Способ определения начального градиента фильтрации

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскнхСоциалистическихРеспублик п 1)750347(53) УДК 663.63. .067 (088.8) Опубликовано 23.07.80. Бюллетень Ьо 27Дата опубликования описания 28.07.80 по делам изобретений н открытий(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЧАЛЬНОГО ГРАДИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИИзобретение относится к технике фильт рационных измерений и может быть использовано при определении начального градиента фильтрации в горных породах и строительных материалах (глины, скальные породы, бетоны и т. д.).Известен способ определения начального градиента фильтрации проницаемых веществ методом расчета 1.Однако способ расчета трудоемок и не может заменить прямых инструментальных измерений.Известен адгезионный способ определения водопроницаемости связанных грунтов, по которому напорный градиент определяют как отношение отрывающей нагрузки, необходимой для равновесного отрыва штампа от образца к единице площади штампа и длине пути фильтрации 2.Измерения, проводимые на известных компрессионных приборах, по данному способу не обеспечивают требуемой точности.Наиболее близким к предлагаемому является способ лабораторного определения начального градиента фильтрации, по которому подают на образец напор жидкости, превышающий начальный градиент фильтрации, фильтруют жидкость через образец, регистрируют стабилизацию напора и количество профильтровавшейся жидкости 3 .Основными недостатками способа являются трудоемкость и длительность экспериментов при низкой точности вследствие необходимости количественного учета фильтрата. Ускорить же определение начального градиента путем совершенствования известных фильтрационных приборов невозможно, поскольку в качестве источника движения рабочей жидкости через образец в настоящее время используются разного рода насосы, вес столба жидкости, давление сжатого газа, а определение момента начала (окончания) фильтрации производится так или иначе путем количественного измерения достаточного объема профильтровавшейся жидкости. Для слабопроницаемых материалов с коэффициентом фильтрации (КФ) от 10 см/с и ниже определения занимают много времени и требуют особых мер предохранения профильтровавшейся жидкости от испарения. Расчеты показывают, что для получения реально измеримых количеств фильтрата (доли миллилитра) при градиентах напора, близких к начальному, в пористых материалах с КФ 10см/с требуются сои часов. В течение такого длительного воемени могут произойти изменения физико-химических свойств испытуемого образца, ч в свою очередь может привести к изменению его фильтрационных параметров.Цель изобретения - сокращение времени определения и повышение точности измерений начального градиента фильграции.Постав, ленная цель достигается тем что напор создают путем подачи импульса давления на жидкость в замкнутой емкости.В результате создания импульсного давления на жидкость в замкнутой емкости происходит резкое изменение давления жидкости при малых изменениях ее объема, что влечет за собой качественное изменение тех 55 нологических операций способа.Фильтрация рабочей жидкости через испытуемый образец, размещенный в замкнутой емкости (жесткой герметичной гидросистеме), осуществляется за счет расширения первоначально сжатой рабочей жид кости.Прекращение фильтрации регистрируется измерительным устройством по окончании уменьшения напора рабочей жидкости в замкнутой емкости (гидросистеме до образца), которое происходит за счет расхо 25 да некоторого объема этой жидкости на фильтрацию.Г 1 ри применении отмеченных технологических операций автоматически осуществляется плавное и быстрое снижение величи ны первоначального напора рабочей жидкости на испытуемый образец, при малых ее расходах на фильтрацию, вплоть до установления значения напора, соответствующего начальному градиенту фильтрации. Это приводит к положительному эффекту - сокращается время определения 1 о, а вследствие того, что для определения момента прекращения фильтрации отпадает необходимость измерения реально трудно учитываемых количеств фильтрата повышается и ео точность.Необходимые условия осуществления способа наряду с обычными требованиями для проведения фильтрационных испытаний (предварительное полное насыщение рабочей жидкостью испытуемого образца и ком мутаций, сохранение постоянного объема образца в процессе эксперимента и исключение пристенной фильтрации), включают в себя обязательное размещение испытуемого образца в замкнутой емкости жесткой гер 50 метичной гидросистемы создания напора, снабженной жестким измерительным устройством, а также стабильности температурных условий.