Стенд для испытания глинистых пород при сложном напряженном состоянии

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советски кСоциалистическиРеспублик(22) Заявлено 27.11.80 (21) 3008909/29-33с присоединением заявки ЭЙ(5)М. Кл. 801 й 3/08 3 веударстаапвй емнтет СССР ае делам нэааретеннй н открытий(72) Авторы изобретения В. С. Новиков, Н, Н. Бабошкин, В. П. Карпов и А. С. НовиковВолгоградский государственный научно исследовательскйт 1- и проектный институт нефгяной промышленности(54) СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ГЛИНИСТЫХ ПОРОД ПРИ СЛОЖНОМ НАПРЯЖЕННОМ СОСТОЯНИИ 1Изобретение относится к исследова= нию химических и 4 атзических свойств веществ, в частности к исследованию глинистых грунтов в гидротермальных условиях сквшкины. Известен прибор для исследования свойств грънта в условиях трехосного сжатия, содержащий опорную плиту с закрепленной на ней камерой, нагрузочное приспособление, выполненное в виде замкнутой гидросистемы с параллельно расположенными камерами давления на одном иэ ее концов и силовыми цилиндрами на другом ее конце, на нагружат щей платформе и измерытелное приспособление 1,Однако этот прибор не позволяет измерять истиную прочность горной породы, находящейся на стенке горной выра ботки в гидротермальных условиях, так как не имитирует условия скважины и условия нагружения образца, находящегося на стенке горной выработки. 2Наиболее близким к изобретению является стенд дця испытания глинистыхпород при сложном напряженном состоянии, содержатций раму, ОЛОРную плиту сзакрепленной на ней обоймой, нагруэоное приспособление, выполненное с подвижными вкладышами, расположенными внаправляющих обоймы по трем взаимно-перпендикулярным осям, и измерительные приспособления 2 1,Известное устройство также не поз- .воляет измерять истиную прочность горнойпороды, находящейся на стенке горнойвыработки в гидротермальных условиях,а следовательно не обеспечивает с достаточной достоверностью прогнозирования устойчивости стенки горной выработки и приводит к необоснованным проектным решениям.Устройство не имитирует условияскважины и условия нагружения образца,находящегося на стенке гбрной выработки прй взаимодействии с буровым раствором.3Цель изобретения - определение изменений физико-механических и физико-.химических свойств глинистых пород вгидротермальных условиях скважины.Поставленная цель достигается тем,что стенд для испытания глинистых пород при сложном напряженном состоянии,содержаший раму, опорную плиту с закрепленной на ней обоймой, нагрузочноеприспособление, выполненное с подвижными вкладышами, расположенными в направляющих обойм по трем взаимноперпендикулярным осям, и измерительныеприспособления, снабжен размещеннымна обойме нагревательным элементом,вкладьцци одной соосной пары снабженыпуансоном с независимым источникомдавления, а вкладыши другой пары. -.Фнльтруюццм элементом и выполнены сканалами,На фиг. 1 показан стенд, вид в пла-не; на фнг, 2 - разрез А-А на фиг. 1,Стенд для испытания. глинистых породпри сложном напряженном состояниисодержит раму 1, опорную плиту 2 сзакрепленной на ней обоймой 3, измерительный элемент 4 и нагрузочное приспособление 5, выполненное с подвижными парами вкладышей 6 - 8, расположенными в направляющих обоВкы по тремвзаимно перпендикулярным осям. Однаиз соосных пар вкладьпцей 6 снабженапуансоном 9, связанным, с независимымисточником давления, Другая пара вкладышей 7, расположенная в одной плоскости с первой, выполнена с каналами10 и снабжена фильтрукяцим элементом11, Нагруэочное приспособление 5 выполнено в виде пневмодомкратов 12 и13, соединенных попарно с источникомдавления и гидродомкратом 14, На обойме 3 установлен нагревательный элемент15, Стенд снабжен фиксаторами нагруэки 16 и деформации 17,Стенд работает следующим образом,Возможны два режима работы: стендможет быть использован дпя формирования образцов глинистой породы и оценкифизико-механических и физико-химическсвойств их и природных кернов при взаимодействии с буровым раствором в гитермалЬных условиях скважины.