Способ измерения перемещений стенок скважины

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИН 19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУОСУДАРСТВЕННЦЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71) Институт горного дела СО АН СССР(56) 1. Авторское свидетельство СССР 9 570767, кл. С 01 В 7/18, 1974.2. Авторское свидетельство СССР 9 368402, кл, Е 21 С 39/00, 1970. (54)(57) 1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИИ СТЕНОК СКВАЖИН, включающий измерения изменения диаметра измерительной скважины до и после окончания бурения возмущающей скважины с помощью деформометра, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений за счет определения температурных поп 41) Е 21 С 39/00, Е 21 В 47/О равок, дополнительно измеряют температуры стенки измерительной скважины и деформометра в процессе бурения возмущающей скважины, определяют температурную погрешность показаний деформометра и изменения диаметра измерительной скважины под действием температуры, а перемещение стенок скважины определяют как разность значений полученных до, во время и после воздействия возмущающей скважины на измерительнуюз2. Способ по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что изменение диаметра измерительной скважины под действием температуры определяют при подаче в возмущающую скважину промывочной жидкости с температурой, отличной от температуры горных пород.юспособ измерения перемещений стенок скважин, включающий измерения изменения диаметра измерительной скважины до и после окончания бурения возмущающей скважины с помощью дефор. - мометра 2 .Однако при использовании метода параллельных (измерительной и возмущающей) скважины при бурении последней находящаяся в ней промывочная жидкость навязывает исследуемой части массива горных пород свою температуру, которая, как правило, отлична от температуры массивао бурения, т.е. изменяется температура измерительной скважины (объекта измерения) и деформометра с тензореэисторами (средства измерения). В первом случае под действием изменения температуры исследуемого участка массива. изменяется диаметр скважины, он увеличивается, если температура жидкости меньше температуры массива и уменьшается в обратном случае.Таким образом, наряду с измерением перемещения стенки скважиныот возмущающего водействия происходит изменение ее диаметра от изменения температуры. Зта погрешность достаточно велика и может в несколько раэ превышать полезный сигнал. Кроме того, деформометр с тензореэисторами также подвергается тепловому воздействию, так как точно скомпенсировать кажущееся перемещение от температуры невозможно как электрическим, так и механическим путем. Например, проволока тензочувствительного элемента. тенэорезистора, нагреваясь, расширяется, что влечет за собой изменение сопротивления тензорезистора без изменения диаметра скважины. Далее, элементы конструкции деформометра также под действием температуры изменяют свои размеры, что также предопределяет изменение показаний тензорезисторов (это определено при неизменном диаметре скважины в лабораторных условиях). Прн этом происходит изменение покаэаний тензорезисторов от изменения температуры деформометра. Зту ошибку также регистрируют вместе с полезным сигналом, что еще больше увеличивает погрешность измерений. 3 1155753 гИзобретение относится к горномуделу и предназначено для измеренияперемещений стенок скважин, пробуренных в горных породах. По полученным значениям перемещений затем 5вычисляют действующие в массиве напряжения.Известен способ измерения деформаций в условиях нестационарных температур, включающий закрепление 0на контролируемой поверхности тензорезистора и термочувствительногоэлемента, измерение деформации иформирование температурной поправкииз первой производной сигнала термочувствительного элемента с учетом его термической постоянной итемпературного коэффициента линейного расширения материала исследуемой поверхности Щ . 20Этот способ применим при исследовании напряженного состояния конструкций в условиях стационарных или квазистационарных температур.25Однако он имеет следующие недос-.татки.Когда при измерениях в условияхподземных горных выработок проходятизмерительную скважину, устанавливают в нее деформометр, затем парал- ЗОлельно ей проходят возмущающую скважину, регистрируя ее воздействиена измерительную, то из-за влияниятемпературы промывочной жидкости,при наличии которой производят бурение и температура которой, какправило, не равна температуре.вмещаацих пород, в результате измерения вносится значительная температурная погрешность. При этом при 40контроле перемещения стенок скважинынеобходимо в это же время (т.е. вовремя действия возмущающей скважинына измерительную) контролироватькак температурное изменение поверхности стенок скважины, так и температурное изменение деформометра.