УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГЛИН С ЖИДКОСТЯМИ

Полезная модель относится к нефтегазовой, строительной и другим отраслям промышленности и может быть использована при проведении лабораторных исследований для прогнозирования эффектов, связанных с взаимодействием глин, глиносодержащих пород и грунтов с различными жидкостями: водой, буровыми растворами, жидкими углеводородами.
Известно устройство для определения длительной прочности и давления набухания в глинистом грунте (патент РФ №66814, G01IN 3/00, опубл. 27.09.2007), состоящее из основания, на котором установлен резервуар для испытываемого образца грунта, рамы с закрепленным на ней механизмом осевого нагружения и динамометра. Устройство снабжено влагоемкими оболочками для размещения в них пластин грунта, изготовленных из испытываемого образца, и жесткими вставками, располагаемыми между влагоемкими оболочками. Недостатком известного устройства является невозможность определить изменение объема образца глинистого грунта при его набухании.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели (прототипом) является прибор Жигача-Ярова, предназначенный для определения коэффициента набухания глин по методу Жигача-Ярова (Городнов В.Д. Физико-химические методы предупреждения осложнений в бурении. М.: Недра, 1977, с.21-22), включающий емкость для заполнения исследуемой жидкостью, цилиндрический сосуд с перфорированным дном и размещенным в цилиндрическом сосуде образцом исследуемой сухой глины. В цилиндрическом сосуде над образцом исследуемой сухой глины размещен перфорированный поршень, соединенный с датчиком линейных перемещений поршня, закрепленным неподвижно относительно емкости для заполнения исследуемой жидкостью. Образец исследуемой сухой глины размещают в цилиндрическом сосуде с перфорированным дном, при этом в емкость заливают исследуемую жидкость, которая через отверстия в цилиндрическом сосуде и поршне вступает во взаимодействие с образцом глины, вызывая его набухание. По скорости и величине видимого изменения толщины образца судят об интенсивности набухания глин и глинопорошков. Известное решение не позволяет определить количество жидкости, вступившей во взаимодействие с глиной, приводящее к видимому изменению объема образца.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание устройства, позволяющего проводить исследование взаимодействия глин с различными жидкостями.
Техническим результатом, достигаемым при реализации полезной модели, является расширение функциональных возможностей устройства за счет возможности измерять количество жидкости, вступающей во взаимодействие с исследуемым сухим образцом глины или глиносодержащей породы.
Технический результат достигается за счет того, что устройство для исследования взаимодействия глин с жидкостями включает первую емкость для заполнения исследуемой жидкостью с размещенным в ней цилиндрическим сосудом с перфорированным дном, внутри которого установлен с возможностью осевого перемещения перфорированный поршень со штоком, соединенный посредством штока с датчиком линейных перемещений поршня, закрепленным неподвижно относительно первой емкости для заполнения исследуемой жидкостью. Устройство дополнительно содержит вторую емкость для заполнения исследуемой жидкостью, размещенную на измерительной чаше весов, установленных на основании устройства, и снабженную крышкой с отверстием, соединенную с помощью трубки с первой емкостью для заполнения исследуемой жидкостью. Трубка снабжена краном, а приемная часть трубки введена во вторую емкость для заполнения исследуемой жидкостью через отверстие в крышке и жестко зафиксирована относительно основания устройства посредством фиксатора. Первая емкость для заполнения исследуемой жидкостью размещена на опоре, выполненной с возможностью вертикального перемещения.
На фиг.1 показан общий вид устройства,
на фиг.2 показана зависимость изменения относительного объема (ΔV/V) исследуемого образца глины от времени (t) взаимодействия с жидкостью,
на фиг.3 - зависимость изменения количества поглощенной исследуемым образцом глины жидкости (m) от времени (t) взаимодействия с жидкостью,
на фиг.4 - зависимость изменения количества поглощенной исследуемым образцом глины жидкости (m) от изменения относительного объема (ΔV/V) исследуемого образца глины.
