Способ определения структурных связей глинистых пород при испытании на прочность

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 991236(22) Заявлено 27,08. 81 (21) 3319022/25-28с присоединением заявки Мо -1 М. Кл,С 01 К 3/00(23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий.А. Ханмамед изобретения Ордена Трудового Красного Знаме государственный научно-исследовинститут нефтяной про(71) Заявите 54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРУКТУРНЫХ СВ ГЛИНИСТЫХ ПОРОД ПРИ ИСПЫТАНИИ НА ПРОЧНОСТЬОтсутствием однозначной зависимости между пористостью, числом контактов и прочностью, а также пренебрежением площадью индивидуального контакта. Вследствие этого расчетная величина Рп может принимать значения большие, меньшие или равные 10 1 Н практически при любом типе структурных связей. Между тем, прочность породы в основном определяется такими факторами, как структура, текстура, природа связей и другими,т.е. обуславливается качественными показателями, а не количественными.Цель иэобретениности определения я - повышение точструктурных связей. Эта цель достигаеспособе определенияэей глинистых породна прочность, заключчто образец породы нделяют его прочностьдят о структурных свиспользуют несколькоразцов породы, которв средах с различнопроницаемостью, а оных связей породы су о Формуле Х т - сред 2 астиц матер сящий от по 10 Н связи ний радиус ч раметр, зави ды, При Р.,коагуляционн к конденсаци типу (фаэовы- пан порот к Н - 2 онному ала, и истост относя р)10 Ому типу,а.п онно-криста й контакт)( и Р ли 3. Недост ся низкаяИзобретение относится к испытательной технике и может быть использовано в строительстве при оценке состояния оснований сооружений, а также в тех отраслях промышленности, где требуется оценить прочность и тип структурных связей глинистых пород.Известен способ определения структурных связей глинистых пород при 10 испытании на прочность, заключающийся в том, что образец породы нагружают сдвигом и определяют его прочнОсть Рсг по кОтОРОЙ суцят О структур ных связях породы, используя формулу Р= РС/Х, где Р - прочность индивидуального (точечного ) контакта, Х- число контактоВ, определяемое этого способа являетость, что объясняется тся тем, что вструктурных свяпри испытанииающемся в том,агружают и опре-по которой суязях породы,одинаковых обые нагружаютдиэлектрическойтипе структурдят по коэффи991236 Диэлектрическая проницаемостьсреды,Е Измеренная прочностьна срез Р, МН/м Среда Образециз прессованногопорошка Образец изпоессованного порошка Образец извысушеннойпасты Образециз высу-.шеннойпасты Воз"дух 1 0,99 1,00 Керосин 2 0,42 4,2.100,40 Анилин 2,1. 10 0,21 м-Крезол 10 0,1 циенту К, который рассчитывают поформуле оРР5рогде Р - наименьшая прочность образцов при нагружении в средах,Рц - прочность образцов при нагружении на воздухе,10- диэлектрическая проницаемостьсреды, в которой образецобладает наименьшей прочностью,Ео - диэлектрическая проницаемостьводы.15При К (1 структурные связи породы относят к коагуляционному типу, а при К ),1 - к конденсационно-кристаллизационному типу.Из соотношения 1 ) видно, что ве личина коэффициента К характеризует степень воздействия среды на струк.турные связи породы.При К ооР Р=сопМ Это условие характеризует твердые породы, проч ность которых не изменяется при их взаимодействии с различными средами. Такими породами мОгут быть лиофобные кристаллические породы. При 1 С Ксо 0(Р(Ре. Это условие характеризует 30 породы, прочность которых снижается под воздействием той или иной среды. Таковыми являются практически все твердые породы. Для глинистых пород конденсационно-кристаллизационной 35 структуры по мере снижения доли кристаллизационных связей величина К должна снижаться до К = 1. Условие К = 1 характеризует глинистую породу. конденсационной структуры, прочность 4 р которой снижается по мере увеличения диэлектрической проницаемости, воздействующей на нее, среды жидкости ) до нуля в пресной воде, При К1 прочность породы падает до нуля уже в среде с более низкой диэлектрической проницаемостью, чем вода (Е =81). Это условие характеризует породы коагуляционной структуры, связность которых обусловлена неустойчивыми связями вандерваальсовского молекулярного) взаимодействияНа чертеже изображен график зависимости прочности от диэлектрической проницаемости среды.Способ осуществляется следующим образом.