В обойму 3, сняв один из вкладышей6, помешают увлажненную глинистую породу или керн. Устанавливают вкладыш6 с пуансоном и создают одинаковуюнагрузку по всем трем осям с созданиемнеобходимого температурного режима с,выдержкой времени до прекращения де 36081формации по всем трем осям, контроли-,руемой индикаторами 4 часового типаимитируя тем самым условия напряженного состояния глинистой породы в горя ном массивевКогда наступает равновесие, т.е, деформация уже не происходит, нагрузкупо всем трем осям фиксируют фиксаторами 16 и 17. При формировании образ 1 О ца иэ увлажненной глинистой породы отжатый флюид стекает по каналам 10, образуя слоистую ненарушенную структуру,приближая физико-механические и физикохимические свойства образца к природ 15 ным. Для изучения изменения свойствглинистой породы на стенке скважинычерез каналы 10 одного из вкладышей 7подают буровой раствор, создаьая цроти-,водавление на образец и фильтрацию жид 1 юкости через Образец, причем на одномиз вкладышей 7 давление должно бытьна 20-30 кг/см меньше, чем на проти 2воположном вкладыше 7 (со стороныподаваемого раствора). Затем с вкладыша 7 с большим давлением нагрузкуснимают до Гидростатического давлениягт.е. получают гидротермальные условияскважины.При взаимодействии с буровым раствором происходят изменения физисо-механических и физико-химических свойствглинистой породы, которые количественновыражаются величиной деформации образца, контролируемой перемещениемЭВвкладыша 7 индикатором 4 часовоготипа. При наступлении влажностногоравновесия в глинистой породе, фиксируемой отсутствием деформации, определяют механическую прочность увлажненнойф Щглинистой породы путем вдавливанияпуансона 9 до полного разрушения образца, т,.е, в гидротермальных условияхскважины. Таким же образом можноопределить механическую прочность налюбой стадии взаимодействия с буровым45раствором. После этого снимают гидростатическое давление и нагрузку поосям, извлекают глинистую породу инх определяют изменение,физикс-химических свойств, которые произошли в гидродро- Эф термальных условиях скважины,Предлагаемый стенд позвопяет юа- тировать условия напряженного состояния глинистых пород в горном массивеи на стенке скважины за счет выполнениянагружающего устройства в виде пневмодомкратов с фиксаторами нагрузки идеформации, также позволяет создаватьдлительную постоянную нагрузку по раз% 9 личным осям прн возможности изменении радиальной нагрузки путем регулирования давления в соответствующем силовом цилиндре.Выполнение каналов во вкладышах и филвгрующего элемента, а также наличие нагревательного элемента позволяет имитировать гидротермацьные условия взаимодействия глинистой породы с буровым раствором. Предлагаемый стенд позволяет изучить кинетику изменепщ физико-механических и изико-химических свойств глинистых пород при взаимодэйствщ с буровым раствором в гидротермальных усцовиях скважины, что позволяет определить оптимальную плотность и химический состав, фильтрационные и реологические свойства раствора, позволякицие найти оптимальные проектные реыения обеспечивающие без аварийное бурение нефтяных и газовых скважин с максимальной скоростью при минимальных материальных затратах и минимальной стоимости метра проходки. Формула изобретейияОгенд для испытания глинистых пород при сложном напряженном состоянии, . 38081 6содержащий раму, опорную пииту с эа, кревивной на ней обоймой, нагруэочноеприсиособлеще, выполненное с подвижнымивкладываю, расположенными в налрва 3 лающих обоймы по трем вэаиьщо перпендикулярным осям, и измеритеаьные првспособлеюж, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с цеиью определения Измененийфизико-механических и фижко-химичесй ких свойств глинистых пород в гидротермальных условиях скважины, стенд снаб.жен размещенным на обойме иагреватепьным элементом, вкладЫцщ одной сооснойпары снабжены пуансоном с неааисимым.источником давления, а вкладыши другой.юиены с каналами. Источники информации, цринятые во внимание щи экснертизе20 1. Авторское свидетельство СССР М 302665 в Зл. ф 019 33/24 в 19602 з 2. Авторское свидетщц ство СССР % 461333 кл С 01 1 Я 3/08 1971 (прототип)., ул. Проектная Тираж 887 Подписное И Государственного комитета СССР по делам изобретений .к открытий 5, Москва, Ж, Раушская наб.,