RU49567U1

RU49567U1 - DEVICE FOR DETERMINING SWELLING OF ROCK SAMPLES

Info

Publication number: RU49567U1
Application number: RU2005120787/22U
Authority: RU
Inventors: Б.В. Байдюк; Л.А. Шиц; М.Г. Талахадзе
Original assignee: ОАО НПО "Буровая техника"
Priority date: 2005-07-05
Filing date: 2005-07-05
Publication date: 2005-11-27

Abstract

Заявляемая полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к оценке устойчивости стенок скважины. Задачей полезной модели является обеспечение получения точной информации о состоянии горных пород и снижение затрат времени на ее получение. Устройство для определения набухания горных пород включает узел измерения, состоящий из индикатора часового типа,. с цоколем которого соединена вилообразная измерительная втулка со стойками, и поддон для размещения образца породы. Новым в устройстве является тоя. что оно снабжено соединенным с ножкой индикатора измерительным наконечником, выполненным с расширенным плоским заплечиком, а стойки вилообразной втулки имеют срезы для ее фиксации относительно верхней части поддона, при этом в кольцевом ободке поддона сделана выточка.The inventive utility model relates to the oil industry, namely to assess the stability of the walls of the well. The objective of the utility model is to provide accurate information about the condition of the rocks and reduce the time required to obtain it. A device for determining the swelling of rocks includes a measurement unit, consisting of a dial indicator. with the base of which is connected a fork-shaped measuring sleeve with racks, and a pallet for placing a rock sample. New in the device is a toy. that it is equipped with a measuring tip connected to the indicator leg, made with an extended flat shoulder, and the legs of the fork-shaped sleeve have cuts for fixing it relative to the upper part of the pallet, while a groove is made in the ring rim of the pallet.

Description

Заявляемое техническое решение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к оценке устойчивости стенок скважины и буримости их забоя. При этом приводящее к набуханию образование последующее утолщение пленок воды, физико-химически связывающейся с поверхностью частиц породы, контактирующей с заданной жидкостью, создает расклинивающее воздействие, способствующее раздвижению частиц, обуславливающему сужение ствола и разрушение стенок скважины, а также вызывающее диспергирование шлама, которое, в свою очередь, ведет к повышению угнетающего влияния бурового раствора на буримость забоя скважины.The claimed technical solution relates to the oil industry, namely to assess the stability of the walls of the well and the drillability of their bottom. In this case, the formation of a subsequent thickening of the films of water physically and chemically bonding to the surface of the rock particles in contact with a given fluid creates a proppant that promotes the separation of particles, which causes narrowing of the bore and destruction of the walls of the well, as well as causing dispersion of the cuttings, which, in in turn, leads to an increase in the inhibitory effect of the drilling fluid on the drillability of the bottom of the well.

Известен прибор для определения набухания грунтов, в котором дискообразный образец грунта расположен на перфорированном диске, опирающемся тремя ножками на дно стакана, в котором залита испытываемая жидкость.(1). По боковой цилиндрической поверхности диск грунта плотно охвачен металлическим кольцом, в которое сверху входит дырчатый поршень, вертикальное перемещение которого при набухании породы контролируется индикатором часового типа, ножка которого опирается на верхний торец поршня. Величина набухания исследуемого образца оценивается в процентах от его начального (исходного) объема. При этом оценивается изменение одного какого либо размера, например, толщины дискообразного образца горной породы или грунта, считая, что остальные размеры изменяются соответственно.A known device for determining soil swelling, in which a disk-shaped soil sample is located on a perforated disk, resting three legs on the bottom of the glass, in which the test fluid is poured (1). On the lateral cylindrical surface, the soil disk is tightly surrounded by a metal ring, into which a hole-type piston enters, the vertical movement of which when the rock swells is controlled by a dial gauge, the leg of which rests on the top end of the piston. The amount of swelling of the test sample is estimated as a percentage of its initial (initial) volume. In this case, a change in one of any size, for example, the thickness of a disk-shaped rock or soil sample, is estimated, assuming that the remaining sizes change accordingly.

