Инженеры-нефтяники ФГБОУ ВО «Самарский государственный технический университет» - член Ассоциации СРСО - изобрели уникальную испытательную установку |
Инженеры-нефтяники ФГБОУ ВО «Самарский государственный технический университет» - член Ассоциации СРСО - изобрели уникальную испытательную установку Оригинальная
установка, созданная в Самарском государственном техническом университете
(СамГТУ, Самарский политех), поможет исследовать земные недра. Механизм в
лабораторных условиях воссоздает физические параметры (например, давление и
температуру) залежи, находящейся на разной глубине. С его помощью можно точно
определять механические свойства горной породы: твердость, упругость,
пластичность и т.д. Ее технические характеристики подробно описаны в статье,
опубликованной в журнале «Строительство нефтяных и
газовых скважин на суше и на море» (DOI:
10.33285/0130-3872-2021-1(337)-5-9). – На создание аппарата, который мы называем Monster machine, вдохновило изобретение академика РАН, основоположника нефтегазовой геомеханики в СССР Сергея Алексеевича Христиановича, – рассказывает руководитель проекта, доцент кафедры «Бурение нефтяных и газовых скважин», кандидат технических наук Алексей Подъячев. – «Вживую» установку легендарного ученого мы, к сожалению, не видели, довольствовались лишь фотографиями в Интернете. Но зато мы знали основные принципы ее работы, которые легли в основу нашей. Алексей Подъячев вместе
со старшим преподавателем кафедры Павлом Букиным рассчитали
жесткость корпуса машины, который смоделировали и изготовили инженеры одного
завода в Санкт-Петербурге. Когда корпус доставили в Самару, политеховцы
принялись за изготовление внутренней части механизма, где непосредственно
происходит взаимодействие образца горной породы со штоками гидроцилиндров
(металлическими стержнями, передающими усилие от поршня). – Уникальность машины
в том, что исследуемый фрагмент керна нагружается независимо с трех сторон. Для
этого во внутреннем блоке мы спроектировали достаточно сложную кинематику
уменьшающегося куба со 100-процентным перекрытием граней, – поясняет Алексей. –
Как правило, эталонной формой исследуемого керна считается цилиндр диаметром 30
и высотой 30 (или 60) сантиметров. Однако на такой образец невозможно оказать
полноценную ортогональную нагрузку по трем осям. Поэтому было решено заменить
цилиндр на куб. Мы выпиливаем образец в форме куба из полноразмерного
цилиндрического керна и помещаем его на специальный постамент внутри машины,
где с трех сторон на него будут давить прижимные плиты. Все грани образца
полностью перекрыты, то есть нет свободных участков. Это значит, что он
нагружается равномерно по всей плоскости грани и не имеет участков «разгрузки». Так, можно
смоделировать, например, давление внутри скважины. Для этого образец равномерно
нагружают, а затем плавно отпускают одну из сторон. Таким образом инженеры
рассчитывают, при каком давлении, при каких нагрузках появляются пластические
деформации горной породы и происходит ее последующее разрушение. Благодаря
сконструированному «монстру» есть возможность проводить уникальные
исследования, позволяющие выяснить, в частности, влияние бурового раствора на
механические свойства горной породы. Для этого образец насыщают жидкостью и
устанавливают в машину. Через образец с заданным интервалом пропускают упругую
волну. Все происходящие деформации отслеживаются с помощью специальных датчиков
давления и деформации. Поскольку жесткость
корпуса политеховской установки позволяет создавать большие нагрузки без
снижения точности результатов, то на ней можно проводить и ряд испытаний, не
связанных с бурением, – например, исследовать на прочность цемент, металл и
другие материалы. |