SU1753337A1 - Стенд дл исследовани напр женного состо ни керна рыхлых грунтов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к исследовани:  м процессов, происход щих в грунтовом массиве при отборе проб рыхлых грунюв морскими колонковыми пробоотборниками. Целью изобретени   вл етс  расширение номенклатуры испытуемых грунтов путем обеспечени  определени  напр женного состо ни  не только однородных, но и слоистых грунтов. Стенд содержит герметичную предназначенную дл  заполнени  СЛ CJ 00 СО х| Фиг.1

Description

грунтом емкость 8 с патрубком дл  подачи в нее рабочей жидкости, две коаксиально установленные с зазором и с возможностью совместного осевого перемещени  трубы 2 и 3, часть которых расположена в емкости 8, кольцевой нож 4, герметично соедин ющий расположенные в емкости 8 торцы труб 2 и 3, соедин ющую другие торцы этих труб 2, 3 крышку 5, св занный к ней и установленный соосно трубам 2 и 3, силовозбудитель 27, сообщенный с полостью внутренней трубы 3 сливной патрубок 6 и датчич 7 гидростатического давлени  рабочей жидкости в емкости 8, предназначенные дл  взаимодействи  со сло ми грунта установленными вдоль образующей на внутренней трубе 3 и расположенные в зазоре между трубами 2 и 3 датчики 12 давлени , каждый из которых выполнен в виде закрепленного на трубе 3 полого корпуса с соосными отверсти ми в противоположных стенках, закрепленной на стенке, расположенной со стороны наружной трубы 3, и перекрывающей ее отверстие мембраны, датчики ее деформации, расположенного в корпусе, дел щего своей средней большей ступенью его полость на две части ступенчатого дифференциального плунжера один торец меньшей ступени которого размещен в указанном отверстии и св зан с мембраной , а торец второй меньшей ступени размещен в другом отверстии корпуса и предназначен дл  св зи с испытуемым грунтом , и фильтра, площадь свободной поверхности большей ступени плунжера, обращенной к мембране равна площади поверхности торца второй меньшей ступени в корпусе каждого датчика 12 выполнен канал, соедин ющий полость внутренней трубы 3 с частью полости корпуса, расположенной со стороны мембраны в котором размещен фильтр датчика 12 2 ил

Изобретение относитс  к гидромеханике , в частности к устройствам дл  исследовани  процессов происход щих в грунтовом массиве при отборе проб рыхлых грунтов морскими колонковыми пробоотборниками

Известен стенд дл  исследовани  напр женного состо ни  керна рыхлых грунтов , содержащий открытую емкость с исследуемым грунтом, колонковый снар д, включающий колонковую трубу с башмаком и крышкой, гидравлический привод, состо щий из насосной станции с манометром и гидроцилиндра и лебедки с динамометром

Известен стенд дл  исследовани  напр женного состо ни  керна рыхлых грунтов , содержащий колонковый набор с силоизмерителем, гидравлический привод перемещени  колонкового набора, состо щий из насосной станции и гидроцилиндра, и герметичную емкость с исследуемым грунтом и патрубком дл  подачи жидкости под давлением Колонковый набор состоит из наружной трубы, жестко св занной с кольцевым ножом и крышкой, и керноприемной трубой, установленной с возможностью осевого перемещени  и св занной с силоизмерителем .

Основным недостатком стенда  вл етс  узка  номенклатура испытываемы4 грунтов , ограниченна  однородными и изотропными породами Стенд позвол ет получить лишь величину общей силы тренич керна о трубу, В переслаивающихс  грунтах , где возрастание силы трени  керна о

трубу от сло  к слою носит скачкообразный характер, определить по обобщенному показателю напр женного состо ни  колонки пробы величину напр жений в каждом из

слоев грунта, составл ющих керн невозможно

Целью изобретени   вл етс  расширение номенклатуры испытуемых грунтов путем обеспечени  определени  напр женного состо ни  не только однородных ноислоистых грунтов

Указанна  цель достигаетс  тем, что в известном стенде дл  исследовани  напр женного состо ни  керна рыхлых грунтов,

