Патент на изобретение №2342646

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОРИСТОСТИ И ПРОНИЦАЕМОСТИ ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОД

(57) Реферат:

Изобретение может использоваться во многих отраслях производства, в лабораторной практике горных, геологических, нефтегазовых НИИ и организаций при проведении физико-химических анализов. Устройство содержит раму, образованную верхней и нижней траверсами и двумя стойками. Внутри рамы размещен кернодержатель, включающий полый корпус с радиальным каналом, верхнюю и нижнюю крышки, верхний пуансон и нижний пуансон, включающий осевой и радиальный канал, гильзу с размещенным внутри нее образцом горной породы. Устройство содержит цилиндрическую подставку со сквозным проемом, верхний край которой связан с нижней траверсой рамы, а нижний край – с дном, включающим закрепленный в его осевом отверстии упор, шарнирно связанный с нижним краем нижнего пуансона. Пневматическая камера, включающая корпус с радиальным каналом и поршень, установлена внутри рамы. Корпус пневматической камеры жестко связан с подпружиненными вильчатыми опорами с возможностью их шарнирного скольжения до герметичной связи с верхним краем верхней крышки кернодержателя, внутри верхней крышки выполнен сквозной канал. К радиальному каналу корпуса подключен пневмомотор, к радиальному каналу верхней крышки и радиальному каналу нижнего пуансона подключен баллон с газообразным гелием или азотом. К вентилю радиального канала корпуса верхней крышки подсоединена ловушка и через соответствующие вентили – пьезометр. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции, повышение надежности ее работы и снижение стоимости при необходимой производительности. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к измерениям объема пор, пористости, проницаемости горных пород и других пористых сред и может быть использовано во многих отраслях производства, в лабораторной практике горных, геологических, нефтегазовых НИИ и организаций, при проведении физико-химических анализов. Зная объем пор исследуемой среды определенного известного объема, находят коэффициент пористости, равный отношению объема пор к объему среды. Это же устройство, связанное с известным пьезометром, можно использовать при измерении проницаемости.

Известно устройство для определения характеристик образцов горных пород, содержащее камеру с кернодержателем, штуцеры с трубками системы подачи и отвода флюида, штуцер с трубкой подачи жидкости для создания обжимающего давления, блок измерения удельного электрического сопротивления керна, соединенный с трубками подвода и отвода флюида, причем кернодержатель размещен в герметизированной камере и выполнен из герметичной электроизоляционной эластичной оболочки, один конец которой охватывает подвижный электрод, а другой – неподвижную торцовую втулку, ограниченная ими внутренняя полость соединена каналами с трубками подачи и отвода флюида, а полость, ограниченная внешней поверхностью эластичной оболочки и внутренними стенками камеры, соединена со штуцером подачи жидкости для создания обжимающего давления, в котором дополнительно введены электронный блок измерения времени распространения продольных и поперечных волн в керне, два вкладыша, выполненные в виде цилиндров ступенчатой формы, причем торцы вкладышей с меньшим диаметром установлены в цилиндрических выемках такого же диаметра в подвижном электроде и неподвижной втулке, а диаметры вторых ступеней равны диаметру керна, причем в них выполнены сквозные отверстия для подвода флюида к керну и отвода от него, а на их торцах выполнены канавки для распределения по ним флюида, причем отверстия проходят через одну из канавок, на торцах вкладышей меньшего диаметра установлены пьезоэлектрические пластины, соединенные с электронным блоком измерения времени распространения упругих волн в керне (RU №2284413 С1).

Недостатком этого устройства является то, что оно функционально предназначено для определения параметров нефтеводогазонасыщенных образцов пород, требующих насыщения жидкостью, и не предусматривает измерений газопроницаемости и объема пор в сухом образце.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является автоматизированный пермеаметр – порозиметр АР-608 (АР-608, Автоматизированный пермеаметр – порозиметр. Руководство для пользователя. CORETEST SYSTEMS, JNC, прототип). АР-608 – это отвечающая последним достижениям науки и техники система для измерения проницаемости по газу и пористости образцов породы в условиях реальных напряжений. Пористость и поровый объем измеряются по методу на основе закона Бойля. Вся процедура, например определение проницаемости, полностью автоматизирована для получения точных воспроизводимых данных. Система АР-608 предлагает более совершенную технологию по сравнению с большинством известных порозиметров за счет закачки гелия с обоих торцов образца керна вместо ввода с одного торца, что позволяет уравновешивать поровое давление в два раза быстрее по сравнению с обычными порозиметрами. Система АР-608 способна обеспечивать давление гелия до 250 psi, что сокращает время, необходимое для уравновешивания давления на образцах с очень низкой проницаемостью. Кернодержатель, поставляемый с системой АР-608, представляет собой держатель керна типа кернодержателя Хаслера, в котором имеется блок регулирования концевой части быстрого разъединения для размещения цилиндров керна от одного до четырех дюймов длиной (от 2,5 см до 10 см). Максимальное горное давление 9500 psi. Кернодержатель может вмещать в себя образцы керна диаметром от 1,0 до 1,5 дюймов. Система АР-608 имеет электронный насос для жидкости, управляемый компьютером, для регулирования горного давления.

