Устройство для определения проницаемостигорных пород

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ и 842499 72) Автор изобретения А, АФЙцоген бирский научно-исследовательский инстцтут геологии геофизики и минерального сырья Заявител(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПР ГОРНЫХ ПОРОтов и их взаимосвязи с инвариантамитензора напряжений при известной пространственной ориентировке испытуемого образца породы позволяет более эффективно проводить поиски скоплений3углеводородов и их разработку.Известно, устройство для определе- .ния свойств грунтов при трехосном нагружении 113.. Недостатком устройства являетсято, что испытания грунтов производятв эластичном чехле цилиндрическойформы и грунт фактически подвергаето. ся двухмерному сжатию (осевому и всестороннему равномерному боковому),а фильтрация осуществляется вдоль одного направления перпендикулярно тор"цу колонки та.к Известно е устройство для оп 20 ения проницаемости пористых тел,мер древесностружечных масс, со- Шщее канал-матрицу,.верхний и нижуансоны с каналами для прохождеабочей среды и торцовые перфориакже ого грун такж редел напри держа ний и ния р Изобретение относится ки горной промышленности, в ч и ,для лабораторного определения прони, цаемости в условиях неравномерного трехосного сжатия образца породы ку"бической формы.Для решения этой задачи, а т с целью выявления преимущественн направления фильтрации с помощьр исследований на ориентированных относи тельно направления Север-Юг образцах горных пород необходимо изучать проницаемость в трех взаимно перпендику ,лярнык направлениях. Проницаемость п роды в какой-либо ее точке является тензорной величиной, т.е. зависящей от направления нормали к площадке фильтрации и геометрически выражающейся эллипсоидом проницаемости. Ка и тензор напряжений, тензор проница емости характеризуется инвариантами, функционально зависимыми от инвариан тов тензора напряжений, Нахождение тензора проницаемости, его инварианУ"ЖВ 3 И,"РОНИЦАБИОСТИ а3 .84249рованные насадки, в котором торцовыенасадки снабжены двумя рабочими поверхностями с выступами, одна из которых имее 1 выступ по всему периметру, а другая - с двумя параллельнымивыступами 1,21 .Однако на боковую поверхность это"го устройства по периметру пористойсреды действует равномерная реакцияканала-матрицы и пористая среда испы"0тывает не трехосное, а двухмерноесжатие - осевое и равномерное боковое, что позволяет реализовать измерения проницаемости только в двух взаимно-перпендикулярных направлениях,Цель изобретения - измерение проницаемости в трех взаимно перпендикулярных направлениях в условиях неравномерного трехосного нагружения иповышение производительности измеренщ.Указанная цель достигается тем,что в устройстве для определения проницаемости горных пород, содержащемкорпус с матрицей для образца, пуан-,соны и систему каналов для подвода иотвода рабочего агента к матрице, соединенных с источниками давления, матрица помещена в герметичную камеру сзатвором, соединеннуюс источникомдавления, н выполнена в виде эластичной пространственной крестовинй с взаимно перпендикулярными концами с помещенными в их полости пуансонами,три из которых закреплены к корпусу,а другие три подвижны причем один,из подвижных пуансонов проходит череззатвор камеры.На чертеже изображено предлагаемоеустройство,ФОУстройство содержит эластичную матрицу 1 в виде пространственной крестовины с взаимно перпендикулярными кон цами, в которой размещается испытуемыйобразец 2 кубической формы, неподвижный цилиндрический корпус 3, в котором по боковой поверхности размещеныдве пары подвижных 4 и неподвижных 5пуансонов 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 9с .толкателем 1 О, каналом 11 и рукояткой 12, затвор 13 с каналом 14, подвижным пуансоном 15 и каналом 16 жестко соединенным с поршнем 17 цилиндра 8а 18низкого давления с каналами 19 и 20,траверсы 21 и 22, жестко связанные 9 фв раму четырьмя штангами 23, два коль ца 24, защемляющих бурт матрицы 1, предназначенных для качественного ввода пуансона 15 в матрицу, две направляющих 25, два упорных полуцилиндра 26, запирающих затвор 13.Основания всех шести пуансонов пары 2, пары 5, 9 и 15 выполнены квадратного сечения с диагональю квадрата, несколько меньшей диаметра пуансонов, и,площадью,. несколько меньшей площади грани кубического образца породы.