содержащем герметичную предназначенную дл  заполнени  грунтом емкость с патрубком дл  подачи в нее рабочей жидкости, две коаксиально установленные с зазором и с возможностью совместного осевого перемещени  трубы, часть которых расположена в емкости кольцевой нож, герметично соедин ющий расположенные в емкости торцы труб, соедин ющую другие торцы этих труб крышку, св занный с ней и установленный

соосно трубам силовозбудитель, сообщенный с полостью внутренней трубы сливной патрубок и датчик гидростатического давлени  рабочей жидкости в емкости он снабженпредназначеннымидл 

взаимодействи  со сло ми грунта установленными вдоль образующей на внутренней трубе и расположенными в зазоре между трубами датчиками давлени , каждый из которых выполнен в виде закрепленного на

трубе полого корпуса с соосными отверсти ми в противоположных стенках, закрепленной на стенке, расположенной со стороны наружной трубы, и перекрывающей ее отверстие мембраны, датчика ее деформации , расположенного в корпусе, дел щего своей средней большей ступенью его полость на две части ступенчатого дифференциального плунжера, один торец меньшей ступени которого размещен в указанном отверстии и св зан с мембраной, а торец второй меньшей ступени размещен в другом отверстии корпуса и предназначен дл  св зи с испытуемым грунтом, и фильтра, площадь свободной поверхности большей ступени плунжера, обращенной к мембране , равна площади поверхности торца второй меньшей ступени, в корпусе каждого датчика выполнен канал, соедин ющий полость внутренней трубы с частью полости корпуса, расположенной со стороны мембраны , в котором размещен фильтр этого датчика.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 - конструкци  датчика давлени , предназначенного дл  определени  скелетных напр жений грунта.

Стенд дл  исследовани  напр женного состо ни  керна рыхлых грунтов содержит колонковый снар д 1, выполненный в виде наружной 2 и внутренней 3 труб, соединенных снизу с кольцевым ножом 4, а сверху - с крышкой 5 (фиг.1). Внутренн   труба 3 снабжена сливным патрубком б, сообщающим полость внутренней трубы 3 с атмосферой , а наружна  труба 2-е датчиком 7 гидростатического давлени , установленным на уровне сливного патрубка 6 внутренней трубы 3

Емкость 8 с исследуемым переслаивающимс  грунтом установлена под колонковым снар дом 1 и выполнена, благодар  уплотнению 9 по наружному периметру колонкового снар да 1, герметичной. Кроме того, она соединена с нагнетательной линией 10с вентилем 11 и сообщена с датчиком 7 гидростатического давлени .

В зазоре между наружной 2 и внутренней 3 трубами, на каждом из интервалов, соответствующих интервалам слоев грунта в емкости 8, установлен датчик 12 давлени , предназначенный дл  определени  скелетных (эффективных) напр жений грунта, Он выполнен в виде полого корпуса 13с соос- ными отверсти ми в противоположных стенках, прикрепленного (например, сваркой ) к внутренней трубе 3 (фиг.2). В корпусе 13 датчика 12 давлени  установлен дифференциальный плунжер 14, состо щий из двух меньших ступеней 15 и 16 и одной размещенной между ними большей ступени

17, и выполнен фильтр 18, представл ющий собой полость, заполненную мелким грави ем и сообщенную каналом 19 с полостью внутренней трубы 3. Одна меньша  ступень

0 15 дифференциального плунжера 14 уста- новпена в отверстии корпуса 13, сообщающемс  с полостью внутренней трубы 3. а втора  ступень 16 - в отверстии корпуса 13, перекрытом мембраной 20, Больша  сту5 пень 17 дифференциального плунжера 14 размещена в полости корпуса 13, участок 21 которой со стороны мембраны 20 соединен каналом 22 с фильтром 18. Кроме того площадь Торца меньшей ступени 15 плунжера

0 14, выступающей в полость внутренней трубы 3. выполнена равной площади кольцевой поверхности большей ступени 17 плунжера 14, обращенной к мембране 20.