Наиболее целесообразным для практики бурения скважин является изучение указанного процесса на воздушно-сухих образцах породы, ранее вынесенных при бурении в качестве бурового и обвального шлама. Это позволяет существенно снизить затраты времени и средств и при этом обеспечить оперативность получения нужной информации. При ее получении The most appropriate for the practice of drilling wells is to study this process on air-dried rock samples previously taken during drilling as drilling and landslide cuttings. This allows you to significantly reduce the cost of time and money and at the same time ensure the speed of obtaining the necessary information. Upon receipt

целесообразно учесть, что жидкостная среда, в которой набухает порода в скважинах, находится под внешним давлением. Проведенные работы показали, что воздушно-сухие образцы шлама сохраняют свойства исходной глинистой породы.it is advisable to take into account that the liquid medium in which the rock swells in the wells is under external pressure. The work performed showed that air-dried samples of sludge retain the properties of the original clay rock.

Ближайшим техническим решением, принятым за прототип, является устройство для определения набухания образцов горных пород, включающее узел измерения, состоящий из индикатора часового типа, с цоколем которого соединена вилообразная измерительная втулка со стойками, поддон для размещения образца горной породы.(2).The closest technical solution adopted for the prototype is a device for determining the swelling of rock samples, including a measuring unit, consisting of a dial gauge, with a base connected to a fork-shaped measuring sleeve with racks, a pallet for placing a rock sample. (2).

Узел измерения соединен с узлом нагружения, включающим корпус вертикального динамометра и корпус горизонтального динамометра и узлом испытания на набухание.The measurement unit is connected to a loading unit including a vertical dynamometer housing and a horizontal dynamometer housing and a swelling test assembly.

Однако известное устройство не моделирует в должной мере процесс набухания породы в скважине, так как не предусмотрена возможность оценки влияния естественной текстуры породы на процесс набухания. Это важно потому, что наличие, особенно в глинистых породах, поверхностей пониженного сцепления в виде плоскостей сланцеватости и напластования обуславливает резкую анизотропию процесса их набухания. При этом главный интерес представляет разница между величинами набухания породы в параллельном и перпендикулярном направлениях к указанным плоскостям пониженного сцепления. Дело в том, что направление максимального расклинивания при набухании играет важную роль, особенно в наклонно-направленном бурении и бурении горизонтальных скважинах.However, the known device does not adequately simulate the process of swelling of the rock in the well, since it is not possible to assess the influence of the natural texture of the rock on the swelling process. This is important because the presence, especially in clayey rocks, of low adhesion surfaces in the form of shale and bedding planes causes a sharp anisotropy of the process of their swelling. In this case, the main interest is the difference between the values of rock swelling in parallel and perpendicular directions to the indicated planes of reduced adhesion. The fact is that the direction of maximum wedging during swelling plays an important role, especially in directional drilling and horizontal drilling.

Задачей полезной модели является обеспечение получения точной информации о состоянии горных пород и снижение затрат времени и средств на ее получение.The objective of the utility model is to provide accurate information about the state of rocks and reduce the time and money spent on it.

Поставленная задача решается за счет того, что устройство для определения набухания образцов горных пород, включающее узел измерения, состоящий из индикатора часового типа, с цоколем которого соединена The problem is solved due to the fact that the device for determining the swelling of rock samples, including a measurement unit, consisting of a dial indicator, with a socle connected

вилообразная измерительная втулка со стойками, поддон для размещения образца породы, снабжено соединенным с ножкой индикатора измерительным наконечником, выполненным с расширенным плоским заплечиком, а стойки вилообразной втулки имеют срезы для ее фиксации относительно верхней части поддона, при этом в кольцевом ободке поддона сделана выточка.a fork-shaped measuring sleeve with racks, a pallet for accommodating a rock sample, is equipped with a measuring tip connected to the indicator leg, made with an extended flat shoulder, and the legs of the fork-shaped sleeve have cuts to fix it relative to the upper part of the pallet, while a groove is made in the ring rim of the pallet.