Таким образам, использование данного способа нри измерениях в массиве горных пород вносит в получае Омьй результат существенную температурную погрешность, обусловленнуютепловым воздействием промывочнойжидкости, возникающим и возмущающейи распространяющимся к измерительной скважине в течение бурения,Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсяЦелью изобретения является повышение точности измерений эа счет определения температурных поправок,Поставленная цель достигается тем, что согласно, способу измерения 5 перемещений стенок скважин, включающему измерение изменения диаметра измерительной скважины до и после окончания бурения возмущающей скважины с помощью деформометра, допол- О нительно измеряют температуры стенки измерительной скважины и деформометра в процессе бурения возмущающей скважины, определяют температурную погрешность показаний дефор мометра и изменения диаметров измерительной скважины под действием температуры, а перемещение стенок скважины определяют как разность значений, полученных до, во время Ю и после воздействия возмущающей скважины на измерительную.Кроме того, изменение диаметра измерительной скважины под действием температуры определяют при пода че в возмущающую скважину промывочной жидкости с температурой, отличной от температуры горных пород.Способ реализуется следующим образом, 30В массиве горных пород пробур- вают измерительную скважину диаметром 46 мм и длиной 15 м. На глубине 0,5 м от устья в скважину устанавливают деформометр. Затем на расстоянии 120 мм в любую сторону от оси измерительной начинают пробуривание параллельной возмущающей скважины диаметром 93 мм. На начальном участке бурения влияние возмущающей 40 скважины на измерительную настолько мало, что его невозможно зарегистрировать. Однако по мере проходки возмущающей скважины далее вглубь массива и приближению к плоскости 15 измерения ее влияние начинает сказываться, что и фиксируют тензорезисторы, сигналы с которых поступают на регистрирующий прибор. Далее по мере продолжения бурения проходят эону наибольшего влияния возмущающей скважины на измерительную, что также фиксируют тенэорезисторы. После этого при дальнейшем продолжении бурения влияние возмущающей скважи , ны уменьшается. Таким образом, определяют изменение перемещения стенок измеритель 5753 4ной скважины от минимального до максимального ее значения во время действия возмущающей.Одновременно с определением перемещения контролируют изменение температуры деформометра и стенки измерительной скважины также во время действия возмущающей. Затем определяют температурную погрешность показаний деформометра по полученным в лабораторных условиях значениям перемещений при изменении температуры на С. Последние получают следующим образом.Предварительно в лабораторных условиях деформометр с тензорезисторами и термодатчиком, размещенным в его (деформометра) теле, устанавливают в трубу из инвара, имеющую такой же диаметр, как и скважина (46 мм) и помещают в термостат. Затем, нагревая устройство, снимают показания тензорезисторов, получая при этом график изменения показаний тензорезисторов данного деформометра от температуры при неизменном диаметре трубы и называя эти графики кажущимися изменениями диаметра (перемещения стенок) трубы (скважины). Нрн этом температурную погрешность показаний деформометра, полученныхв массиве горных пород, вызванную разницей температур при воздействии возмущающей скважины на измерительную, определяют где 6 дср - температурная погрешность показаний деформометра,.е.= в-- кажущееся перемещение кон"л р,е ртура скважины при изменении температуры на 3 С;,АТ - изменение температурыдеформометра во времядействия возмущающейскважиныл 1 дуф- изменение контролируемойвеличины, которое соответствует кажущемуся пере-мещению, регистрируемомудеформометром,АТЬ - приращение температуры,при котором происходитизменение показаний контролируемой величины.Затем определяют температурныеизменения диаметра измерительной.редактор Л. Авраменко Заказ 3068/ЗО Тираж 482 ВНИИПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 133035, Москва, Ж"35, Раушская.наб., д. 4 ИПодписное Филиал БПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 скважинытакже при действии возмущающей скважины, е,где и = -- -"- - температурное из-б "скв.менение диаметраскважины на 1 фС;а 1, - перемещение стенкискважины после искусственного изменения температурыпород в околоскважинном пространстве,гТсв- искусственное приращение температуры, при которомпроисходит изменение величины Ь 8 с,кь. Перемещения стенки скважины от температуры определяют следующим образом.В пробуренной измерительной скважине снимают показания деформометра 16, и показания термодатчика Тв. Затем в пробуренную возмущающую подают промывочную жидкость с температурой, не равной температуре массива горных пород и фиксируют изменившиеся значения 1,и Тв . После этоГо получают Таким образом, оценивают погрешность от влияния температуры промывочной жидкости на размер измерительной скважины, так как ее темпе ратура отлична от температуры массива горных пород, где проводятсяизмерения. Окончательный результатизмерения перемещения контура скважины определяют по формуле 1 ОЪ ИЗБ СКО АЕРгде 8 - истинное значение перемещения контура измерительной скважины от действия 15 возмущающей,ц - получены в результате измерений показания.Использование данного изобретения позволяет повысить точность измерений. Высокая точность измерениянеобходима для верного определениярезерва прочности горных выработокна стадии эксплуатация месторождений, что существенно повышает безопасность ведения горных работ, Кроме того, проведение подобных исследований на стадии разведки и проектирования необходимо для правильноговыбора преимущественной ориентации О горных выработокв пространствешахтного поля, что наряду с повышением уровня техники безопасностиснижает затраты на проведение ивосстановление горных выработок.