Поровое давление и всестороннее давление измеряются двумя электронными датчиками давления с пределами давления от 0 до 250 psi (поровое) и 10000 psig (всестороннее). Значения обоих давлений выводятся через два цифровых дисплея на передней панели, а также программой управления. Регулятор объема представляет собой миниатюрный усилитель давления и обеспечивает известный объем, используемый в расчетах пористости. Корпус поршня и блок поршня регулятора объема образуют концевую секцию низкого давления миниусилителя. Меньший по размеру поршень образует концевую секцию усилителя высокого давления. Кернодержатель включает внешний цилиндрический корпус со ступенчатыми крышками, внутри которого размещена гильза из эластичного материала с коническими поверхностями на ее краях, внутри которой помещен образец горной породы с прижатыми к ступенчатым крышкам и к его краям вкладышами-пуансонами цилиндрической формы с осевыми каналами, внутри которых размещены подпружиненные удлиненные клапаны трубчатой формы, связанные жестко с вкладышами-пуансонами и со ступенчатыми крышками, присоединенными жестко к краям корпуса кернодержателя, верхняя втулка с конической поверхностью сопряжена с конической поверхностью верхнего края гильзы из эластичного материала, с внешней цилиндрической поверхностью верхнего пуансона и герметично с внутренней поверхностью корпуса кернодержателя, нижняя втулка с конической поверхностью герметично опирается на внутренний выступ корпуса кернодержателя и сопряжена с конической поверхностью нижнего края гильзы и с внешней цилиндрической поверхностью нижнего пуансона, пневматическая камера известного регулируемого объема вынесена за пределы конструкции кернодержателя.

Недостатком данного устройства является его сложная конструкция, включающая также средства, обеспечивающие автоматизацию всех измерений, вследствие чего оно приобретает высокую стоимость порядка 55000 долларов. Его недостаток – надежность как следствие сложности.

Задачей изобретения является повышение надежности, упрощение процесса проводимых измерений и снижение стоимости устройства при обеспечении необходимой производительности.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции кернодержателя, пневмокамеры, системы управления ее объемом.

