УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА И НАПРАВЛЕНИЯ ПАДЕНИЯ ТРЕЩИН В КЕРНОВОМ МАТЕРИАЛЕ

Полезная модель «Устройство для определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале» относится к области геологии, в частности к устройствам для определения элементов залегания трещин и границ пластов в керне.
Известен кернометр (См. Авт. св. СССР №1027381, МПК E21B 47/022, Опубл. 07.07.83), содержащий основание со шкалой азимутов и зенитных углов, стакан для закрепления керна, установленный на основании, подвижный хомут, стойку, визирующий узел, выполненный в виде двух подвижных один относительно другого держателей с эластичными элементами, на параллельных сторонах которых установлен фиксатор.
Недостатком известного кернометра являются низкие эксплуатационные и технические качества.
Данный недостаток обусловлен сложностью кернометра и значительными затратами времени на настройку устройства и его подготовку к измерениям. Кроме того, устройство не позволяет производить измерения кернов произвольной длины и достаточно точно реконструировать картину расположения керна в пространстве.
Наиболее близким к заявляемому устройству является взятое за прототип устройство для определения углов падения и простирания трещин и границ пластов на керне (См. Патент РФ на полезную модель №139738, МПК E21B 47/02, опубл. 20.04.2014), включающее устройство для размещения керна, измерительные шкалы, установленные на основании и закрепленные на нем две параллельные выполненные с измерительной шкалой рельсовые направляющие и стойки, на которых в плоскости, параллельной плоскости основания, закреплено ложе для размещения керна, на рельсовых направляющих установлена тележка, выполненная с возможностью перемещения по рельсовым направляющим и оснащенная двумя парами измерительных шкал в форме лимбов, измерительные шкалы первой пары выполнены с возможностью кругового охвата керна, шкалы второй пары выполнены со стрелками и установлены на одной оси, перпендикулярной оси ложа для размещения керна, с возможностью вращения вокруг керна, причем ложе для размещения керна выполнено длиной, не превышающей длины основания устройства или превышающей длину основания устройства, кроме того, устройство выполнено с дополнительными секциями, снабженными рельсовыми направляющими, присоединяемыми к основной секции устройства посредством стыковочных элементов и оснащенными стойками для закрепления ложа и для размещения керна, основание может быть выполнено в виде одной плоской пластины или в виде нескольких пластин, рельсовые направляющие выполнены с нанесенной на их внешнюю поверхность измерительной шкалой и с измерительной шкалой, нанесенной на закрепленный к направляющим съемный носитель, ложе керна выполнено в форме желоба, измерительные шкалы, выполненные с возможностью кругового охвата керна, выполнены с разъемом, позволяющим тележке при ее продвижении беспрепятственно проходить через стойки с закрепленным на них ложем, измерительные шкалы оснащены электронными датчиками снятия и вывода информации на цифровой носитель, стрелки второй пары измерительных шкал оснащены устройством для излучения плоского лазера.
Недостатком известного устройства являются трудоемкость процесса измерений, низкие эксплуатационные и технические качества.
Данный недостаток обусловлен тем, что присутствует большое влияние человеческого фактора и отсутствует возможность работы с керном большого диаметра автоматизация и возможность сканирования керна, дающего в последующем изображение развертки поверхности кернового материала.
Задачей заявляемой полезной модели «Устройство для определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале» является повышение эффективности и точности определения угла наклона и падения трещин на керновом материале посредством получения качественного цифрового изображения развертки поверхности кернового материала.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели «Устройство для определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале» является повышение эффективности, точности эксплуатационных и технических качеств.
Поставленный результат достигается тем, что в известном устройстве для определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале, содержащем основание с ложементами для кернового материала (керновой колонки) и направляющие, по которым перемещается блок, выполненный с возможностью вращения вокруг керновой колонки, согласно полезной модели перемещающийся блок выполнен в виде оснащенного сервоприводом сканирующего блока, перемещающегося по направляющим основания, выполненного в виде рамы, на ложементах которого закреплен лоток для керновой колонки, упомянутый сканирующий блок содержит оснащенный сервоприводом и установленный с возможностью перемещения по образующей окружности цилиндра керновой колонки поворотный блок, содержащий цифровую фотокамеру со сменным объективом и защитный экран, осветительные блоки, лазерный измеритель расстояния, управление сервоприводами сканирующего и поворотного блоков осуществляется посредством программного обеспечения персонального компьютера.
Между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.