В центре мембраны 20 (в области мак5 симальных деформаций) наклеены полупро- водниковые тензорезисторы 23, включенные последовательно и образующие два плеча полумоста, Тензорезисторы 23 всех датчиков 12 давлени  соединены проводами 24 с усилителем 25.

Дл  задавливани  колонкового снар да 1 в грунт применен гидравлический привод, включающий насосную станцию 26 и гидроцилиндр 27.

Дл  регистрации и записи показаний

датчика 7 гидростатического давлени  и тензорезисторов 23 использована установка 28.

Исследовани  напр женного состо ни 

0 керна рыхлых грунтов производ т следующим образом.

Собранный колонковый снар д 1 опу- екают через отверстие уплотнени  9 в емкость 8 с исследуемым переслаивающимс 

5 грунтом и, не доход  до верхней поверхности грунта кольцевым ножом 4 колонкового снар да 1, открывают вентиль 11 нагнетательной линии 10. Жидкость из нашетат ль- ной линии 10 начинает поступать в емкость

0 8 и поднимаетс  по внутренней трубе 3 до уровн  сливного патрубка 6.

Далее колонковый снар д 1 опускают до уровн  грунта в емкости 8, включают насосную станцию 26 гидравлического привода и

5 гидроцилиндром 27 через крышку 5 производ т вдавливание наружной 2 и внутренней 3 труб с кольцевым ножом 4 в грунт. Одновременно вентилем 11 нагнетательной линии 10 производ т регулировку необходи0 мого давлени  жидкости внутри емкости 8, моделирующего гидростатическое давление .

За счет создаваемой разности между гидростатическим давлением и давлением

5 жидкости над керном в колонке грунта в

полости внутренней трубы 3 возникает восход щий фильтрационный поток жидкости, оказывающий фильтрационное давление на минеральный скелет грунта. Фильтрационный приток жидкости в пространство над керном отводитс  через сливной патрубок 6 внутренней трубы 3.

Величина создаваемой разности давлений регистрируетс  датчиком 7 гидростатического давлени , установка которого на наружной трубе 2 на уровне сливного патрубка 6 на его показани . Предварительное заполнение внутренней трубы 3 жидкостью до уровн  сливного патрубка 6 исключает зависимость показаний датчика 7 гидроста- тического давлени  от фильтрационного притока жидкости в полость внутренней трубы 3.

По мере увеличени  глубины внедрени  колонкового снар да 1 в исследуемый грунт возникают и нарастают силы трени  керна о стенки внутренней трубы 3, обусловлива  возрастание напр женного состо ни  материала керна. При этом на меньшую ступень 15 дифференциального плунжера 14, высту- пающую в полость внутренней трубы 3, действуют боковые эффективные напр жени  оь (на вертикальной площадке) минерального скелета грунта и давление поровой жидкости (нейтральное давление) Поскольку канал 19 гравийного фильтра 18 и меньша  ступень 15 дифференциального плунжера 14 расположены практически на одном уровне (это решаетс  конструктивно), то такое же нейтральное дав ление, которое действует на меньшую ступень 15 плунжера 14, передаетс  через канал 22 на участок 21 полости, в которой установлена больша  ступень 17дифференциального плунжера 14. Так как площадь кольцевой поверхности большей ступени 17 плунжера 14, обращенной к мембране 20, выполнена равной площади торца меньшей ступени 15 дифференциального плунжера 14, то усили , обусловленные нейтральным давлением жидкости на плунжер 14 со стороны полости внутренней трубы 3 и участка 21 полости корпуса 13, взаимно погашаютс . В результате дифференциальный плунжер 14 воспринимает только боковые эффективные напр жени  OB грунта.

Под действием усили , обусловленного этими напр жени ми, плунжер 14 смещаетс  относительно корпуса 13 датчика 12 и оказывает второй меньшей ступенью 16 давление на мембрану 20, котора  в результате проги- баетс . Подпитываемые по проводу 24 посто нным (или переменным) током и наклейные на мембрану 20 тензорезисторы 23 также испытывают механические напр жени . В результате возникающих деформаций тензо- резисторов 23 мен етс  их сопротивление и, следовательно, перепад напр жений Выходное напр жение с полумоста каждого из п датчиков после усилител  25 регистрируетс  установкой 28.