Достигается это тем, что устройство для определения пористости и проницаемости образцов горных пород, содержащее жестко скрепленную раму, образованную верхней и нижней траверсами и двумя стойками, размещенный внутри нее с опорой на нижнюю траверсу кернодержатель, включающий полый корпус с коническими поверхностями и радиальным каналом, верхнюю и нижнюю крышки, прикладываемые к торцам корпуса кернодержателя, верхний пуансон и включающий осевой и радиальный канал нижний пуансон, выполненную из эластичного материала гильзу с коническими поверхностями, с размещенным внутри нее образцом исследуемой горной породы правильной цилиндрической формы с плоскими параллельными торцами, перпендикулярными его оси, пневматическую камеру, включающую корпус, оснащенный радиальным каналом, и поршень, размещенный в указанном корпусе с возможностью перемещения в прямом и обратном направлениях, дополнительно снабжено цилиндрической подставкой со сквозным проемом, верхний край указанной цилиндрической подставки жестко связан с нижней траверсой рамы, а ее нижний край жестко связан с дном, включающим закрепленный в его осевом отверстии упор, шарнирно связанный с нижним краем нижнего пуансона, верхняя и нижняя крышки кернодержателя включают конические поверхности, сопряженные с коническими поверхностями эластичной гильзы, пневматическая камера установлена внутри рамы, при этом корпус пневматической камеры жестко связан с подпружиненными вильчатыми опорами с возможностью их шарнирного скольжения вдоль стоек указанной рамы до герметичной связи с верхним краем верхней крышки кернодержателя посредством нажимного упора, шарнирно связанного с верхней траверсой рамы, нижняя часть указанной верхней крышки выполнена цилиндрической формы, внутри верхней крышки выполнен сквозной канал, связанный с пневматической камерой и с радиальным каналом, выполненным в верхней части указанной крышки кернодержателя, к радиальному каналу корпуса через вентиль подключен пневмомотор для создания внешнего давления на объем образца исследуемой горной породы, причем создаваемое давление регистрируется манометром, к радиальному каналу верхней крышки и радиальному каналу нижнего пуансона подключен баллон с газообразным гелием или азотом для заполнения объема пор образца исследуемой горной породы, каналов и подводящих трубок, причем создаваемое давление регистрируется цифровым манометром, к вентилю радиального канала корпуса верхней крышки подсоединена ловушка с дистиллированной водой, по вытеснению которой определяют объем пневмокамеры, и через соответствующие вентили – пьезометр. При этом для определения пористости и проницаемости образцов горных пород в условиях внешних давлений, приближающихся к пластовым, верхняя и нижняя крышки кернодержателя жестко скреплены с корпусом кернодержателя, а их сопрягаемые цилиндрические поверхности снабжены уплотнительными кольцами из эластичного материала, между которыми размещена гильза из эластичного материала с испытуемым образцом породы, при этом края указанной гильзы сопряжены с коническими поверхностями крышек кернодержателя и цилиндрической поверхностью внутренней полости корпуса кернодержателя; поршень, расположенный внутри пневмокамеры, выполнен с возможностью перемещения с помощью механического привода.

На фиг.1 представлен вертикальный продольный разрез предлагаемого устройства, когда боковой обжим образца породы осуществляется сжатым газом; на фиг.2 – продольный разрез предлагаемого устройства, когда боковой обжим образца породы осуществляется жидкостью; на фиг.3 – продольный разрез пневматической камеры 14 (на фиг.1) известного регулируемого объема; на фиг.4 – разрез А – А на фиг.3; на фиг.5 – монтажная схема, иллюстрирующая работу с предлагаемым устройством; на фиг.6 – устройство для измерения рабочего объема пневмокамеры (ловушка 42 для вытесняемого объема воздуха из пневмокамеры 14).

Устройство (фиг.1 – фиг.2) содержит жестко скрепленную раму, образованную верхней 1 и нижней 2 траверсами и двумя стойками 3. Верхняя траверса 1 связана со стойками 3 шарнирно в горизонтальной плоскости замковым соединением (см. патент RU №2217728 С2, МПК 7 G01 N1/22).

Внутри рамы с опорой на нижнюю траверсу 2 размещен кернодержатель, включающий полый корпус 4 с коническими (цилиндрическими) поверхностями и радиальным каналом 5, предназначенным для бокового обжатия образца породы, верхнюю крышку 6, оснащенную конической поверхностью и в своей нижней части – верхним пуансоном цилиндрической формы с осевым каналом 7, сообщающимся с радиальным каналом 8, выполненным в теле верхней крышки, нижнюю крышку 9, оснащенную конической поверхностью и осевым отверстием, зафиксированную на нижней траверсе 2 с помощью штифтов, внутри полого корпуса 4 с коническими (цилиндрическими) поверхностями размещена гильза 10 из эластичного материала, конические поверхности которой сопряжены с коническими поверхностями корпуса 4 и крышек 6 и 9, прикладываемых к торцам корпуса. Внутри осевого отверстия нижней крышки 9 пропущен нижний пуансон 11, оснащенный осевым каналом 12, сообщающимся с радиальным каналом 13. Каналы 7, 8, 12, 13 предназначены для подачи в них рабочего агента (газообразных гелия или азота). При определении характеристик образцов горных пород в условиях, приближающихся к пластовым, для их обжатия используют жидкость. В этом случае целесообразно использовать конструкцию кернодержателя, как это показано на фиг.2. Пневматическая камера 14 известного регулируемого объема заключена между верхним краем верхней крышки 6, корпусом 15, оснащенным радиальным каналом 16, предназначенным для выпуска воздуха в атмосферу, поршнем 17, размещенным внутри корпуса 15 в крайнем верхнем положении с возможностью его перемещения в крайнее нижнее положение, при котором объем камеры становится равным нулю. Регулируемость объема пневмокамеры 14 осуществляется с помощью червячной пары 15′, связанной шарнирно с винтом 17′, размещенным в перемычке корпуса 15 (фиг.3, 4).

