на стенке гбрной вьфаботки при взаимодействии с буровым раствором. Цель изобретения - определение иэ- менений физико-механических и физтгшкимических свойств глтшстых пород в гидротермальных условиях скважины. Поставленная цель достигается тем, что стенд для испытания глинистых пород при сложном напряженном состоянии содержащий раму, опорную плиту с за крепленнойна ней обоймой, нагрузочное приспособление, вьшолненное с подвижны ми вкладышами, рйсположенньп Л 1 в на- правляющих обоймы по трем взаимно пёрпендикулярмым осям, и измерительны приспособления, снабжен размещенным на обойме нагревательным элементом, вкладьшш одной соосной пары снабжены пуансоном с независимым источником давления, а вкладьшги другой пары фильтрующим элеметггом и выполнены с каналами. фиг. 1 показан стенд, вид в плане; на фиг, 2 - разрез А-А на фиг. 1. Стенд для испытания, глиннсты с пород при сложном напряженном состоянии содержит раму 1. опорную плиту 2 с закрепленной на ней обоймой 3, измерительный элемент 4 и нагрузочное приспособление 5, вьшолненное с подвижными парами вкладышей 6-8, расположенными в направляющих обоймы по тре взаимно пертеядакулярным осям. Одна из соосных пар вкладышей 6 снабжена пуансоном 9, связанным.с нeзaвиcимьnv источником давления. пара вкладЬ1шей 7, расположенная в одной плоскости с первой, выполнена с каналами 10 и снабжена фильтрующим элементом 11. Нагрузочное приспособление 5 выполнено в виде пневмодомкратов 12 и 13, соединенных попарно с источником давления и гидродомкратом 14. На обой ме 3 установлен нагревательный элемен 15. Стенд снабжен фиксаторами нагрузки 16 и деформашш 17. Стенд следукшшм образом. Возможны два режима работы: стенд может быть использован дает формирования ббразцов глинистой породы и оценки физико-механических и физико-химически свойств их и природных кернов при взаи модействии с буровым раствором в гкцр термальных условиях скважины. В обойму 3, сняв одан из вкладьшей 6, помещают увлажне1шую глинистую по роду или керт. Устанав.чивают вкладыш6 с пуансоном и создакуг одинаковую нагрузку по ъс&л трем осям с создание необходимого температурного режима с .выдержкой времени до прекращения деформащш по всем трем осям, контролируемой индикаторами 4 часового типа имитируя тем самым зсповия напряженного состояиия глинистой породы в горном массиве. Когда наступает равновесие, т.е. деформаш1я уже не происходит, нагрузку по всем трем осям фиксируют фиксаторами 16 и 17. При формировании образца из увлажненной глинистой породы отжатый флюид стекает по каналам 10, отразуя слоистую ненарушенную структуру. приближая физико-механические и физикохимические свойства образца к природным. Для изучения изменения свойств глинистой породы на стенке скважины через каналы 10 одного из вкладышей 7 поиаюг буровой раствор, созцавая прогй- . водавление на образец и фильтрацию жвпкости через образец, причем на ооном из вкяадьпией 7 давление должно быть на 20-30 кг/см меньше, чем на противоположном вкладьш1е 7 (со стороны подаваемого раствора). Затем с вкладыша 7с большим давлением нагрузку снимают до гидростатического давления, т.е. получают гищютермальные условия скважшпл. При взаимодействии с буровым тствором происходят изменения физисо-механических и физико-химических свойств глинистой породы, которые количественно выражаются величиной деформации образца, контролируемой перемещением вкладыша 7 - индикатором 4 часовотю типа. При наступлении влажностного равновесия в глинистой породе, фиксируемой отсутствием деформации, определяют механическую прочность увлажненной глинистой породы путем вдавливания пуансона 9 до полного разрушения образца, т,.е, в гидротермальных скважины. Таким же образом можно определить механическую прочность на любой стадии взаимодействия с буровым раствором. После этого снимают гидростатическое давление и нагрузку по осям, извлекают глинистую породу и определяют изменение .фиаико-химичеоких свойств, которые произошли в гвдроте ялальных условиях скважины. Предлагаемый ставд позволяет имитировать условия напряженного состояния глинистьос пород в горном массиве и на стенке скважины за счет вьшолнения нагружающего устройства в виде пневмодомкратов с фгассаторами нагрузки и деформации, также позволяет создавать длительную постоянную нагрузку по различным осям при возможности изменсяия радиальной нагрузки путем регулировани давления в соответствующем силовом гшлинхо е В|ртолнение каналов во вкладышах и фильтрующего элемента, а Также наличие нагревательного элемента позволяет имитировать гищютермальные условия взаимодействия глинистой породы с буровым раствором. Предлагаемый стенд позволяет изучить кинетику изменения физико-механических и физико-химических свойств глсшшстых пород при взаимодействий с буровым раствором в гидротермальных условиях скважины, что позволяет определить оптимальную плотность и химический состав| фильтрационные и реологические свойства раст ра, позволяюпгае найти оптимальные проектные решения обеспечивакшше безаварийное бурение нефтяных и газовых скважин с максимальной скоростью при минимальных материал| ных затратах и минимальной стоимости метра проходки. Формула изобретейия

Стенд для испытаиия глииистых пород при сложном напряженном состоянии.

содержащий раму, опорную плиту с за.крсплеаиой на ней обоймой, иагрузочиое приспособление, выполненное с подвижным вкладьопами, расположешшми в иапра ляюошх обоймы по трем взаимно neineftдикул1фиым осям и измерительные прв спосх)блеяия, отличающийся тем, что, с целью определения ЛзмеяеаяЛ физиконлехаиических и фиаико-шмичеоких свойств глинистых шфод в гящхугер мальных условиях скважины, стенд сиаб жен раэмещениым на обойме нагревательным элементом, вкладьшш одной соосной .пары снабжазы пуансоном с неэаьийкмым : источником давлеэаия, а вкладыши другой пары - фил лгруюошм элемеитом к яыпопненол с каналами.

Ис

НИ НИ

принятые во внимание при экспертизе

Ф14г.1

f9