Виды лабораторного тестирования керна на механические свойства.
Тесты: на сжатие (одноосный, трёхосный), на растяжение, на изгиб, на сдвиг, на удар, на твёрдость, динамическое механическое тестирование (тестирование с циклической нагрузкой), на трещиностойкость (способность породы противостоять созданию новых трещин под нагрузкой), ультразвуковой (для определения внутренней структуры и упругих модулей).
Особенностями геомеханических исследований являются выполнение тестов в пластовых условиях — с воссозданием пластовой температуры, порового и горного (обжимного) давлений, а также использование образцов керна различного размера (от диаметра 30 мм до фрагментов полноразмерного керна диаметром до 110 мм).
При проведении тестов на сжатие и растяжение параллельно находятся статические и динамические модуль Юнга и коэффициент Пуассона.
Комплекс геомеханических тестов образцов позволяет построить паспорт прочности горной породы.
Подробности:
Одним из ключевых и наиболее востребованных механических свойств горных пород являются так называемые упругие модули (модуль Юнга, модуль сдвига, модули деформации, коэффициент Пуассона), характеризующие способность образца горной породы упруго деформироваться под воздействием приложенной к нему силы. Упругие модули могут быть вычислены на основании скоростей прохождения через образец ГП продольных и поперечных акустических волн – такие значения модулей называются акустическими или динамическими. К сожалению, ввиду неполной способности акустических волн характеризовать механические свойства порового (пустотного) пространства горных пород, значения динамических упругих модулей обычно могут заметно (в разы) отличаться от истинных значения для естественных горных пород, почти всегда имеющих некоторую (а в случае коллекторов – значительную) пористость. Поэтому особую ценность для решения задач геомеханики представляют определения механических параметров статическим методом, включающим прямые измерения изменения размеров образцов (длина, диаметр) при приложении к ним нагрузок. Стоит заметить, что современные установки для определения геомеханических свойств позволяют определять упругие модули динамическим и статическим способом одновременно, а также производить непрерывное измерение динамики порового объема и проницаемости в процессе нагружения образцов.
Как меняется прочность породы и модуль Юнга при обжиме?
Прочность — это способность материала сопротивляться разрушающему воздействию внешних сил.
Прочность породы при высоких давлениях обжима зачастую увеличивается в связи с уплотнением структуры горной породы. Под действием нагрузки частицы породы начинают сближаться, что приводит к увеличению контактных сил между ними и улучшению взаимодействия.
Статический модуль Юнга зачастую меньше или равен динамическому.
При обжиме модуль упругости материала постепенно уменьшается по мере увеличения степени деформации.
Однако при этом сам по себе модуль Юнга тем выше, чем выше обжимное давление, пока материал не начал разрушаться. По аналогии с прочностью, создание более плотной структуры породы увеличивает её сопротивление деформации при нагрузке. Для разных пород будет наблюдаться разная зависимость между уровнем давления и модулем Юнга.
