Способ определения структурных связей глинистых пород при испытании на прочность

 

1236

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное.к авт. свид-ву— (22) Заявлено 27.08.81 (21)3319022/25-28 сприсоединениемзаявки ¹ — (и м.к.

G 01 К 3/00 (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР. по делам изобретений и открытий (33)УДК 620.171.3 (088.8) Опубликовано 23.01.83. Бюллетень ¹ 3

Дата опубликования описания 25.01.83 (72) Автор изобретения

M.A. Ханмамедов

Ордена Трудового Красного Знамени государственный научно-исследоват институт нефтяной промышл (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРУКТУРНЫХ СВЯЗЕЙ

ГЛИНИСТЫХ ПОРОД ПРИ ИСПЫТАНИИ

НА ПРОЧНОСТЬ

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использо вано в строительстве при оценке состояния оснований сооружений, а также в тех отраслях промышленности, где требуется оценить прочность и тип структурных связей глинистых пород.

Известен способ определения структурных связей глинистых пород при 10 испытании на прочность, заключающий.ся в том, что образец породы нагружают сдвигом и определяют его прочность Рс по которой судят о структурных связях породы, используя формулу Р = РС/Х, где P — прочность индивидуального (точечного ) контакта, Х- число контактоВ, определяемое по формуле с1 ,где — сред- 20

4r п ний радиус частиц материала, п — параметр, зависящий от пористости породы. При Р„ < 10 Н связи относят к коагуляционному типу,а.при Р„)10 Н вЂ” 25 к конденсационно-кристаллизационному типу (фазовый контакт)(1 j.

Недостатком этого способа является низкая точность, что объясняется отсутствием однозначной зависимости между пористостью, числом контактов и прочностью, а также пренебрежением площадью индивидуального контакта.

Вследствие этого расчетная величина

Р может принимать значения большие, меньшие или равные 10 1 Н практически при любом типе структурных связей.

Между тем, прочность породы в основном определяется такими факторами, как структура, текстура, природа свя зей и другими,т.е. обуславливается качественными показателями, а не количественными.

Цель изобретения — повышение .точности определения структурных связей.

Эта цель достигается тем, что в способе определения структурных связей глинистых пород при испытании на прочность, заключающемся в том, что образец породы нагружают и опре- деляют его прочность, по которой судят о структурных связях породы, используют несколько одинаковых образцов породы, которые нагружают в средах с различной диэлектрической

:проницаемостью, а о типе структурных связей породы судят по коэффи991236

Диэлектрическая проницаемость среды,Е

Измеренная прочность на срез Р, ИН/м

Среда

Образец из высушенной пасты

Образец из прессованного порошка

Образец из прессованного порошка

Образец из высу-. шенной пасты

Воздух

1- 10-6

1 106

0,99

1,00

Керосин

0,42

4,2.10 1

0,40

Анилин

2, 1- 1 0

О/21 м-Крезол

1-10

0,1 циенту К, который рассчитывают по формуле

f — - о " р, (1)

Р

5 ро где P - -наименьшая прочность образцов при нагружении в средах, Рц — прочность образцов при нагружении на воздухе, 10

- диэлектрическая проницаемость среды, в которой образец обладает наименьшей прочностью, Eо - диэлектрическая проницаемость воды.

При К (1 .структурные связи породы относят к коагуляционному типу, а при К ) 1 — к конденсационно-кристаллизационному типу.

Из соотношения (1 ) видно, что ве- 20 личина коэффициента К характеризует степень воздействия среды на струк.турные связи породы.

При К РР =сопМ. Это условие характеризует твердые породы, прочность которых не изменяется при их взаимодействии с различными средами.

Такими породами мОгут быть лиофобные кристаллические породы. При 1 C Kazoo

0

Таковыми являются практически все твердые породы. Для глинистых пород конденсационно-кристаллизационной 35 структуры по мере снижения доли крис-. таллизационных связей величина К должна снижаться до К = 1. Условие

К = 1 характеризует глинистую породу. конденсационной структуры, прочность 4О которой снижается по мере увеличения диэлектрической проницаемости, воздействующей на нее, среды (жидкости ) до нуля в пресной воде. При К < 1 прочность породы падает до нуля yze a cpe-45 де с более низкой диэлектрической проницаемостью, чем вода (Е =81). Это условие характеризует породы коагуляционной структуры, связность которых обусловлена неустойчивыми связями вандерваальсовского (молекулярного) взаимодействия..

На чертеже изображен график зависимости прочности от диэлектрической проницаемости среды.