Благодаря этим признакам определяется величина бокового набухания - Х наб. образцов горной породы.Thanks to these signs, the amount of lateral swelling is determined - X emb. rock samples.

На фиг.1 изображен общий вид устройства для определения образцов горных пород; на фиг.2 - сечение по А-А.Figure 1 shows a General view of a device for determining rock samples; figure 2 is a section along aa.

Устройство состоит из индикатора часового типа 1, на цоколе 2 которого закреплена с помощью винта 3 вилообразная измерительная втулка 4. Индикатор имеет ножку 5, в которую ввинчен измерительный наконечник 6, упирающийся своим расширенным плоским заплечиком в боковое сечение исследуемого образца 7 горной породы, закрепленного на поддоне 8 с помощью прослойки затвердевшего нитролака 9. На кольцевом выступе верхнего торца поддона 8 имеется боковой вырез для размещения в нем ножки 5 индикатора при ее опускании на рабочее место.The device consists of a dial gauge 1, on the base 2 of which a fork-shaped measuring sleeve 4 is fastened with a screw 3. The indicator has a leg 5, into which a measuring tip 6 is screwed, abutting with its expanded flat shoulder in the lateral section of the test specimen 7 of rock, mounted on the pallet 8 using a layer of hardened nitro lacquer 9. On the annular protrusion of the upper end of the pallet 8 there is a side cutout for placing the indicator legs 5 in it when it is lowered to the workplace.

Методика использования устройства для определения набухаемости горной породы заключается в следующем.The method of using the device to determine the swelling of the rock is as follows.

На абразивной шкурке притирается образец горной породы (частица шлама) так, чтобы получился входящий в выемку на поддоне 8 диск с боковым срезом по линии отделения сегмента от основной части плоскостью, перпендикулярной к ее основанию. При изготовлении образцов для испытаний целесообразно предусматривать совпадение плоскостей пониженного сцепления в породе с направлениями торцевых плоскостей изготовляемого диска.A rock sample (sludge particle) is rubbed on the abrasive skin so that a disk is included in the recess on the pallet 8 with a side cut along the line of separation of the segment from the main part with a plane perpendicular to its base. In the manufacture of test specimens, it is advisable to provide the coincidence of the planes of low adhesion in the rock with the directions of the end planes of the manufactured disk.

После покрытия образца породы тонким слоем нитролака по нижней торцевой и цилиндрической боковой поверхности, он вставляется в выемку на поддоне так, чтобы перпендикуляр к центру среза проходил через метку 10 на поддоне. Это достигается с помощью использования сборки измерительного After coating the rock sample with a thin layer of nitrolac on the lower end and cylindrical side surfaces, it is inserted into the recess on the pallet so that the perpendicular to the center of the cut passes through the mark 10 on the pallet. This is achieved by using a measurement assembly.

узла так, чтобы до твердения нитролака измерительный наконечник был сориентирован на метку 10. После ориентирования образца породы в указанном состоянии сборки его с поддоном 8 осуществляется их выдержка до схватывания нитролака.node so that until the nitrolacquer hardens, the measuring tip is oriented to the mark 10. After orienting the rock sample in the indicated state of assembly with the pallet 8, they are held until nitrolac is set.