Цилиндрическая подставка 18 с проемом 18′, верхний край которой жестко скреплен с нижней траверсой 2 рамы, а ее нижний край жестко связан с помощью штифтов 19 с дном 20 с закрепленным в его осевом отверстии винтовым упором 21, связанным шарнирно посредством накидной гайки 22 с нижним краем нижнего пуансона 11 с возможностью фиксации их взаимного положения с помощью контргайки 23. Корпус 15 пневматической камеры 14 известного регулируемого объема жестко связан с подпружиненными, с помощью пружин 24 сжатия, вильчатыми опорами 25 с возможностью их поступательного шарнирного скольжения вниз вдоль стоек 3 рамы до герметичной связи с верхним краем верхней крышки 6 кернодержателя посредством нажимного винтового упора 26 с рукояткой 26′, шарнирно связанного с верхней траверсой 1 рамы.

Нижняя часть верхней крышки 6 с коническими поверхностями выполнена в виде верхнего цилиндрического пуансона, внутри которого размещен осевой канал 7, предназначенный для связи с пневматической камерой 14 известного регулируемого объема, сообщающийся с радиальным каналом 8 верхней крышки 6 для связи с цифровым манометром 27 и в случае надобности, при измерении проницаемости пористой среды, с пьезометром 28. Между нижним краем верхнего пуансона верхней крышки 6 и верхним краем нижнего пуансона 11 размещен испытуемый объем пористой среды 29 (фиг.1, 2, 5). На фиг.4 представлен разрез А – А на фиг.3, из которого видно, как червячная пара 15′ (зубчатое колесо + червяк с рукояткой) связана с верхней шлицевой частью винта 17′. Привод червячной пары в виде рукоятки размещен вне корпуса пневмокамеры 14. Возможны и другие варианты механического привода поршня 17.

Монтажная схема устройства показана на фиг.5. Она содержит регулируемый пневмомотор 30, предназначенный для создания внешнего давления на испытуемый объем пористой среды 29, гелиевый (азотный) баллон 31 с баллонными редукторами 32, 32′, предназначенный для заполнения объема пор пористой среды 29, камеры 14, каналов 7, 12 и подводящих трубок до запорных вентилей 33, 34, 35, 36, 37 и цифрового манометра 27; манифольды 38, 39, 40, предназначенные для подсоединения к ним вентилей и манометров; вентиль 41 для обслуживания воздушной линии, питаемой регулируемым пневмомотором 30.

Устройство снабжено ловушкой 42, выполненной из стекла (фиг.6), патрубок 43 которой подсоединяется с помощью отрезка шланга из эластичного материала к вентилю 37. Сама ловушка 42 предварительно заполнена дистиллированной водой 44, уровень которой в ловушке должен быть ниже верхнего края патрубка 43. Ловушка 42, например, с дистиллированной водой 43 закреплена в держателе 45 штатива. Нижняя часть ловушки 42 снабжена сливным патрубком 46, под которым установлена сливная емкость 47 известного веса. При закрытом вентиле 37 уровень дистиллированной воды 44 в ловушке 42 уравновешивается атмосферным давлением воздуха на нижнем срезе сливного патрубка 46.

Устройство для определения характеристик образцов горных пород (фиг.1-6) согласно изобретению работает следующим образом. Сначала устанавливают сухой образец 29 горной породы правильной цилиндрической формы в полость гильзы 10 при поднятом в крайнее верхнее положение корпусе 15 с помощью пружин 24 и снятой крышке 6. На фиг.1 расстояние по высоте между винтовым упором 26 и верхним краем корпуса 15 пневматической камеры 14 и нижним краем верхней траверсы 1 задается конструктивно так, чтобы было удобно оператору собирать и разбирать кернодержатель и устанавливать и извлекать образец породы 29. При этом возможны два варианта зарядки образца 29 в гильзу 10, когда кернодержатель 4 размещен внутри рамы и когда он извлечен из рамы.

В первом варианте образец 29 породы устанавливают в гильзу 10 на верхний край нижнего пуансона 11, пользуясь его подвижностью за счет подвижности накидной гайки 22 на винтовом упоре 21. Во втором варианте образец 29 породы сначала размещают в гильзу 10 в корпусе 4 и надевают затем на нижний пуансон 11, прикладывая сверху корпус 4 к нижней крышке 9.