Ускройство 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 находится в крайнем верхнем положении, что достигается подачей давления жидкости по каналу 20 в цилиндр 18 низкого давления на поршень 17, жестко связанный с затвором 13. Толка- тель 10 с помощью рукоятки 12 опущен вниз до упора.Затем образец 2 помещают в матри- цу 1 на основание пуансона 9 и слегка поджимают двумя подвижными боковыми пуансонами 4, имеющими незначительную степень продольного перемещения. После этого затвор 13 с пуансо-, ном 15 с помощью поршня 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 противо- давления в камере корпуса 3, распределяемого на разность площадей кругло. го 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 кдрпуса 3 по каналу 8. Выпуск воздуха из камеры при ее заполнении рабочим агентом производят по кайалу 14, после запирания которого в ней начинает повышаться давление, достигаемое 15-20 кг/сьР Этого давления достаточно для уплот99 6 ции в определенных условиях внешниж нагрузок на офиентированньй в прост-, ранстве образец породы, а также решать и обратную задачу о виде напря" женного состояния по .данным измерений проницаемости на кубических образцах в условиях, близких к атмосферным,Кроме того, устройство позволяет изучать поведение проницаемости в критических ситуациях сложного напря", женного состояния в моменты, пред; шествующие образованию трещин, и в моменты их интенсивного образования, повысить производительность измерений проницаемости, действующих напряжений и возникающих деформаций в породе.Использование предлагаемого устройства позволяет выявить преимущественные направления фильтрации в пластах, что облегчает поиск ловушек углеводородов и дает ощутимый 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 матрицесоединенных с источниками давления, о т л и ч а. - ю щ е е с я тем, что целью опрееленкя проницаемости в трех вэаимноерпендикулярных направлениях в условиях неравномерного трехосного нагружения, матрица помещена в герметичную камеру с затвором, соединенную с источником давления, к выполнена в виде эластичной пространственной , крестовины с взаимно перпеникулярными концами с помещенными в их полости пуансонами три из которых закреплены к корпусу, а другие три.подвижны, причем один иэ подвижных пуансонов проходит через затвор камеры. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Бишоп, Ален У, и Хенкельд Дж.Определение свойств грунтов,в трехосных испытаниях. И., Госстройиэдат196., с. 50-62.2, Авторское свидетельство СССРУ 578597, кл. 6 О М 15/08, 1976(прототип. 5 , 8424 кения пуансонов и поверхности породы образца вдоль ребер куба.Создавая самые различные соотношения трехосного нагружения по трем взаимно перпендикулярным осям с помощью пуансоном 4 и 15 и попеременно измеряя проницаемость вдоль каждого из трех направлений, подавая фильтрат по каналам 1 и 16 (6 и 7) при запирании двух остальных, определяют функциональ-О ную связь инвариантов тензоров напряжений и проницаемости и выявляют условия,.при которых осуществляется преимущественная фильтрация в искомом направлении, 5Указанные измерения помогают восстановить конкретную ситуацию в изучаемых пластах по измерениям проницаемости на ориентированных относительно направления Северг кубических обО разцах и определить критические ситу-ации трехосного нагружения, при ко" торых начинается образование трещин в породе.После проведения серии испытаний тобразцом его извлечение связано 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 пуансоны 4 и 15 составляющие горного давления. Затем открывают канал 4 затвора 13 и канал 8, сливают. жидкость из камеры корпуса 3 и сбрасывают начальное давление, передаваемое 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 полуцилнндры 26. Рукояткой 12 с помощью. толкателя 10 из- влекают испытанный образец 2 породы из матрицы 1, подготавливая устройство к испытанию следующего образца, после чего цикл работы повторяется. , 50Предлагаемое устройство позволяет изучать взаимосвязь сложного, напряженного состояния с распределением проницаемости по трем взаимно, перпендикулярным направлениям и выявлять прЬимущественные направления фильтраказ 5055/44 Тираж 907 ПодписФилиал ППП Патент , г. Ужгород,ул.Проектна