В отличие от аналогов и прототипа использование в предлагаемой полезной модели «Устройство для определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале» персонального компьютера с соответствующим программным обеспечением устанавливающего четкие параметры съемки, как то: светочувствительность, используемый источник освещения, выдержку, диафрагму, длину сканирующего участка, сторону сканирования, качество сканирования, информацию об объекте сканирования, позволяет получать высококачественное цифровое изображение в дневном и ультрафиолетовом свете, по результатам обработки которого определяется угол наклона трещин в керновом материале. Использование устройства определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале, содержащего основание с направляющими и закрепленный на ложементах основания лоток для керновой колонки, с возможностью перемещения по направляющим основания, выполненного в виде рамы, оснащенного сервоприводом сканирующего блока, содержащего оснащенный сервоприводом и установленный с возможностью перемещения по образующей окружности цилиндра керновой колонки поворотный блок, оснащенный цифровой фотокамерой со сменным объективом и защитный экран, осветительные блоки, лазерный измеритель расстояния, управление сервоприводами сканирующего и поворотного блоков, осуществляемое посредством программного обеспечения персонального компьютера, позволяет получать высококачественное цифровое изображение в дневном и ультрафиолетовом свете, по результатам обработки которого точно определяется угол наклона трещин в керновом материале. Кроме того, использование предлагаемого устройства для определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале обеспечивает возможность сканирования керновой колонки с диаметром от 30 до 120 мм с автоматическим контролем диаметра лазерным дальномером, т.е. в совокупности предложенных признаков заявляемая полезная модель позволяет повысить эффективность, точность, эксплуатационные и технические качества.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной полезной модели «Устройство для определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале», позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного технического решения. По имеющимся у заявителя сведениям, совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели «Устройство для определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале» не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели «Устройство для определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале» критерию "новизна". Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных, по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату, отличительных признаков в заявляемой полезной модели «Устройство для определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале», изложенных в формуле полезной модели. Следовательно, заявляемая полезная модель «Устройство для определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале» соответствует критерию "новизна".
Для проверки соответствия заявляемой полезной модели «Устройство для определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале» критерию «новизна» заявитель провел также дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить совокупность признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемой полезной модели «Устройство для определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале». Результаты поиска показали, что заявляемая полезная модель «Устройство для определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале» не известна в известном уровне техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых признаков заявленной полезной модели «Устройство для определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале» преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленная полезная модель «Устройство для определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале» соответствует критерию "новизна".
Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании в заявленной полезной модели «Устройство для определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале» совокупности условий в том виде, как заявляемая полезная модель «Устройство для определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале» охарактеризована в формуле полезной модели «Устройство для определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале», при осуществлении полезной модели обеспечивается достижение усматриваемого заявителем технического результата, а именно получение высококачественного цифрового изображения в дневном и ультрафиолетовом свете, по результатам обработки которого определяется угол наклона и направления падения трещин в керновом материале. Кроме того, использование предлагаемого устройства для определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале обеспечивает возможность сканирования керновой колонки с диаметром от 30 до 120 мм с автоматическим контролем диаметра, т.е. повышение эксплуатационных и технических качеств с учетом простоты конструкции и высокой эффективности работы установки, а также дополнительных технических результатов в виде в виде повышения эксплуатационных возможностей, в частности произведение сканирования (фотографирования) в автоматическом режиме всех участков равной длины керновой колонки, расположенной на лотке заявляемого устройства, следовательно, заявленная полезная модель «Устройство для определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале» соответствует критерию "промышленная применимость".
Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность полезной модели «Устройство для определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале» может быть многократно использована в технологичном и одновременно нетрудоемком и точном процессе определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале с получением технического результата, заключающегося в высококачественном цифровом изображении в дневном и ультрафиолетовом свете, по результатам обработки которого определяется угол наклона, кроме того, обеспечивается возможность сканирования керновой колонки с диаметром от 30 до 120 мм с автоматическим контролем диаметра.
Сущность заявляемой полезной модели «Устройство для определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале» поясняется примером конкретного выполнения, схемами, где:
- на фиг. 1 изображено устройство для определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале;
- на фиг. 2 изображены сканирующий и поворотный блоки устройства определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале;
- на фиг. 3 изображен керновый материал, подготовленный к сборке в керновую колонку;
- на фиг. 4 изображена керновая колонка, собранная из кернового материала по фиг. 3;
- на фиг. 5 изображен керновый материал (часть керновой колонки) с условной линией Z-Z вдоль его длины;
- на фиг. 6. изображен вид по стрелке «В» фиг. 5 с направлением трещины и азимута ее падения;
- на фиг. 7 изображен вид отсканированной стороны «А» керновой колонки;
- на фиг. 8 изображен вид отсканированной стороны «Б» керновой колонки;
- на фиг. 9 изображен вид отсканированных сторон «А» и «Б» и условной линии Z-Z вдоль всей длины керновой колонки в программном обеспечении в виде плоской развертки поверхности кернового материала.
Устройство для определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале включает основание, выполненное в виде рамы 1, с направляющими 2, по которым перемещается сканирующий блок 3 вдоль направления секции кернового материала - керновой колонки 4. Длина керновой колонки 4 кратна метру. Керновая колонка 4 закреплена на неподвижно установленном лотке 5 для кернового материала, закрепленном на ложементах 6 рамы 1. Перемещение сканирующего блока 3 по направляющим 2 осуществляется с помощью сервопривода 7. На перемещающемся по направляющим 2 рамы 1 сканирующем блоке 3 в плоскости, перпендикулярной центральной оси C-C керновой колонки 4, закреплен поворотный блок 8, перемещающийся по образующей окружности цилиндра керновой колонки 4, центр вращения которой совпадает с центральной осью C-C керновой колонки 4. Перемещение упомянутого поворотного блока 8 осуществляется сервоприводом 9. Поворотный блок 8 включает в себя следующие элементы: цифровую фотокамеру 10 со сменным объективом 11, осветительный блок дневного света и ультрафиолетового света 12 с длиной волны 400 нм, лазерный измеритель расстояния 13 (дальномер), защитный экран 14. Управление сервоприводами 7 и 9 блоками освещения 12, цифровой фотокамерой 10, лазерным измерителем расстояния 13 происходит посредством персонального компьютера с соответствующим программным обеспечением (на схеме не показан).