После установки образца 29 в гильзу 10 к корпусу 4 прикладывают верхнюю крышку 6 до их полного сопряжения и опускают подпружиненный корпус 15 пневмокамеры вниз до жесткого (герметичного) контакта с верхним краем верхней крышки 6 с помощью винтового упора 26 с рукояткой 26′, уплотняя пневматическую камеру 14 и стыки корпуса 4 с гильзой 10 и крышками 6 и 9 одновременно. Затем дополнительно проверяют и поджимают контакт пуансона 11 с образцом 29 и нижним краем верхнего пуансона верхней крышки 6 с помощью накидной гайки 22 и контргайки 23. Длина гильзы 10 из эластичного материала должна обеспечивать испытание образцов 29 горных пород до их некоторой максимальной длины порядка 50-60 мм. Возможная минимальная длина испытуемых образцов 29 горных пород составляет порядка 20 мм. Разницу в длинах образцов горных пород компенсируют за счет увеличения длины нижнего пуансона 11 на величину порядка 30-40 мм и соответствующего увеличения длины резьбы на винтовом упоре 21 и накидной гайки 22. Цилиндрическая подставка 18 со сквозным проемом 18′ жестко скреплена с нижней траверсой 2 рамы и дном 20 с помощью штифтов 19. Сквозной проем 18′ служит для удобства сборки кернодержателя с испытуемым образцом 29 горной породы и его поджатия к нижнему краю верхнего пуансона верхней крышки 6. Для проведения измерений собранное устройство подключают к пневмосистеме в соответствии с фиг.5. При массовых анализах пористости и проницаемости в условиях, близких к атмосферным, по каналу 5 подают сжатый воздух под необходимым давлением не выше порядка 2,5 МПа с помощью регулируемого пневмомотора 30 (фиг.5). Создаваемое давление регистрируется манометром, подсоединенным к манифольду 39, и запирается вентилем 41, при этом обеспечивается всестороннее сжатие испытуемого образца 29 горной породы. Затем от баллона 31, наполненного газообразным гелием (азотом), с помощью редукторов 32 и 32′ при открытых вентилях 34, 36 и закрытых вентилях 33, 35, 38′ по каналам манифольдов 38, 40 и каналам 8, 13 подают гелий (азот), заполняя систему подводящих трубок, каналов 8, 7, 13, 12, объем пор пористого образца 29 и объем пневматической камеры 14 при поднятом поршне 17 в крайнее верхнее положение, при открытом канале 16 для выпуска воздуха в атмосферу, вытесняемого поршнем 17 с помощью винта 17′ и червячной пары 15″ (фиг.3, 4).

Следует заметить, что заполнение гелием (азотом) пористой среды 29, пневматической камеры 14, поднимая в ней поршень 17 в крайнее верхнее положение, подводящих трубок и каналов можно производить после некоторой фильтрации газа через пористую среду, например, снизу, при отключенном редукторе 32′ и открытом вентиле 38′ (фиг.5), который после указанной начальной фильтрации перекрывают, перекрытыми остаются вентили 33, 34, 37. После подачи давления Р_о фильтруемого газа по каналам 13, 12 и заполнения пневмокамеры 14 при крайнем верхнем положении поршня 17 вентиль 36 перекрывают, давление Р_о в замкнутом объеме V_о, включающем подводящие трубки и каналы, объем пор образца породы, объем пневматической камеры 14, регистрируют по цифровому манометру 27. Монтажная схема устройства (фиг.5) позволяет производить заполнение выше указанных объемов, одновременно подавая давление рабочего агента на два торца образца 29. Получили, что в указанный выше объем V_o введен газ некоторой массы m_о при постоянной температуре Т, под некоторым давлением Р_о, при заданном внешнем давлении на скелет образца 29 горной породы. Если теперь эту же массу газа сожмем так, чтобы объем V_k пневматической камеры 14 стал равным нулю, то масса газа m_o разместится в оставшемся объеме (V_o-V_k) под другим давлением P₁, что будет зарегистрировано по цифровому манометру 27. По закону Бойля-Мариотта имеем:

Обозначая искомый объем пор образца через V_x, объем подводящих каналов и трубок через V_T, уравнение Бойля-Мариотта запишем в новых обозначениях в виде:

Отсюда находим объем пор V_x.

Объем пневматической камеры 14 находят из геометрических ее размеров:

где d_k – диаметр пневматической камеры, см; h_k – высота пневматической камеры, см.

