Установка для трехосных испытаний горных пород в пластовых условиях ГТ 1.3.9
Описание
Установка трехосного сжатия ГТ 1.3.9, разработанная и сконструированная ООО НПП «Геотек»
(сайт производителя),
позволяет проводить испытания цилиндрических образцов горных пород в термобарических условиях.
Данное оборудование предназначено для испытаний образцов горных пород (кернов)
в условиях осесимметричного трехосного (объемного) сжатия с целью исследований прочностных, деформационных
и петрофизических характеристик.
Основными возможностями установки ГТ 1.3.9 являются:
- реализация различных траекторий нагружения;
- статический или кинематический режимы вертикального нагружения с контролем напряжений или скорости деформирования;
- управление перепадом давления по торцам образца при фильтрационных испытаниях;
- создание в образцах различных термобарических условий – температуры и порового давления.
Испытания проводятся в камере трехосного сжатия, которая состоит из съемного самозапирающегося купола и основания.
Между двух сменных нагрузочных штампов устанавливается цилиндрический образец и изолируется при помощи термоусадочной трубки.
Установка позволяет нагружать образцы с высотой 50/60/84 мм и диаметром 25/30/42 мм соответственно.
В зависимости от испытаний используются различные пары штампов:
- для проведения трехосных испытаний («глухие» штампы диаметром 25/30/42 мм);
- для проведения фильтрационных испытаний (штампы с перфорацией диаметром 25/30/42 мм);
- для измерения скорости прохождения ультразвуковых волн (штампы диаметром 30 мм);
- для измерения параметров акустической эмиссии (штампы диаметром 42 мм).
Камера оснащена термоэлектрическим элементом для создания повышенных температур в диапазоне 25–120°C
с точностью не менее 1 %.
Вертикальная нагрузочное устройство представляет собой раму с электромеханическим приводом.
Вертикальная нагрузка измеряется при помощи датчика силы, помещаемого под нижний штамп.
Максимальное вертикальное усилие составляет 500 кН.
Боковое обжатие образца осуществляется за счет жидкости (силиконовое масло).
Давление создается при помощи нагнетателя (поршневой насос с электромеханическим приводом).
Максимальное боковое обжатие составляет 70 МПа.
Для создания порового давления и проведения фильтрационных испытаний используются два дополнительных нагнетателя,
которые через специальные штампы подают жидкость к торцам образа при давлении до 40 МПа.
Максимальный перепад давлений составляет 1 МПа, максимальное поровое давление составляет 40 МПа.
Измерение осевых деформаций образца осуществляется при помощи датчиков линейных перемещений трансформаторного типа,
которые крепятся в средней части образца при помощи специальных приспособлений. Для измерения поперечных деформаций
так же применяется датчик трансформаторного типа, который крепится в центральной части образца при помощи цепного приспособления.
Управление процессом испытаний выполняется при помощи специального программного обеспечения GeotekStudio.
Перечень оборудования
Наименование
оборудования | Основные
характеристики | Изготовитель |
|---|
| Силовая рама со встроенной камерой объемного сжатия. |
Предназначена для нагружения образцов горных пород цилиндрической формы (кернов)
в условиях осесимметричного трехонсого (объемного) сжатия.
Вертикальное нагрузочное устройство представляет собой раму с электромеханическим приводом.
Максимальное независимое вертикальное усилие составляет 500 кН.
Максимальное боковое обжатие (всестороннее), создаваемое при помощи отдельного нагнетатля, составляет 70 МПа.
Камера оснащена термоэлектрическим элементом для создания повышенных температур в диапазоне 25–120°C.
Для движения обечайки камеры дополнительно используется поршневой компрессор.
В основании камеры располагаются 6 многоконтактных разъемов и 4 коаксиальных разъема для подключения датчиков.
Размеры испытуемых образцов 25/50, 30/60, 42/84 мм (диаметр/высота). |
ООО НПП «Геотек» |
| Нагнетатели (шприцевые насосы с электромеханическим управлением). |
- Нагнетатель № 1 на 70 МПа применяется для создания всестороннего давления в камере в диапазоне 0,07–70 МПа.
Используемая жидкость – силиконовое масло.