После затвердевания нитролака поддон с образцом породы помещается поочередно в сборки для определения нулевых отсчетов Zo наб. - величины торцевого набухания и Хо наб. - величины бокового набухания, которое осуществляется по индикатору часового типа, отражающих положение, соответственно, измерительного Т-образного колпачка на измерительном наконечнике с расширенным плоским заплечиком на образце породы до ее набухания. При этом вилообразная втулка должна плотно прижиматься к поддону. После взятия начальных отсчетов Zo наб. и Хо наб. поддон с образцом породы помещается в узел для испытаний, (на чертеже не показан), причем перед свинчиванием наконечника микрокамеры с корпусом вертикального динамометра узла для испытаний микрокамера заполняется с помощью пипетки испытуемым буровым раствором. В микрокамере создают нужное рабочее давление, фиксируемое на шкале корпуса вертикального динамометра. Оно выдерживается в течение заданного времени, после чего поддон с образцом породы извлекается и подготовляется для проведения измерений. Подготовка состоит в удалении остатков бурового раствора с поверхностей породы и поддона.After the nitro lacquer hardens, the pallet with the rock sample is placed alternately in the assembly to determine the zero counts Zo nab. - values of the end swelling and Ho nab. - the magnitude of the lateral swelling, which is carried out according to the dial indicator, reflecting the position, respectively, of the measuring T-shaped cap on the measuring tip with an extended flat shoulder on the rock sample before it swells. In this case, the fork-shaped sleeve should be pressed firmly against the pallet. After taking the initial samples Zo nab. and Ho nab. the pallet with the rock sample is placed in the test assembly (not shown in the drawing), and before screwing the tip of the microchamber with the housing of the vertical dynamometer of the test chamber, the microchamber is filled with the test drilling fluid using a pipette. The microcamera creates the desired working pressure, which is recorded on the scale of the vertical dynamometer housing. It is maintained for a predetermined time, after which the pallet with a rock sample is removed and prepared for measurements. The preparation consists in removing residual drilling fluid from the rock and sump surfaces.

В сборке для измерений Z наб. используется измерительный Т-образный колпачок, который надевается на измерительный наконечник 6.In the assembly for measurements Z emb. uses a measuring T-shaped cap, which is worn on the measuring tip 6.

После взятия по индикатору значения Z наб. колпачек снимается и рассчитывается величина торцевого набухания Zнаб.=Z наб.-Zo наб. в направлении максимального развития этого процесса в данной породе.After taking the indicator value Z emb. the cap is removed and the value of the end swelling Znab. = Z emb.-Zo emb. in the direction of the maximum development of this process in this breed.

В заявляемом устройстве производится замер бокового набухания, для чего измерительный наконечник 6 своим расширенным плоским заплечиком упирается в плоскость бокового среза на образце породы 7, а вилообразная измерительная втулка 4, имеющая специальные срезы на своих стойках плотно The inventive device measures the lateral swelling, for which the measuring tip 6 with its expanded flat shoulder abuts against the plane of the side cut on the rock sample 7, and the fork-shaped measuring sleeve 4, which has special cuts on its racks, is tight

охватывает верхнюю шейку поддона 8 как по бокам, так и в центре на контакте вдоль направления измерения Х наб. При этом измерительный наконечник 6 должен быть точно ориентирован на метку 10. После взятия по индикатору 1 отсчета Х наб., устанавливается величина набухания в данной породе в направлении простирания плоскостей пониженного сцепления, равная ΔХнаб.=Хнаб.-Хо наб.covers the upper neck of the pallet 8 both on the sides and in the center at the contact along the measurement direction X emb. In this case, the measuring tip 6 should be precisely oriented to the mark 10. After taking the reference X emb. On the indicator 1, the swelling value in this rock in the direction of stretching of the low adhesion planes is set equal to ΔKnab. = Khnab.-Ho emb.

Отношение может считаться показателем анизотропного набухания данной породы.Attitude can be considered an indicator of anisotropic swelling of a given breed.

Claims

A device for determining rock swelling, including a measuring unit, consisting of a dial indicator, with a base connected to a fork-shaped measuring sleeve with racks, a pallet for placing a rock sample, characterized in that the device is equipped with a measuring tip connected to the indicator leg, made with an expanded flat a shoulder, and the struts of the fork-shaped sleeve have cuts for fixing it relative to the upper part of the pallet, while a groove is made in the ring rim of the pallet.