Максимальный объем V_k пневмокамеры 14 можно найти экспериментально с помощью ловушки 42 (фиг.6), устанавливая в камере 14 и в объеме пор и в подводящих каналах и трубках обычное атмосферное давление с помощью вентилей 35 и 38′, а затем перекрывая их при перекрытых до этого вентилях 33, 34, 37, 36. После этого открываем вентиль 37, соединенный с ловушкой 42, фактически не меняя атмосферного давления в ловушке над уровнем дистиллированной воды 44. Теперь с помощью червячной пары 15′ опускаем поршень 17 в крайнее нижнее положение, при котором объем V_k пневмокамеры становится равным нулю. Воздух из пневмокамеры 14 будет постепенно перетекать по патрубку 43 в верхнюю часть ловушки 42 и выдавливать воду по сливному патрубку 46 в сливную емкость 47. Взвешивая сливную емкость 47 с вытесненной водой и зная вес сухой сливной емкости, находим вес вытесненной воды и объем V_k пневмокамеры 14.

Аналогично определяем объем изменения V_k максимального объема пневмокамеры 14 с помощью червячной пары 15′, ориентируясь визуально на пористость испытуемого образца 29, руководствуясь положением, чем меньше пористость образца и его внешний объем, тем меньше должен быть объем пневмокамеры где V_k – изменение объема пневмокамеры.

Устанавливая в гильзу 10 металлический образец с осевым отверстием известного диаметра и известной величиной V_x и зная величину V_k и проделывая описанные выше операции, аналогичные операциям с образцом пористой среды, используя выражение (3), найдем величину V_T:

Если на торцах пуансонов, контактирующих с торцами образцов, выполнены концентрические и радиальные канавки, которые необходимы при измерении проницаемости, то их объем войдет в величину V_T выражения (5).

Величина V_T будет константой, известной до проведения опыта с образцом пористой среды. Например, задаваясь максимальной длиной испытуемого образца в 5 см и максимально возможной его пористостью в 0,4=40%, для образца породы диаметром 3 см найдем объем пор, который будет составлять порядка V_n=14,14 см³, следовательно, максимальный объем V_k пневматической камеры выбираем сравнимым с этой величиной, что конструктивно достигается при d_k=30 мм, h_k=20 мм.

Определив объем V_x пор испытуемого образца из выражения (3), находим его пористость К_n=V_x/V_обр, где V_обр – объем образца породы.

После определения пористости определяют величину проницаемости К_пр. Для этого поршень 17 поднимают вверх. Далее открывают вентили 35, 38′, предварительно перекрыв вентиль 37, стравливают давление из объемов V_k, V_T, V_x до атмосферного. С помощью водяного пьезометра 28 при закрытых вентилях 33, 38′ создают давление ниже атмосферного. Затем, открывая вентиль 33, начинается процесс нестационарной фильтрации через пористую среду до полного выравнивания давлений на торцах образца 29 до величины атмосферного, так как вентиль 35 открыт и давление воздуха на нижнем торце образца 29 равно атмосферному, и рассчитывают величину проницаемости в соответствии с ГОСТ 26450.0-85-ГОСТ 26450.2-85. Породы горные. Методы определения коллекторских свойств. М., Изд. Стандартов, 1985. – 28 с.

После этого приступают к разборке кернодержателя. Для этого выкручивают винтовой упор 26 с рукояткой 26′ в крайнее верхнее положение, при этом внешнее давление воздуха на боковую поверхность гильзы 10 из эластичного материала стравливается в атмосферу через появившиеся зазоры между крышками 6, 9 и корпусом 4. Пружины 24 поднимают корпус 15 пневматической камеры 14 вверх в крайнее верхнее положение. В образовавшемся зазоре между корпусом 15 и крышкой 6 извлекают ее и отводят в сторону. С помощью нижнего пуансона 11 поднимают испытанный образец 29 горной породы вверх и извлекают его из гильзы 10. Вместо него устанавливают в гильзу следующий сухой образец горной породы и все операции повторяют.

Вильчатые опоры 25, жестко связанные с корпусом 15 и шарнирно со стойками 3, при поступательном движении корпуса 15 вниз предотвращают передачу вращательного момента гильзе 10 от винтового упора 26 с рукояткой 26′, что неблагоприятно сказывалось бы на ее деформации в момент сборки и разборки кернодержателя. Чем ниже пористость испытуемого образца, тем меньше нужен объем пневмокамеры 14. Давление обжима образца породы при его испытании в условиях, близких к атмосферным, должно превосходить давление в порах образца не менее 1 МПа.