Несколько образцов породы нагружают, например, при сдвиге в средах с различной диэлектрической проницаемостью (воздух, керосин, глицерин, пресная вода и т.д.) и определяют их прочность в этих средах. Затем по формуле 1 ) рассчитывают коэффициент К и в зависимости от его величины оценивают тип структурных связей породы. П р и м е р . Были проведены испытания двух видов образцов глинистых пород. Образцы первого вида получали прессованием воздушно-сухого глинистого порошка под давлением 100 МН/ы, а второго - уплотнением глинистой пасты (на пресной воде) под давлением 5 МН/м 2 и последующим высушиванием до воздушно-сухого сос.тояния, Изготовленные таким образом цилиндрические образцы размером 30 х х 30 мм имели пористость. 22.По известному способу 1 1 были проведены на воздухе измерения прочности Р образцов на срез. Затем были рассчитаны прочности индивидуальных контактов рри значениях параметров г=1 мкм ив=4. Те же образцы были испытаны по предлагаемому способу.пИзмеряли прочность образцов на срез после их трехдневного выдерживания в средах с различной диэлектрической проницаемостью.Данные испытаний сведены в таблицу. Расчетная прочность индивидуального контакта5 991236 Продолжение таблицы Диэлектрическая проницаемостьсре,с.ы, Е Измеренная прочностьна срез РС, МН/м Сре,да Образециз высушеннойпасты Образециз прессованногопорошка Глицерин 42,5 310 ф Вода 81 0 Формула изобретения Как видно иэ таблицы, расчетнаявеличина контактной прочности на воздухе для обоих видов образцов имеет, одинаковые значения, равные 11(ГЪ,Так как по известному способу 17,при Р т 1 б Н структурные связи относят к конденсационно-кристаллизационному типу, то и для обоих видовобразцов структурные связи будут относиться согласно этому способу к данданному типу,При определении же типов структурных связей по предлагаемому способудля разных видов образцов полученыразные по характеру зависимости прочности от диэлектрической проницаемости среды. Если прочность образцов,полученных из высушенной пасты, по. -мере увеличения диэлектрической проницаемости среды снижается плавно(кривая 1)и достигает. нулевого значения в воде (Ео - - 81), то прочностьобразцов из прессованного порошкаснижается более резко (кривая 2) и 40достигает нулевого значения в слабополярной среде анилина (Е =7).Коэффициент К, характеризующий;тип структурных связей, определяется.по формуле (1 ) и равен котангенсу 45угла наклона прямой, соединяющейточки, соответствующие наибольшемуи наименьшему (нулевому) значениямпрочности, к+оси абсцисс. Для ббраз-,цов из высушенной пасты К = 1, а для 5 Ообразцов из прессованного порошкаК = 0,075.Таким образом, при использованиипредлагаемого способа структурныесвязи образцов из высушенной пасты 55относятся к конденсационному типу,для которого К = 1, а образцов изпрессованного порошка - к коагуляционному типу, для которого К(1.Изобретение позволяет более точно характеризовать тип структурныхсвязей глинистых пород, что создает 1 Расчетная прочность индивидуального контактаР,Образец из Образец из прессован- высушенной кого порош- пасты ка предпосылки для выявления зон залегания неустойчивых пород на стенкахразбуриваемых скважин и обоснованного подбора типов и рецептур буровыхрастворов, предупреждающих разупрочнение и осыпание пород со стенокскважины. Способ определения структурныхсвязей глинистых пород при испытаниина прочность, заключающийся в том,что образец породы нагружают и определяют его прочность, по которойсудят о структурных связях породы,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности определе"ния, используют несколько одинаковыхобразцов породы, которые нагружаютв средах с различной диэлектрическойпроницаемостью, а о типе структурныхсвязей судят по коэффициенту К, который рассчитывают по формулеЕ оК- ргде Р - наименьшая прочность образцов при нагружении в средах;Р - прочность образцов при нагружении на воздухе;Е - диэлектрическая проницаемостьсреды, в которой.,образецобладает наименьшей прочностью;Ео - диэлектрическая проницае,мость воды.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Осипов В.И. Природа прочностных и деформационных свойств глинис.тых пород, М., МГУ, 1979, с.179-214991236 Об Составитель Г. АлеховРедактор В. Лазаренко Техред Ж,Хастелевич Корректор .Г,Огар Заказ 9/5 Тираж одписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035 Москва ЖРа ская наб. д, 4 5