Способ осуществляется следующим образом.

Несколько образцов породы нагружают, например, при сдвиге в средах с различной диэлектрической проницаемостью (воздух, керосин, глицерин, пресная вода и т.д.) и определяют их прочность в этих средах. Затем по формуле (1 ) рассчитывают коэффициент К и в зависимости от его величины оценивают тип структурных связей породы.

Пример . Были проведены испытания двух видов образцов глинистых пород. Образцы первого вида получали прессованием воздушно-сухого глинистого порошка под давлением

100 MH/M, а второго — уплотнением глинистой пасты (на пресной воде) под давлением 5 МН/м2 и последующим высушиванием до воздушно-сухого сос.тояния. Изготовленные таким образом цилиндрические образцы размером 30х х30 мм имели пористость. 225.

По известному способу (1 1 были проведены на воздухе измерения прочности Р образцов на срез. Затем были рассчитаны прочности индивидуальных контактов при значениях параметров г=1 мкм и†=4. Те же образцы были испытаны по предлагаемому способу. п

Измеряли прочность образцов на срез после их трехдневного выдерживания в средах с различной диэлектрической проницаемостью.

Данные испытаний сведены в таблицу.

Расчетная прочность индивидуального контакта

Р1, Н

991236 Продолжение таблицы

Диэлектрическая проницаемость

CPeZ.6 E

Измеренная прочность на срез Р, МН/м

Сре,да

Образец из высушенной пасты

Образец из прессованного порошка

Глицерин 42,5

3 ° 10

0,03

Вода 81

Формула изобретения

Как видно иэ таблицы, расчетная величина контактной прочности на воздухе для обоих видов образцов имеет, одинаковые значения, равные 1-1(Г И.

Так как по известному способу (1 )

7 .при Р ъ1б Н структурные связи относят к конденсационно-кристаллизационТо H RRH o6oHx видов образцов структурные связи будут относиться согласно этому способу к данданному типу.

При определении же типов структурных связей по предлагаемому способу для разных видов образцов получены разные по характеру зависимости прочности от диэлектрической проницаемости среды. Если прочность образцов, полученных из высушенной пасты, по.— мере увеличения диэлектрической проницаемости среды снижается плавно (кривая 1) и достигает. нулевого значения в воде (Ео —- 81), то прочность образцов из прессованного порошка снижается более резко (кривая 2) и 40 достигает нулевого значения в слабополярной среде анилина (E =7).

Коэффициент К, характеризующий, тип структурных связей, определяется. по формуле (1 > и равен котангенсу 45 угла наклона прямой, соединяющей точки, соответствующие наибольшему и наименьшему (нулевому) значениям прочности, к оси абсцисс. Для ббраз цов из высушенной пасты К = 1, а для 5р образцов из прессованного порошка

К = 0,075.

Таким образом, при использовании предлагаемого способа структурные связи образцов из высушенной пасты относятся к конденсационному типу, для которого К = 1, а образцов из . прессованного порошка — к коагуляционному типу, для которого К(1.

Изобретение позволяет более точно характеризовать тип структурных связей глинистых пород, что создает

1Расчетная прочность индивидуального контакта

Р„, Н

Образец из Образец из прессован- высушенной кого порош- пасты ка предпосылки для выявления зон залегания неустойчивых пород на стенках разбуриваемых скважин и обоснованного подбора типов и рецептур буровых растворов, предупреждающих разупрочнение и осыпание пород со стенок скважины.

Способ определения структурных связей глинистых пород при испытании на прочность, заключающийся в том, что образец породы нагружают и определяют его прочность, по которой судят о структурных связях породы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определе" ния, используют несколько одинаковых образцов породы, которые нагружают в средах с различной диэлектрической проницаемостью, а о типе структурных связей судят по коэффициенту К, который рассчитывают по формуле

Я-1

К - р )

1-—

Ро где P — наименьшая прочность образцов при нагружении в средах;

P — прочность образцов при нагружении на воздухе; диэлектрическая проницаемость среды, в которой.,образец обладает наименьшей прочностью; — диэлектрическая проницае.Мость Воды °

Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе

1. Осипов В.И. Природа прочностных и деформационных свойств глинис.тых пород, N. МГУ, 1979, с.179-214 (прототип).

991236

Об

Составитель Г. Алехов

Редактор В. Лазаренко Техред Ж.Хастелевич Корректор .Г,Orap

Заказ 9/5 Тираж одписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Ра ская наб. д. 4 5 с с с Р" с

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

0.00 0 О 0,90 060 0

Е1

1,00 E-f.