Если будет использоваться рабочий жидкий агент для бокового обжатия гильзы 10 с образцом 29 породы до величин давления 2,5 МПа и до близких к пластовым, то в этом случае крышки 6 и 9 должны крепиться винтами к корпусу 4 кернодержателя (фиг.2). Для этого варианта (фиг.2) необходимо включать в монтажную пневматическую схему (фиг.5) усилитель давления – мультипликатор, в котором на большую площадь поршня подается низкое давление сжатого воздуха, а снимается давление обжима образца породы, близкое к пластовому, с поршня малой площади, создаваемое рабочим жидким агентом. На фиг.5 мультипликатор не показан, так как его применение общеизвестно.

Таким образом, совокупность существенных признаков устройства согласно изобретению обеспечивает определение пористости и проницаемости образцов горных пород в условиях, близких к атмосферным, и при давлениях, близких к пластовым условиям, устройство является простым, надежным и общедоступным.

Формула изобретения

1. Устройство для определения пористости и проницаемости образцов горных пород, содержащее жестко скрепленную раму, образованную верхней и нижней траверсами и двумя стойками, размещенный внутри рамы с опорой на нижнюю траверсу кернодержатель, включающий полый корпус с коническими поверхностями и радиальным каналом, верхнюю и нижнюю крышки, прикладываемые к торцам корпуса кернодержателя, верхний пуансон и включающий осевой и радиальный канал нижний пуансон, выполненную из эластичного материала гильзу с коническими поверхностями, с размещенным внутри нее образцом исследуемой горной породы правильной цилиндрической формы с плоскими параллельными торцами, перпендикулярными его оси, пневматическую камеру, включающую корпус, оснащенный радиальным каналом, и поршень, размещенный в указанном корпусе с возможностью перемещения в прямом и обратном направлениях, отличающееся тем, что оно снабжено цилиндрической подставкой со сквозным проемом, верхний край указанной цилиндрической подставки жестко связан с нижней траверсой рамы, а ее нижний край жестко связан с дном, включающим закрепленный в его осевом отверстии упор, шарнирно связанный с нижним краем нижнего пуансона, верхняя и нижняя крышки кернодержателя включают конические поверхности, сопряженные с коническими поверхностями эластичной гильзы, пневматическая камера установлена внутри рамы, при этом корпус пневматической камеры жестко связан с подпружиненными вильчатыми опорами с возможностью их шарнирного скольжения вдоль стоек указанной рамы до герметичной связи с верхним краем верхней крышки кернодержателя посредством нажимного упора, шарнирно связанного с верхней траверсой рамы, нижняя часть указанной верхней крышки выполнена цилиндрической формы, внутри верхней крышки выполнен сквозной канал, связанный с пневматической камерой и с радиальным каналом, выполненным в верхней части указанной крышки кернодержателя, к радиальному каналу корпуса через вентиль подключен пневмомотор для создания внешнего давления на испытуемый объем образца исследуемой горной породы, причем создаваемое давление регистрируется манометром, к радиальному каналу верхней крышки и радиальному каналу нижнего пуансона подключен баллон с газообразным гелием или азотом для заполнения объема пор образца исследуемой горной породы, каналов и подводящих трубок, причем создаваемое давление регистрируется цифровым манометром, к вентилю радиального канала корпуса верхней крышки подсоединена ловушка с дистиллированной водой, по вытеснению которой определяют объем пневмокамеры, и через соответствующие вентили – пьезометр.

2. Устройство для определения пористости и проницаемости образцов горных пород по п.1, отличающееся тем, что для определения пористости и проницаемости образцов горных пород в условиях внешних давлений, приближающихся к пластовым, верхняя и нижняя крышки кернодержателя жестко скреплены с корпусом кернодержателя, а их сопрягаемые цилиндрические поверхности снабжены уплотнительными кольцами из эластичного материала, между которыми размещена гильза из эластичного материала с испытуемым образцом породы, при этом края указанной гильзы сопряжены с коническими поверхностями крышек кернодержателя и цилиндрической поверхностью внутренней полости корпуса кернодержателя.

3. Устройство для определения пористости и проницаемости образцов горных пород по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что поршень, расположенный внутри пневмокамеры, выполнен с возможностью перемещения с помощью механического привода.

РИСУНКИ