СТЕНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ РАСКРЫТИЯ ТРЕЩИНЫ

Техническое решение относится к горному делу и предназначено для измерения величины раскрытия искусственной трещины, создаваемой в имитируемых горных породах.
Известно устройство, реализующее способ контроля размеров трещины гидроразрыва горных пород по авт.св. СССР №1298376, кл. Е 21 С 39/00, опубл. в БИ №11, 1987 г., включающее насос, трубопровод, через который подают флюид под давлением, при котором происходит гидроразрыв горной породы с образованием трещины. Описанное устройство громоздко и требует больших материальных затрат на изготовление, а точность замеров во многом зависит от естественной трещиноватости массива, что снижает эффективность работы данного устройства.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к предлагаемому техническому решению является устройство, реализующее способ контроля размеров трещины в образце по авт.св. №1740990, кл. G 01 B 13/12, опубл. в БИ №22, 1992 г., включающее корпус, переходящий в шток, на который насажена с возможностью продольного перемещения притертая к нему труба, индикатор, установленный с противоположного штоку торца трубы. Недостатком этого устройства является то, что оно устанавливается внутри образца, поэтому необходимо доставлять специально отобранные и подготовленные образцы для проведения экспериментов. Кроме того, на точность измерения величины раскрытия трещины влияет прочность закрепления корпуса и трубы с индикатором, которые под действием давления нагнетаемого флюида могут проскакивать по стенкам скважины.
Техническая задача - повышение эффективности работы стенда при исследовании формирования искусственных трещин за счет исключения возможности проскальзывания базовых элементов, используемых для измерения величины раскрытия инициирующей трещины в имитируемых образцах.
Поставленная задача решается тем, что в стенде для определения величины раскрытия трещины, включающем цилиндрический корпус, шток, и индикатор, опертый ножкой на шток и закрепленный на кронштейне, соединенном с корпусом, согласно техническому решению в корпусе установлены контактирующие плоскими поверхностями подвижный и неподвижный диски, имеющие по центру углубления. В неподвижном диске углубление соединено с насосом осевым отверстием, причем шток жестко соединен с подвижным диском и проходит внутри цилиндрической пружины,
опертой на подвижный диск, а противоположной стороной закрепленной на гайке, имеющей с корпусом резьбовое соединение.
Указанная совокупность признаков позволяет проводить эксперименты в лабораторных условиях и имитировать породы любой прочности, что не требует доставки специально отобранных и подготовленных образцов, т.к. функцию испытываемого образца выполняют подвижный и неподвижный диски. Изменяя силу прижатия указанных дисков друг к другу, увеличивают или уменьшают равномерно распределенную нагрузку от одного из них к другому по площади их контакта, следовательно, изменяют прочность имитируемой породы на разрыв, которая подбирается в соответствии с прочностью имитируемого образца. Прочность породы имитируется в широком диапазоне за счет равномерно распределенной нагрузки от цилиндрической пружины по всей плоскости контакта указанных дисков, а сила ее прижатия регулируется гайкой.
На предлагаемом стенде можно проводить большое количество экспериментов, задавая прочность имитируемого образца посредством изменения силы прижатия дисков друг к другу. Для получения достоверных результатов нет необходимости проводить повторные эксперименты. Кроме того, экономятся средства на доставку образцов, их подготовку к испытанию. В связи с отсутствием в конструкции элементов, способных проскальзывать относительно стенок скважины, искажая при этом показания индикатора, повышается эффективность работы стенда при исследовании формирования искусственных трещин.
Сущность технического решения поясняется примером конкретного конструктивного исполнения и чертежом, где показан
общий вид стенда для определения величины раскрытия трещины в статическом состоянии (продольный разрез).
Стенд для определения величины раскрытия трещины (далее -стенд) состоит из цилиндрического корпуса 1, внутри которого установлена цилиндрическая пружина 2 (далее - пружина 2), подвижный диск 3 и неподвижный диск 4 (далее - диски 3, 4). Диск 3 жестко соединен со штоком 5, свободно проходящим через центральное отверстие гайки 6. С наружной стороны корпуса 1 неподвижно закреплен кронштейн 7, на консольной части которого укреплен индикатор 8 так, что его ножка 9 оперта на торец штока 5. Диски 3 и 4 прижаты друг к другу плоскими поверхностями пружиной 2, а усилие прижатия регулируется гайкой 6. Углубления в дисках 3 и 4, выполненные по их центру, образуют полость 10, служащую инициирующей трещиной. Флюид заданной вязкости подают в осевое отверстие 11 диска 4 от насоса 12 через трубопровод 13. Величину давления флюида контролируют с помощью манометра 14. Отработанный флюид выходит через отверстие 15.
Стенд работает следующим образом. Завинчивая гайку 6, регулируют величину упругой деформации пружины 2 и создают необходимое усилие прижатия дисков 3 и 4 друг к другу.
Удельное давление по плоскости контакта дисков 3 и 4 имитирует прочность испытываемого материала на разрыв. Для повышения достоверности опытов диски 3 и 4 по плоскости контакта предварительно притирают и проверяют установку дисков 3 и 4 на герметичность. После проведения очередного опыта контактные плоскости дисков 3 и 4 тщательно очищают от остатков флюида.
Испытания проводят в следующей последовательности: вращая гайку 6, изменяют усилие прижатия дисков 3 и 4 друг к другу и тем
самым имитируют создание контактных напряжений. Индикатор 8 устанавливают на ноль. Подают флюид заданной вязкости до тех пор, пока диск 3 не начнет подниматься. По показаниям индикатора 8 фиксируют момент страгивания диска 3, определяющий начало раскрытия инициирующей трещины. Величину раскрытия инициирующей трещины определяют с точностью до 1 мк.
Стенд позволяет имитировать прочностные свойства горных пород силой прижатия диска 3 к диску 4. Зная площадь поверхности контакта дисков 3 и 4 и усилие, приходящееся на единицу ее поверхности, можно создать подобие прочности любой горной породы.