По величине изменени  перепадов напр жений с тензорезисторов 23 рассчитываютс  известным образом силовые воздействи  на каждую мембрану 20 датчиков 12, обусловленные скелетными напр жени ми грунта. Далее, исход  из площади торца меньшей ступени 15 дифференциального плунжера 14, рассчитывают боковые эффективные напр жени  оа грунта и определ ют скелетные напр жени  а, .действующие по оси колонки керна (на горизонтальной площадке) и св занные с боковыми напр жени ми оь следующей зависимостью

Г7В (f) 7r

где (ft - коэффициент бокового давлени , завис щий от типа грунтов

В результате исследований напр женного состо ни  керна рыхлых грунтов на предлагаемом стенде определ ют скелетные напр жени  в каждом из слоев переслаивающегос  массива грунта, соответствующие определенному перепаду между гидростатическим давлением и давлением над керном, регистрируемому по сигналу датчика 7 установкой 28.

Предлагаемый стенд может быть использован также с целью совершенствовани  технологии пробоотбора донных переслаивающихс  грунтов с обратной промывкой . Дл  этого в процессе внедрени  колонкового снар да 1 в емкость 8 подбираютс  такие параметры обратной промывки (разность между гидростатическим давлением и давлением жидкости над керном или расход восход щего фильтрационного потока ) которые обеспечивали бы, с одной стороны , минимальное напр женное состо ние слоев грунта, а с другой - исключали вынос частиц грунта восход щим потоком жидкости или пульпообразование кернового материала.

Таким образом предлагаемый стенд позвол ет исследовать напр женное состо ние керна донных переслаивающихс  грунтов при наличии восход щего фильтрационного потока жидкости в колонке пробы. Поскольку стенд обеспечивает при этом исследование массива, представленного однородными породами, то, следовательно, расшир етс  номенклатура испытуемых грунтов.

Использование предлагаемого стенда позвол ет исследовать и отработать технологию пробоотбора донных переслаивающихс  отложений с обратной промывкой, что, в конечном итоге, повышает эффективность бурени  мелких подводных скважин, а также пробоотбора на море

Claims (1)

1. Формула изобретени  Стенд дл  исследовани  напр женного состо ни  керна рыхлых грунтов, содержащий герметичную предназначенную дл  заполнени  грунтом емкость с патрубком дл  подачи в нее рабочей жидкости, две коакси- ально установленные с зазором и с возможностью совместного осевого перемещени  трубы, части которых расположены в емкости , кольцевой нож, герметично соедин ю- щий расположенные в емкости торцы труб, соедин ющую другие торцы этих труб крышку, св занный с ней и установленный соосно трубам силовозбудитель, сообщенный с полостью внутренней трубы сливной патрубок и датчик гидростатического давлени  рабочей жидкости в емкости, отличающийс  тем, что. с целью расширени  номенклатуры испытуемых грунтов путем обеспечени  определени  напр женного состо ни  не только однородных, но и слоистых грунтов, он снабжен предназначен ными дл  взаимодействи  со сло ми грунта.

   J П 21

   13

   установленными вдоль образующей на внутренней трубе и расположенными в зазоре между трубами датчиками давлени , каждый из которых выполнен в виде закрепленного на трубе полого корпуса с соосны- ми отверсти ми в противоположных стенках, закрепленной на стенке, расположенной со стороны наружной трубы и пере- крывающей ее отверстие мембраны, датчика ее деформации, расположенного в корпусе, дел щего своей средней большей ступенью его полость на две части ступенчатого дифференциального плунжера, один торец меньшей ступени которого размещен в указанном отверстий и св зан с мембраной , а торец торой меньшей ступени разме- щен в другом отверстии корпуса и предназначен дл  св зи с испытуемым грунтом , и фильтра, площадь свободной поверхности большей ступени плунжера, обращенной к мембране, равна площади поверхности торца второй меньшей ступени , в корпусе каждого датчика выполнен канал, соедин ющий полость Внутренней трубы с частью полости корпуса, расположенной со стороны мембраны, в котором размещен фильтр этого датчика. ч