Патент 64349

Прибор для испытания грунтов боковым давлением в буровых скважинах

 

Класс 42k, 29,„СССР р@ 64349

О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ С ИЛТЕЛсзСТВУ

Зарвтстрировано в Бкро изобретений Говалинп СССР

И, А. Цилюрик

11рибор для испытания грунтов боковым давлением в буровых скважинах

Заявлено 31 иая 1941 года в Наркомстрой за Хе 44502 (507457) Опубликовано 28 февраля 1945 года

Известные приборы для испытания грунтов боковым давлением в буровых скважинах имеют ряд недостатков и не позволяют праьильно вести испытания грунтов. 1 ак, приборы с мягким штампом (резиновым баллоном) не отражают работы грунта под жестким фундаментом; приборы со штампами в виде разрезного жесткого цилиндра деформируют грунт как закругленные клинья (так как цилиндр разрезан на две части), и не дают определенной схемы распределения напряжений в грунте; в последнем случае разрезной цилиндр раздвигается домкратом с клиновым механизмом.

B предлагаемом приборе тоже применен разрезной цилиндрическчй штамп„раздвигаемый домкратом при помощи клинового механизма. Основной отличительной особенностью предложенного прибора является то, что цилиндр штампа составлен из нескольких (более двух) секторов. Благодаря этой осооенности давление на грунт приближается к нормальному давлению по всей поверхности штампа и отмеченный выше недостаток известных приборов сводится к минимуму. B то же время штамп остается жестким, олагодаря чему исключаются недостатки мягкого штампа.

На чертеже фиг. 1 изображает примерную форму выполнения предложенного штахнга в продольном (диаметральном) разрезе, фиг. 2 — разрез по А-Б на фиг 1, фиг. 3 — разрез по В Г, фиг. 4— разрез по Д Е, фиг. 5 — разрез по

Ж 3, фиг. 6 — разрез по Д-Е при раздвинутом положении цилиндра, фиг. 7 — разрез по И-К, фиг. 8 показывает конструкцию стенок цилиндра с накладками в исходном и раздвинутом положении.

Прибор состоит в основном из шестнадцати ребристых секторов 9, образующих цилиндрический раздвижной жесткий штамп. При радиальном раздвижении секторов в буровой скважине они производят давление на грунт по ее стенкам. Раздвижка секторов в радиальном направлении производится конусами 8 и 13, укрепленными на цилиндре и поршне гидравлического домкрата 10. Конусы передают давление на секторы че¹ 64349 рез ролики 14, помещенные на осях 15. Последние крепятся на ребрах секторов При выдвижении поршня домкрата 10 (под давлением нагнетаемой жидкости) конусы будут двигаться вертикально между роликами на секторах и раздвигать секторы в стороны. Таким образом давление на грунт производится гидравлическим домкратом и может измеряться манометром, включенным в нагнетательную систему домкрата, на поверхности земли.

Деформация сжатия грунта под давлением секторов будет равна радиальному перемещению последних, Это перемещение секторов связано с раздвижкой конусов домкрата и может быть замерено (для определения сжатия грунта) через посредство тяг, выведенных от конусов через скважину на поверхность земли и описанных ниже.

Секторы апгарата собираются в направляющей пластинке 6. Последняя представляет собой шайбу с радиальными прорезями, в которые входят ребра секторов. Секторы удерживаются на пластинке от вертикальных смещений шпильками. Пластинка 6 приваривается к несущей трубе 1, выходящей по скважине на поверхность земли.

Труба 1, на которой висит весь аппарат, закрепляется неподвижно.

Относительно ее замеряется смещение тяг от конусов. Таким образом пластинка 6 является тоже неподвижной.

Две тяги 11 от нижнего конуса посредством болтов 12, планок 4 и гаек 7 крепятся к трубке 3, выходящей на поверхность земли внутри несущей трубы 1. Для прохода планок 4 через трубу 1 в последней имеются прорези (над пластинкой 6). Верхний конус присоединен к тяге — трубке 5, которая служит также для нагнетания в домкрат жидкости.

Снаружи разрезной цилиндр обтянут резиновым чехлом 16. Внизу и вверху резиновый чехол скрепляется стяжными кольцами с дисками 17 и 2. Последний приваривается к несущей трубе 1. Резиновый чехол закрывает внутренний механизм прибора от попадания земли, воды и т. п. и стягивает секторы штампа при отсутствии давленияя в дом к рат е.

На случай ослабления резинового чехла для стягивания секторов может быть предусмотрена постановка спиральных пружин, направленных по диаметру между противоположными секторами. Для зацепления пружин за рСп ра секторов в них делаются отверстия внизу и вверху. При нормальной резине надобности в пружинах не будет.

Внешняя — несущая труба 1 является неподвижным репером, относительно которого замеряется передвижение конусов домкрата (через посредство труб 3, 5). Замер производится штангенциркулем между гайками на концах труб.

На фиг. 4 — 7 показаны секторы штампа, между которыми образуются щели при их раздвигании в процессе испытания грунта. Эти щели перекрываются резиновым чехлом. Не исключена возможность вдавливания чехла и грунта через щели внутрь аппарата. Для устранения этого предусматривается перекрывание щелей между секторами металлическими планками, как показано на фиг. 8.

При раздвижке секторов планки скользят по ним до упора шипов планок в концы пазов на секторах.