- Нагнетатель № 2 на 40 МПа применяется для создания порового давления в образце.
- Нагнетатель № 3 на 40 МПа в паре с нагнетателем № 2 используются для проведения фильтрационных испытаний, позволяют создавать перепад давлений в образце до 1 МПа в режиме стационарной фильтрации жидкости.
Используемая жидкость – вода.
|
ООО НПП «Геотек» |
| Устройство для заполнения камеры и нагнетателя № 1 |
Предназначено для подачи жидкости (силиконовое масло) в камеру объемного сжатия и нагнетатель № 1.
Состоит из емкости, электромеханической помпы с возможность регулировки скорости и охладителя (воздушное охлаждение). |
ООО НПП «Геотек» |
| Шкаф управления |
Предназначен для управления нагнетателями и вертикальным нагрузочным устройством.
Управление процессом испытаний в автоматизированном режиме выполняется при помощи специального программного обеспечения GeotekStudio по базе ПЭВМ. |
ООО НПП «Геотек» |
| Система измерения скорости прохождения ультразвуковых волн |
Для измерения скорости прохождения ультразвуковых (УЗ) волн применяются
два пьезоэлектрических преобразователя (ПЭП) – один генерирует волну, а другой регистрирует.
Конструктивно ПЭП совмещены с штампами, через которые нагрузка передаётся на образец.
- Диаметр образца 30 мм.
- Передача усилия на образец – до 500 кН.
- Частота ПЭП – 1 МГц.
- Амплитуда электрического импульса для генерации волн – до 200 В.
Волны сжатия и сдвига создаются/регистрируются пьезоэлектрическими преобразователями.
Для УЗ измерений применяются штампы диаметром 30 мм, для них допускаемые напряжения составляют величину не менее 350 МПа.
По измеренным скоростям распространения продольных и поперечных волн определяются следующие характеристики:
модуль Юнга, модуль сдвига, коэффициент Пуассона, модуль объёмного сжатия. |
ООО НПП «Геотек» |
| Система измерения параметров акустической эмиссии |
Предназначена для измерения параметров акустической эмиссии с помощью преобразователей акустической эмиссии,
встроенных в штампы диаметром 42 мм.
Включает набор электроники и программного обеспечения для работы с преобразователями акустической эмиссии.
Проводит измерения следующих параметров акустической эмиссии:
амплитуда, длительность фронта, длительность спада, число превышений, энергия сигнала. |
ООО НПП «Геотек» |
Методики исследований
Установка ГТ 1.3.9 позволяет проводить изучение прочностных, деформационных и петрофизических характеристик:
- пределов прочности при объемном и одноосном сжатии;
- параметров прочности модели Мора–Кулона;
- модулей упругости, деформации;
- модуля сдвига;
- коэффициентов Пуассона и поперечных деформаций;
- скорости прохождения ультразвуковых волн;
- параметров акустической эмиссии;
- зависимости деформационных и прочностных параметров породы от среднего давления, порового давления и температуры;
- измерения проницаемости образца в ходе опыта при различных нагрузках, поровых давлениях и температурах.
Регламент доступа к оборудованию
Освоение правил пользования лабораторными стендами, методик работы в соответствии с выбранной тематикой, получение разрешительных документов на выполнение работ.
Все работы проводятся при непосредственном участии персонала лаборатории геомеханики ИПМех РАН.
Адрес расположения
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН),
Лаборатория геомеханики
119526, г. Москва, проспект Вернадского, д. 101, корп. 1
Руководители работ
- Зам. директора по научной работе,
д.т.н. Карев Владимир Иосифович
- Зав. лабораторией геомеханики,
д.ф.-м.н. Коваленко Юрий Федорович
Операторы оборудования и исполнители работ
- Младший научный сотрудник,
Барков Святослав Олегович
- Младший научный сотрудник,
к.ф.-м.н. Химуля Валерий Владимирович
- Младший научный сотрудник,
Шевцов Николай Иванович
Фото и примеры результатов
Установка ГТ 1.3.9
Образец диаметром 42 мм
с установленными датчиками,
подготовленный к
фильтрационным испытаниям.
Начало проведения испытания
под руководством В.И. Карева
Информация на октябрь 2023 г.
Русский
English