Заявляемое устройство для определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале позволяет получать высококачественное цифровое изображение в дневном и ультрафиолетовом свете, по результатам обработки которого определяется угол наклона трещин в керновом материале. Кроме того, использование предлагаемого устройства для определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале обеспечивает возможность сканирования керновой колонки с различным диаметром от 30 мм до 120 мм, при сканировании осуществляется автоматически контроль диаметра лазерным измерителем расстояния.
Устройство для определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале работает следующим образом.
1
2
20
п
1
2
12
1
2
20
Первоначально у образцов кернового материала, поступившего с месторождений в лабораторию, проводили оценку первичного состояния. Затем образцы кернового материала, прошедшие оценку первичного состояния, состыковывали с образованием керновой колонки 4 и маркером наносили условную линию Z-Z вдоль всей длины керновой колонки 4. После этого производили мойку кернового материала - керновой колонки 4 проточной водой с применением щетки и губки. Промытый керновый материал в течение восьми часов сушили при комнатной температуре, а затем помещали керновую колонку 4, размером кратную метру, на неподвижный лоток 5 для кернового материала устройства определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале. Далее с помощью персонального компьютера с соответствующим программным обеспечением устанавливали параметры съемки, как то: светочувствительность, используемый источник освещения, выдержку, диафрагму, длину сканирующего участка, сторону сканирования, качество сканирования, информацию об объекте сканирования. После этого последовательно производили сканирование (фотографирование) в автоматическом режиме всех участков равной длины «L=5 см», первой стороны «А» керновой колонки (условно сторону «А» по дуге керновой колонки от 0 до 180°+3°), т.е. сканировали по очереди участки длиной «L+L+…+L=L» керновой колонки и длиной дуги «h+h+…+h=H», после того, как сканировали первый участок «L» по всей длине дуги «H» первой стороны «А» кернового материала камеру продвигали вперед и вновь повторяли операцию сканирования на участке «L» и так повторяли сканирование до конца участка «L» метра. После того как завершали сканирование стороны «А» сканирующий блок 3 возвращали в исходную позицию. Полученные снимки автоматически, используя программное обеспечение, обрабатывали с учетом координат их съемки. Снимки сшивали в единое изображение (фиг. 3), при этом масштаб единого изображения соответствовал масштабу кернового материала (керновой колонки). Затем керновую колонку 4 накрывали вторым фиксирующим лотком 5 и производили разворот фиксирующих лотков с керновой колонкой 4 на 180° относительно условной стороны «А». После этого в настройках программного обеспечения выбирали съемку керновой колонки 4 на стороне «Б», которую установили на месте уже отсканированной стороны «А», и сканировали сторону «Б» аналогично процессу сканирования стороны «А». Таким образом, получали два снимка сторон «А» и «Б» керновой колонки 4, которые помещали в общую базу данных указанного исследуемого объекта - кернового материала. Снимки сторон «А» и «Б» сшивали в один снимок, являющийся плоской разверткой поверхности кернового материала (фиг. 4). В последующем, посредством использования программного обеспечения, на плоской развертке сторон «А» и «Б» поверхности кернового материала (фиг. 4) отмечали выявленные трещины и далее, по координатам выявленных трещин, рассчитывали углы наклона и направление падения этих трещин относительно условной линии Z-Z вдоль всей длины керновой колонки. Развернутое изображение трещин представляло синусоиды (в случае горизонтальных трещин). Для вертикальных трещин определяли только угол наклона, т.е. отношение высоты амплитуды к диаметру керновой колонки.
где < - угол наклона;
A - высота амплитуды;
d - диаметр керновой колонки;
Для определения направления падения трещины на схеме кернового материала фиг. 2 за ноль принимали изображение условной линии Z-Z вдоль всей длины керновой колонки 4, при котором направлением падения являлся градус от условной линии до минимальной точки трещины по часовой стрелке, согласно Фиг. 2, при этом в программном обеспечении указывали: генетический тип и подтип трещин; генетическую разновидность трещин; морфологические и генетические свойства трещин. Для стилолитовых швов указывали: тип стилолитов (по форме); амплитуду (высоту выступов в см); ориентировку к напластованию; соотношение стилолитов в слое (стилолитовая сеть); соотношения стилолитов и трещин; состав вещества заполнителя.
Применение предлагаемой полезной модели «Устройство для определения угла наклона и направления падения трещин в керновом материале» позволяет точно определить угол наклона и падения трещин на керновом материале посредством получения цифрового изображения развертки поверхности керна при сохранении простоты конструкции, повысить эксплуатационные и технические качества, а также повысить эффективность работы устройства.