способ определения физико-механических характеристик ледовых образований в натурных условиях в скважинах

Формула изобретения

Способ определения физико-механических характеристик ледовых образований в натурных условиях в скважинах, заключающийся в пробуривании во льду скважины, размещении в ней зонда, создании в гидроцилиндре повышенного давления, создающего внедрение в стенку скважины расположенных соосно относительно гидроцилиндра инденторов, и определений прочности путем измерения давления в цилиндре, отличащийся тем, что на время измерения после размещения зонда в скважине и перед подачей высокого давления перед одним из инденторов размещается опорная плита.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно к измерению силы или механического напряжения с помощью гидравлических или пневматических средств, в том числе к определению физико-механических характеристик ровного льда и ледяных образований в натурных условиях в скважинах. Способ может быть использован для определения характеристик прочности ровного льда и ледовых образований в натурных условиях при строительстве ледостойких сооружений в замерзающих морях.

Известен прессиометрический способ определения реологических характеристик льда в натурных условиях в скважинах при радиальном нагружении стенки скважины на ограниченном участке гидростатическим давлением через резиновую оболочку и измерении деформации льда под нагрузкой. Нагрузка создается давлением сжатого газа и передается через рабочую жидкость, заполняющую полость зонда [1].

Недостатком способа является невозможность определения прочности льда при его разрушении вследствие поверхностного, радиального воздействия на стенку скважины. Кроме того, испытания требуют длительного времени, что не дает возможности получить статистически значимое количество данных.

Известен также взятый за прототип способ определения характеристик прочности льда в натурных условиях в скважинах, заключающийся в пробуривании в ледяном покрове скважины, в опускании в нее гидроцилиндра, на выдвигающемся штоке которого закрепляются инденторы. После подачи высокого давления инденторы упираются в скважину, а давление измеряется соответствующими датчиками давления и образцовым манометром, по показаниям которых определяют локальную прочность при появлении зоны смятия во льду [2].

Недостатком способа является невозможность глубокого внедрения инденторов в стенку скважины для получения полной характеристики разрушения льда, что снижает качество и полноту информации.

Техническим результатом изобретения является обеспечение глубокого внедрения индентора в стенку скважины.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе определения физико-механических характеристик ровного льда и ледовых образований в натурных условиях, заключающемся в пробуривании во льду скважины, размещении в ней зонда, создании в гидроцилиндре повышенного давления, во внедрении соосно расположенных относительно гидроцилиндра инденторов в стенку скважины и измерении давления в цилиндре, после размещения зонда в скважине и перед подачей высокого давления на время работы перед одним из инденторов размещается опорная плита.

Ограничение перемещения гидроцилиндра со стороны одного из инденторов позволяет увеличить глубину внедрения другого индентора в несколько раз (в зависимости от соотношения размера площади опорной плиты и индентора) по сравнению с прототипом. Увеличение глубины проникновения дает возможность определять локальную прочность льда при образовании зоны смятия и напряжение, при котором возникают радиальные сквозные трещины, приводящие к полному разрушению льда. Технический результат достигается тем, что опорная плита по площади во много раз превышает площадь индентора, и поскольку при подаче давления в гидроцилиндр напряжение на стенке скважины будет обратно пропорционально площади, на которую оказывается воздействие, то это обеспечит более глубокое внедрение индентора без внедрения опорной плиты.

Сущность предлагаемого способа иллюстрируется чертежом.

На схеме соединения представлены гидростанция 1, соединенная измерительной гидролинией 4, включающей датчик давления 2 и образцовый манометр 3, и рукавом высокого давления 5 с гидроцилиндром 8, перемещающим инденторы 7, перед одним из которых на время работ размещается опорная плита 9.

Предлагаемый способ определения физико-механических характеристик льда в натурных условиях осуществляется следующим образом. В ледяном покрове пробуривается скважина 6, в которую опускается гидроцилиндр 8, на выдвигающемся штоке которого закрепляются инденторы 7. Перед подачей в цилиндр 8 высокого давления по соответствующему рукаву высокого давления 5 против одного из инденторов 7 на время измерений размещается опорная плита 9. После подачи высокого давления инденторы 7 упираются в скважину 6 и опорную плиту 9, а давление измеряется датчиком давления 2 и образцовым манометром 3, по показаниям которых определяют прочность при появлении трещин во льду. После производства измерения опорная плита 9 вместе с гидроцилиндром 8 извлекаются из скважины 6.

Предлагаемый способ определения физико-механических характеристик льда в натурных условиях в скважинах был отработан и апробирован при проведении экспедиционных исследований на ледяном покрове Каспийского моря и Обской губы [3].

Источники информации

1. Зарецкий Ю.К., Фиш А.М. Исследование реологических свойств льда с помощью прессиометра. Труды ААНИИ, том 324, Гидрометеоиздат, 1974, с.156-162.

2. Nirmal K.Sinha. NRCC borehole indentor: measuring ice strength. Proc of the 18^th Int. Conf. on Port and Ocean Eng. Under Arctic Conditions. Vol.1 (2005) pp. 153-164.

3. Kovalev S.M., Korostelev V.G., Nikitin V.A., Smirmov V.N., Shushlebin A.I. Application of a borehole jack for determining the local strenght of fresh and sea ice. Proceeding of the 17' International Symposium on Ice. Saint Petersburg, Russia, 21-25 June 2004. International Association of Hydraulic Engineering and Research. Vol. 2, pp.147-153