На чертеже показано устройство, реализующее способ.55Устройство содержит замкнутую емкость 1, жесткую герметичную гидросистему создания напора, испытуемый образец 2, жесткую герметичную гидросистему 3 создания обжима образца, резиновую оболочку 4, жесткие арретирова нные фильтры 5, насос 6, вентиль /, жесткое измерительное устройство 8.Реализация данного способа может быть осуществлена в серийной установке для исследования проницаемости кеэнов УИПК - 1Подготовка испытуемого образца к исследованию не отличается от принятых для фильтрационных измерений и заключается в насыщении образца рабочей жидкостью известными способами (методом впитывания, насадения при помощи вакуума, а также путем принудительного движения жидкости через образец, Заполнение всех трубопроводов герметичной гидросистемы в установке УИПК м расположенных до и после образца рабочей жидкостью и осуществление обжима образца производится в соответствии с инструкцией для работы на этой установке.Необходимое давление обжима испытуемого образца через резиновую оболочку должно быть постоянным и соответствовать условиям, при которых не происходит изменение объема испытуемого образца в процессе эксперимента. Для исключения пристенной фильтрации это давление должно быть выше тех величин давлений, которые создаются в жесткой гидросистеме создания напора.Для осуществления способа после необходимой подготовки в жесткой герметичной гидросистеме 1 создания напора при помощи насоса 6 на насыщенный рабочей жидкостью образец 2 импульсно подают градиент напора, заведомо превышающий начальный градиент фильтрации, но не выше давления обжима, что контролируется жестким измерительным устройством 8.Г 1 осле закрытия вентиля 7 давление в гидросистеме 1 начинает снижаться вследствие расхода жидкости на фильтрацию через испытуемый образец 2, что контролируется измерительным устройством 8.Снижение давления продолжается до тех пор, пока не прекратится фильтрация жидкости через образец. По окончании фильтрации установившееся давление жидкости перед образцом соответствует тому напору, при превышении которого образец начнет фильтровать. Начальный градиент фильтрации рассчитывается по известной формулео=вРегде 1 - начальный градиент фильтрации;Р - установившийся напор, выраженный в сантиметрах столба рабочейжидкости;3 - толщина образца в сантиметрах.На приборе УИПК - 1 м проводилось определние 1 О произвольно взятого образца, который представлял собой насыщенную ионом натрия глину аскангель, Высота образца 1,08 см. Рабочая жидкость - Зо/ раствор ХаС Кф = 4,2 10" о см/с. Предварительно образец равновесно уплотняют в компрессионном приборе при 8 кгс/см в Зо/о растворе ЯаС 1, что также приводит и к насыщению образца рабочей жидкостью.Подготовленный образец помещают в кернодержатель прибора УИПК - 1 м и в соответствии с инструкцией к этому прибору все коммуникации (трубопроводы) до и после образца заполняют рабочей жидкостью. Давление обжима для данного образца составляет 7 кгс/см 2. Давление в гидросистемах контролируется образцовыми трубчатыми манометрами. Температура опыта стабильна.Затем осуществляется определение начального градиента фильтрации. В жесткой герметичной гидросистеме до образца импульсно было задано давление в 1 кгс/см 2, которое спустя 7 ч 20 мин снизилось до 0,32 кгс/см и оставалось неизменным в течение нескольких суток.Приняв значение установившегося напора в 320 см водного столба, находят значение начального градиента фильтрацич1 о == 2961,08 сж1 о = 296Технико-экономическая эффективность использования предлагаемого способа заключается в значительном сокращении времени определения и повышении точности, что в целом дает реальную возможность определять начальный градиент фильтрации в веществах с низкой проницаемостью.5Формула изобретенияСпособ определения начального градиента фильтрации, заключающийся в подаче на1 О образец напора жидкости, превышающегоначальный градиент фильтрации, фильтрацию и регистрацию стабилизации напора,отличающийся тем, что, с целью повышенияточности измерений и сокращения времениопределения, напор создают путем подачиимпульса давления на жидкость в замкнутой емкости.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Кульчицкий Л. И. Роль воды в форзо мировании свойств глинистых пород. Наука, М., 1975, с, 96.2. Калачев В. Л. и др. Способ определения водопроницаемости связанных грунтов.Известия ВУЗов. Геология и разведка,М., Изд-во геолого-разведочного института25им. С.Орджоникидзе, 1977, 4, с. 123.3. Павилонский В, М. Методика определения коэффициента фильтрации глинистых грунтов при малых градиентах напора. Тру ды института ВОДГЕО, вып. 43, М., 1974,с. 96 - 100 (прототип).75034 фО Составитель Техред К. ШуТираж 1019. Григорук ЦНИИПИ Гпо дел1 3035, Моск илиал ППП П осударствен ного м изобретений ва, Ж - 35, Ра атент, г. Ужг едактор М. Ликовиаказ 4459/16 Алексееварич КорректорПодписноеком итета СССРи открытийшская наб., д. 4/5од, ул, Проектная,