Устройство для исследования взаимодействия глин с жидкостями содержит первую емкость 1 для заполнения исследуемой жидкостью с размещенным в ней цилиндрическим сосудом 2 с перфорированным дном. Внутри цилиндрического сосуда 2 установлен перфорированный поршень 3 со штоком, соединенный посредством штока с датчиком 4 линейных перемещений поршня 3. Датчик 4 линейных перемещений поршня 3 закреплен неподвижно относительно первой емкости 1 для заполнения исследуемой жидкостью. Поршень 3 установлен внутри цилиндрического сосуда 2 с возможностью осевого перемещения с помощью направляющих линейного перемещения 5 поршня 3. Устройство дополнительно содержит вторую емкость 6 для заполнения исследуемой жидкостью, размещенную на измерительной чаше весов 7, установленных на основании 8 устройства. Вторая емкость 6 для заполнения исследуемой жидкостью снабжена крышкой 9 с отверстием, выполненным по центру крышки 9. Первая емкость 1 для заполнения исследуемой жидкостью гидравлически соединена со второй емкостью 6 для заполнения исследуемой жидкостью с помощью трубки 10. Трубка 10 снабжена краном 11, установленным на входе в первую емкость 1 для заполнения исследуемой жидкостью. Приемная часть 12 трубки 10 введена во вторую емкость 6 для заполнения исследуемой жидкостью через отверстие в крышке 9 с минимальным зазором относительно отверстия, что позволяет уменьшить испарение исследуемой жидкости. Приемная часть 12 трубки 10 жестко зафиксирована с помощью фиксатора 13 относительно основания 8 устройства, что позволяет исключить, после регулировки положения приемной части 12 трубки 10, трение с крышкой 9 и стенками второй емкости 6 для заполнения исследуемой жидкостью. Первая емкость 1 для заполнения исследуемой жидкостью размещена на опоре 14, выполненной с возможностью вертикального перемещения, что служит для регулировки уровня исследуемой жидкости относительно исследуемого образца глины 15.
0
0
1
1
1
2
2
2
1
2
1-2
Перед началом исследований вторая емкость 6 для заполнения исследуемой жидкостью заполнена исследуемой жидкостью. Вся трубка 10, включая ее приемную часть 12, вплоть до крана 11, также заполнена без пузырей воздуха исследуемой жидкостью. В первой емкости 1 для заполнения исследуемой жидкостью размещен исследуемый образец глины 15 или глиносодержащей породы. При закрытом кране 11 в начальный момент времени по шкале датчика 4 линейных перемещений поршня 3 снимают отсчет Х, характеризующий исходное положение поверхности сухого исследуемого образца глины 15, и отсчет массы исследуемой жидкости М по шкале весов 7. После открытия крана 11 первая емкость 1 для заполнения исследуемой жидкостью с размещенным в ней цилиндрическим сосудом 2 и исследуемым образцом глины 15 заполняется исследуемой жидкостью, перетекающей из второй емкости 6 для заполнения исследуемой жидкостью. После установления общего гидростатического уровня исследуемой жидкости в первой емкости 1 и во второй емкости 6 для заполнения исследуемой жидкостью фиксируют время t и снимают отсчет перемещений X по шкале датчика 4 линейных перемещений поршня 3 и отсчет M по шкале весов 7. Далее, в результате взаимодействия исследуемой жидкости с исследуемым образцом глины 15, образец глины набухает, перемещая при этом поршень 3 и увеличивая показания датчика 4 линейных перемещений поршня 3. В результате поглощения исследуемым образцом глины 15 исследуемой жидкости, уровень исследуемой жидкости в первой емкости 1 для заполнения исследуемой жидкостью снижается, нарушая равновесие уровней исследуемой жидкости в обеих емкостях 1 и 6 для заполнения исследуемой жидкостью. Восстановление равновесного состояния уровней исследуемой жидкости в емкостях 1 и 6 для заполнения исследуемой жидкостью происходит путем непрерывного перетекания избыточной части исследуемой жидкости из второй емкости 6 для заполнения исследуемой жидкостью в первую емкость 1 для заполнения исследуемой жидкостью под действием силы тяжести. При этом показания весов 7 уменьшаются. Далее, в момент времени t снимают отсчет Х по шкале датчика 4 линейных перемещений поршня 3 и отсчет M по шкале весов 7. По результатам отсчетов, снятых в моменты времени t и t вычисляют приращение объема ΔV исследуемого образца глины диаметром d
1-2
1-2
2
1
и приращение массы исследуемой жидкости Δm, затраченное на увеличение объема исследуемого образца глины ΔV за время t-t
2
4
2-3
3-4
2-3
3-4
Аналогично снимают отсчеты в моменты времени t, t, …, по которым рассчитывают значения ΔV, ΔV, … и Δm, Δm, ….
0
0
0
Отсчет Х используют для контроля стабильности системы измерения, а отсчет М - для вычисления количества жидкости ΔМ, взаимодействующей с образцом глины в виде
0
Вычисленное значение ΔМ позволяет характеризовать относительное изменение количества поглощенной исследуемым образцом глины жидкости .
По результатам вычислений строят график зависимости изменения относительного объема (ΔV/V) исследуемого образца глины от времени (t) взаимодействия с исследуемой жидкостью, график зависимости изменения количества поглощенной исследуемым образцом глины жидкости (m) от времени (t) взаимодействия с жидкостью, график зависимости изменения количества поглощенной исследуемым образцом глины жидкости (т) от изменения относительного объема (ΔV/V) образца глины.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет визуально снимать показания датчика линейных перемещений поршня и показания весов или, с применением соответствующих измерительных приборов, автоматически получать временные зависимости приращения объема исследуемого образца глины при набухании и временные зависимости количества исследуемой жидкости, затраченной на набухание, а также, исключая время, строить зависимости приращения объема от количества затраченной жидкости.