Расширенный поискЦПГИ располагает двумя сервогидравлическими испытательными установками GCTS RTR4500 и Inova ZUZ 1000, предназначенными для выполнения геомеханических испытаний горных пород. Установки позволяют имитировать около испытуемого образца в испытательной камере термобарические условия пласта из которого отобран образец и проводить измерения напряжений действующих на образец, деформаций образца и скоростей пробега упругих волн в этих условиях. ЦПГИ выполняет широкий спектр испытаний образцов горных пород в термобарических условиях пласта.
Типовым является псевдотрехосное испытание. Для определения геомеханических свойств горной породы исследуются образцы цилиндрической формы. Образцы помещаются в условия псевдотрехосного сжатия: первое главное напряжение действует по оси цилиндра, второе и третье главные напряжения равны друг другу и действуют в горизонтальной плоскости на боковую поверхность цилиндра, пластовое давление поддерживается внутри образца. Для моделирования пластовых условий максимальное главное напряжение (осевое) берется близким к напряжению, порождаемому весом пород, лежащих над объектом. Радиальное напряжение выбирается близким по значению к напряжениям, действующим в пласте в горизонтальном направлении (порождаемым тектоническими силами и боковым отпором). В ходе испытания измеряются осевая и радиальная деформации образца, осевое и радиальное напряжение, поровое давление, что позволяет определить значения упругих модулей образца в исследованных напряженных состояниях.
Типовые испытания:
- Стандартное испытание осевым манипулятором (SingleStage Test).
- Многостадийное испытание при различных ВД (MultiStage Test).
- Испытание всесторонним сжатием (confining).
- Испытание по определению параметров ползучести (creep).
- Испытание по определению проницаемости (permeability)
- Испытание толстостенных циллиндров (Thick-Wall Cylinder)
- Испытание при истинно трехосном НДС (True Triaxial Test)
- Испытание по определению сжимаемости порового объема (Pore Volume Compressibility)
- Испытание по определению скоростей продольных и поперечных волн
Для некоторых типов испытаний возможны следующие опции:
- Ультразвуковое зондирование с заданной периодичностью;
- Запись и локация событий акустической эмиссии.
Также мы готовы разработать нестандартные методики испытаний, согласно пожеланиям заказчика.
Система обозначения типовых испытаний в ТБУ
В ЦПГИ принята система обозначения типовых испытаний образцов горных пород в термобарических условиях (ТБУ) с помощью буквенно-цифрового индекса:
Пример: SST_1.1.0.1
Расшифровка: [Код схемы испытания]_[Код НДС]. [Код насыщения].[Код температуры].[Код УЗ]
Схема испытания:
- SST – стандартное испытание осевым манипулятором (SingleStage Test).
- MST – многостадийное испытание при различных ВД (MultiStage Test).
- СNF – испытание всесторонним сжатием (confining).
- CRP – испытание по определению параметров ползучести (creep).
- PRM - испытание по определению проницаемости (permeability)
- TWC - испытание толстостенных цилиндров (Thick-Wall Cylinder)
- TTT - испытание при истинно трехосном НДС (True Triaxial Test)
- PVC - по определению сжимаемости порового объема (Pore Volume Compressibility)
Код напряжено-деформированного состояния (НДС):
0. Испытание без ВД.
1. Полная имитация пластовых условий: ВД выбирается из оценок минимальных и максимальных горизонтальных напряжений; ПД выбирается из оценок пластового давления.
2. ВД выбирается как эффективное: разница между горизонтальным напряжением и пластовым давлением.
3. ВД берется равным литостатическому. Данные условия испытания применяются в случае низкой пористости и/ или проницаемости горной породы
4. ВД выбрано из общих соображений, не связанных с условиями залегания горной породы
Код насыщения:
0. Образец не насыщается
1. Образец насыщается дистиллированной водой.
2. Образец насыщается пластовой водой
3. Образец насыщается пластовой нефтью
4. Образец насыщается керосином
Код температуры:
0. Испытание при комнатной температуре
1. Испытание при пластовой температуре
2. Испытание с контролем температуры, значение выбрано из общих соображений
Код ультразвукового зондирования
0. Испытание без УЗ зондирования
1. Испытание с УЗ зондированием обычное
2. Испытание с УЗ зондированием специальное
Многостадийное испытание
Многостадийное испытание предназначено для определения параметров критерия разрушения горной породы.
Для критерия разрушения Кулона-Мора это:
- Прочность при одноосном сжатии, англ. - unconfined compression strength, принятое сокращение UCS.
- Угол внутреннего трения, англ. friction angle, принятое сокращение FANG.
Образец горной породы помещается в заданные термобарические условия и сжимается осевым манипулятором вплоть до достижения предела упругости. Затем образец разгружается, всестороннее давление (ВД) повышается до следующего заданного значения, образец стабилизируется при данном ВД и проводится цикл сжатия образца до предела упругости и разгрузки. В качестве критерия достижения предела упругости мы принимаем точку перегиба кривой объемная деформация - напряжение. Таким образом, определяются пределы упругости образца при заданном наборе различных радиальных напряжений. При заключительном ВД образец переводится за предел упругости и доводится до предела прочности.
Полученные параметры используются для построения паспорта прочности, определения параметров критерия сухого трения и параметров критерия разрушения.
Входные данные
- Набор радиальных напряжений при которых должны быть определены параметры критерия разрушения. Обычно выбирается 3 - 6 значений радиальных напряжений. Значения выбираются исходя из априорной информации о режиме напряженного состояния горной породы в естественном состоянии;
- Скорость деформирования образца при сжатии;
- Скорость деформирования образца при разгружении;
- Скорость повышения ВД (МПа).
Выходные данные
Электронные журналы испытаний с дискретностью записи параметров 0.01 - 5 с.
Параметры физических свойств:
- Статический модуль Юнга
- Статический коэффициент Пуассона
- Пределы упругости при заданных радиальных напряжениях
- Пределы прочности при заданных радиальных напряжениях
- UCS
- FANG
Графический материал:
- Графики изменения деформаций в процессе испытаний
- Графики изменения напряжений в процессе испытания
- Графики зависимости напряжений от деформаций
- Графики зависимости радиальной деформации от осевой деформации
- Графики зависимости модуля Юнга от напряжения (деформации)
- Графики зависимости коэффициента Пуассона от напряжения (деформации)
- Паспорт прочности или Диаграмма Кулона-Мора
Литература:
В хронологическом порядке:
- Kim, M. M., and H. Y. Ko. 1979. Multistage triaxial testing of Rocks, Geotechnical Testing 2: 98-105.
- Kovari, K., Tisa, A., Einstein, H., and J. A. Franklin. 1983. Suggested methods for determining the strength materials in triaxial compression, Int. J. of Rock Mech. & Min. Sci. & Geomechs Abs. 20: 283- 290.
- Dung T. Tran, Aristotelis Pagoulatos, Carl H. Sondergeld, Nam Nguyen Canh, and Jean-Claude Roegiers. 2010. Quantify Uncertainty of Rock Failure Parameters from Laboratory Triaxial Testings using Conventional and Multistage Approaches, ARMA 10-263.
- M. E. Alsalman, M. T. Myers, M. H. Sharf-Aldin. 2015. Comparison of Multistage to Single Stage Triaxial Tests. ARMA-2015-767.
Испытания по определению проницаемости горной породы
В рамках испытания проводится определение проницаемости
Варьируемые параметры:
- метод определения проницаемости
- тип флюида
Методы определения проницаемости
- Стационарный метод;
- Метод осцилляции порового давления;
- Нестационарный метод
(Жариков 2009 )