Применение планок для перекрывания щелей секторов вносит некоторое торможение при раздвижке их. Это торможение вместе с другими видами трения и торможения в приборе (ролики, тречие в домкрате, растяжение резины и пр.) выявляются суммарно при тарировке прибора.

Основные размеры прибора предположены следующие.

Высота цилиндрического штампа принята равной 100 см. Диаметр штампа при сдвинутых секторах его составляет 28 см (без резинового чехла). Испытания грунта данным прибором предположено проводить в буровых скважинах диаметром 30 см. В грунтах связных, сохраняющих стенки буровых скважин, испытания проводятся бе

N 64349 обсадных труб. При применении обсадных труб, помещенных выше аппарата, внутренний диаметр их должен быть равен 30 см. При испытаниях грунта секторы могут раздвигаться радиально на 55 мм, доводя диаметр цилиндрического штампа до 40 см (включая и слой резинового чехла). Таким образом возможно максимальное сжатие грунта под секторами до 50 мм.

Общее давление на грунт может быть дс ведено аппаратом до

60000 кг. Сжатие жидкос.и в гидравлическом домкрате аппарата при этом будет доходить до 230 атмосфер. Уклон конусов на домкрате равен /. Вертикальное перемещение их относительно репера будет в два раза больше бокового перемещения секторов штампа. Смепгение тяги верхнего конуса относительно тяги нижнего будет равно четырехкратной величине среднего раздвижения секторов. Пользуясь тягами от конусов для замера сжатия грунта под секторами, получаем для средней величины сжатия четырехкратное увеличение его на измерительной шкале. Это позволяет фиксировать деформацию грунта с дастато ной для практики точностью без применения специальных индикаторов. Передвижение каждого конуса относительно репера фиксируется отдельно, Это позволяет замерять величину сжатия грунта в отдельности вверху и внизу штампа, а следовательно, и в любом месте по высоте его.

Разная деформация отдельных слоов грунта в пределах высоты штампа возможна в зависимости от геологического напластования разны (типов грунтов. При тарировке прибора (см. ниже) смещение тяг конусов относительно репера (конец трубы 1) замеряется мессурами, которые прикрепляются к трубам 3 и 5 посредством зажимных скооок.

Для учета всех сил, тормозящих раздвижку цилиндрического штампа (кро <е сопротивления испытуемого грунта), производится тарировка прибора следующим образом;

). Созда< .тся давление в домкрате, которое вызывает сжатие грунта вокруг цилиндрического штампа.

2 Это давление в домкрате поддерживается до затухания сжатия грунта.

3. Замечается (точно) показанис мессуры, фи ксирующей смещение элементов прибора (раздвижку тяг от конусов и секторов).

4. Дастся очень медленная утечка масла из домкрата через кран на насосе. При выходе масла давление в домкрате будет падать и секторы цилиндра под давлением грунта должны сходиться. Однако несмотря на падение давления в домкрате, секторы начнут сходиться не сразу, а после того, как давление грунта преодолеет давление в домкрате и сопрогивления в самом приборе.

5. Во время утечки масла из домкрата следят за падением давления по манометру и за положением стрелки мессуры. ИалеИшee передвижение стрелки мессуры покажет, что секторы прибора сдвинулись с первоначального положения. В этот именно момент замечается давление в манометре.

Падение давления в манометре . начала утечки масла до момента преодоления вредных сопротивлений (т. е. до момента начала сдвижки секторов) и дает удвоенную величину со всех вредных сопротивлений в приборе.

Лля проверки производится тарировка в обратном направлении, т. е. r.ðè повышении давления, для чего прекращается утечка масла, замечается положение стрелок на мессуре и на манометре и производится очень медленное повышение давления путем медленнои подкачки. Несмотря на повышение давления, секторы не будут расходиться до момента преодоления вредных сопротивлений в приборе.

Этот моме..т определяется началом движения стрелки мессуры, а перемещение стрелки манометра (к тому же моменту) покажет удвоенную величину давления; расходуемого на преодоление вредных сопротивлений в самом приборе.

М 64349 — 4 г 3

Предмет изобретения

1. Прибор для испытания грунтов боковым давлением в буровых скважинах с применением разрезного цилиндрического штампа, раздвигаемого домкратом при помощи клинового механизма, о т л и ч а ющ и и с я тем, что цилиндр штампа составлен из нескольких (более двух) секторов, с целью приближения давления на грунт к нормальному давлению по всей поверхности штампа.

2. Форма выполнения .прибора ио п. 1, отличающаяся тем, что стыки между секторами штампа перекрыты накладными планками.

3. Форма выполнения прибора по и. п. 1 и 2, отличающаяся тегл, что разрезной цилиндр обтянут зластичным чехлом.

4. Форма выполнения прибора по п. п. 1 — 3, о т лича юща яся тем, что секторы штампа снабжены радиальными ребрами, которые вставлены в прорезы пластинки 6, укрепленной на трубе 1 прибора.

5. Форма выполнения прибора по п. п, 1 — 4, отл ичающаяся применением расположенного внутри цилиндра гидравлического домкрата, поршень и цилиндр которого связаны с конусами 8 и 13, служащими для раздвигания секторов.

¹ 64349

Фкг. 4

Фиг. 6

Ств. редактор Д. A. Михайлов Техн. редактор М. В. Смольикова

Л!499б3 Подписано к печати 26/XI 194б г. Тираж 500 зкз. Цена 65 кон. Зак. 325

Типография Госпланиздата, им. Воровского, Калуга