Устройство для определения проницаемостигорных пород

Устройство для определения проницаемостигорных пород

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сеюэ Советскик

Социалистичесиик

Реслублик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

<»842499 (72) Автор. изобретения

Ю. А. Афйцогенов

Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья (71) Заявитель

8,.::.<,к МЗИ h <

- ) (вв) ьсткойство длк опккдклкнпв пконнпвкмостн

ГОРНЫХ ПОРОД

1 ц, " i ÿ,тНл

;1!

ГЕ.:,:!".""., . с, М

Изобретение относится к нефтяной и горной промышленности, в частностй

1 ,для лабораторного определения прони- . . цаемости в условиях неравномерного трехосного сжатия образца породы ку"бической формы.

Для решения этой задачи, а также с целью выявления преимущественного направления фильтрации с помощью исследований на ориентированных относи" о тельно направления Север-Юг образцах горных пород необходимо изучать проницаемость в трех взаимно перпендику,лярнык направлениях. Проницаемость породы в какой-либо ее точке является тензорной величиной, т.е. зависящей .от направления нормали к площадке фильтрации и геометрически выражающейся эллипсоидом-проницаемости. Как и тензор напряжений, тензор проница1 емости характеризуется инвариантами, функционально зависимыми от инвариантов тензора напряжений. Нахождение тензора проницаемости, его инвариан2 тов и их взаимосвязи с инвариантами тензора напряжений при известной пространственной ориентироВке испытуемого образца породы позволяет более эффективно проводить поиски скоплений углеводородов и их разработку.

Известно, устройство для определе- . ния свойств грунтов при трехосном нагружении 31) . . Недостатком устройства является то, что испытания грунтов производят в эластичном чехле цилиндрической формы и грунт фактически подвергается двухмерному сжатию (осевому и всестороннему равномерному боковому), а фильтрация осуществляется вдоль одного направления перпендикулярно тор" цу колонки грунта.

Известно также устройство для определения проницаемости пористых тел, например древесностружечных масс, содержащее канал-матрицу,.верхний и ниж. ний пуансоны с каналами для прохождения рабочей среды и торцовые перфори-

3 84249 рованные насадки, в котором торцовые насадки снабжены двумя рабочими поверхностями с выступами, одна из которых имее1 выступ по всему периметру, а другая — с двумя параллельными выступами (2) .

Однако на боковую поверхность это"

ro устройства по периметру пористой среды действует равномерная реакция канала-матрицы и пористая среда испы"

l0 тывает не трехосное, а двухмерное сжатие — 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 и повышение производительности измереньп) .

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для определения проницаемости горных пород, содержащем корпус с матрицей для образца, пуан-, соны и систему каналов для подвода и отвода рабочего агента к матрице, соединенных с источниками давления, матрица помещена в герметичную камеру с затвором, соединенную с источником давления, 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 через затвор камеры.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство содержит эластичную матрицу 1 в виде пространственной крестовины с взаимно перпендикулярными концами, в которой размещается испытуемый образец 2 кубической формы, неподвижный цилиндрический корпус 3, в котором по боковой поверхности размещены две пары подвижных 4 и неподвижных 5 пуансонов для создания горного давления на образец по Двум (Взаимно пер- 50 пендикулярным направлениям с каналами 6 и 7, а в дне корпуса 3 с каналом 8 размещен неподвижный пуансон 9 с .толкателем 10, каналом Il и рукояткой 12, затвор )3 с каналом )4, подвиж» ным пуансоном 15 и каналом 16,.жестко соединенным с поршнем 17 цилиндра 8 а )8 низкого. давления с каналами )9 и 20, траверсы 21 и 22, жестко связанные

9 4 в 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.

Устройство 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. Толкатель 10 с помощью рукоятки 12 опущен вниз до упора.

Ъ

Затем образец 2 помещают в матрицу 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 )5 в матрицу 1 обеспечивает направляющее приспособление, состоящее из двух стальных колец 24.

Начальное всестороннее сжатие кубического образца с учетом противодавления в камере корпуса 3, распределяемого на разность площадей круглого 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 уалот99 d ции в определенных условиях внешних нагрузок на офиентированньй в прост-, ранстве образец породы, а также решать и обратную задачу о виде напряженного 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 матрице,,соединенных 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 неравномерноro трехосного нагружения, матрица помещена в герметичную камеру с затвором, соединенную с источником давления, к выполнена в виде эластичной пространственной, крестовины с взаимно перпен1 икулярными концами с помещенными в их полости пуансонами, три из которых saкреплены к корпусу, а другие три.подвижны, причем один иэ подвижных .пуансонов проходит через затвор камеры.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бишоп, Ален У. и Хенкельд Дж.

Определение свойств грунтов.в трехосных испытаниях. М., Госстройиэдат,, 1961., с. 50-62.

2. Авторское свидетельство СССР

У 578597, кл. 6 Ol 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 ка налам 11 и 16 (6 и 7) при запирании двух остальных, определяют функциональ-р ную связь инвариантов тензоров напряжений и проницаемости и выявляют условия,.при которых осуществляется преимущественная фильтрация в искомом направлении. !5

Указанные измерения помогают восстановить конкретную ситуацию в изучаемых пластах по измерениям проницаемости на ориентированных относительно направления Север-10г кубических об-2О разцах и определить критические ситу- ации трехосного нагружения, при ко" торых начинается образование трещин в породе.

После проведения серии испытаний т образцом 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 14 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., 50

Предлагаемое устройство позволяет изучать взаимосвязь сложного, напряженного состояния с распределением проницаемости по трем взаимно. перпен» дикулярным направлениям и выявлять прЬимущественные направления фильтра