Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) Русский Русский
English English

Проезд
Карта сайта
НовостиОб институтеЛабораторииСоветыДиссертационный советОбразованиеКонференции, семинарыЖурналы, книги, ресурсыСотрудникам

Испытательная система трехосного независимого нагружения (ИСТНН)

Перечень оборудования

Наименование
оборудования
Основные
характеристики
Изготовитель
Трёхосный силовой агрегатПредназначен для нагружения образцов кубической формы при одноосном, двухосном и трёхосном независимом нагружении по любым траекториям нагрузки. Наибольшее усилие сжатия по каждой из осей нагружения 500 кН. Размеры грани образцов 40 или 50 мм.Институт проблем механики Российской академии наук
ГидростанцияПредназначена для создания рабочего давления в гидроцилиндрах трёхосного силового агрегата. Наибольшее давление в системе гидропривода 20 МПа 
Цифровая система автоматизированного управления и сбора данныхПредназначена для управления гидроцилиндрами по заданным программам нагружения по силе или по перемещению, сбора и отображения на экране монитора в реальном масштабе времени хода эксперимента. Количество каналов упраления 3, количество каналов сбора данных 12. Разрешение управления по силе 50 Н, разрешение управления по перемещению 200 нм.
В состав входит система ручного управления гидроцилиндрами при отладке проведения экспериментов.
 
Система автоматического измерения проницаемости образцаПредназначена для определения проницаемости образцов горных пород в ходе экспериментов. Состоит из компрессора, регулятора давления газа, фильтров, грубого и точного расходомеров.
Диапазон измерения проницаемости от нескольких миллиДарси до нескольких Дарси.
Институт проблем механики Российской академии наук
Система измерения скорости звука в образцахПредназначена для измерения скорости звука в образцах для определения неоднородностей. Состоит из генератора, осциллографа, излучателя и приёмника ультразвука. Измеряет скорость до 10 000 м/с.Институт проблем механики Российской академии наук
Система измерения массы выноса горных пород из образцаПредназначена для измерения в реальном масштабе времени массы горной породы выносимой из образца при проведении экспериментов по типу «Полый цилиндр».
Состоит из аналитических весов с выходом результатов на компьютер, компрессора, воздуховодов. Измерение массы от единиц микрограмм.
Институт проблем механики Российской академии наук
Обрабатывающий комплекс для изготовления образцовПредназначен для изготовления образцов кубической формы из кернов горных пород. Состоит из отрезного и финишного станков. Непараллельность граней образцов не более 0,1 мм.Институт проблем механики Российской академии наук

Методики измерения

  1. Определение типа и степени анизотропии упругих свойств горных пород.
  2. Определение деформационных и прочностных характеристик горных пород, в том числе анизотропных.
  3. Определение упруго-пластических свойств анизотропных горных пород в условиях истинно трехосного независимого нагружения.
  4. Исследование фильтрационных свойств горных пород и их зависимости от напряженно-деформированного состояния.
  5. Определение допустимых давлений на забое скважины и скорости проходки при бурении наклонных и горизонтальных скважин.
  6. Определение допустимых депрессий при эксплуатации наклонных и горизонтальных скважин.
  7. Испытания образцов горных пород по схеме «полый цилиндр» с целью оценки рисков пескопроявлений.

Типовые работы и оказываемые услуги

Лабораторные исследования деформационных, прочностных и фильтрационных свойств горных пород

Состав исследований:

  • определение типа анизотропии соответствующих упругих модулей горных пород;
  • определение пластических и реологических свойств горных пород;
  • определение показателей объемной прочности горных пород (модуль сцепления, угол внутреннего трения, прочностные константы Друкера-Прагера);
  • определение зависимости проницаемости горных пород от величины и вида действующих в них напряжений;

Количество образцов – не менее 20. Стоимость работ – не менее 3 млн.руб.

Сервисные услуги для нефтегазовых компаний

  • Направление – бурение скважин
    • определение параметров строительства наклонны скважин (плотности бурового раствора, оптимального угла наклона скважины) для сохранения устойчивости стволов;
    • определение допустимых забойных давлений (в том числе депрессий) при бурении горизонтальных скважин в продуктивных пластах;
  • Направление – эксплуатация скважин
    • определение допустимых эксплуатационных депрессий нефтегазовых скважин (отсутствие выноса песка, уменьшение проницаемости пласта в окрестности скважины);
    • прямое моделирование процесса выноса песка в скважину при действии реальных трехмерных полей напряжений в ее окрестности;

Количество образцов – не менее 20. Стоимость работ – не менее 6 млн.руб.

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

Описание

Общий вид УНУ ИСТНН (трехосный силовой агрегат, блок цифровой системы автоматизированного управления и сбора данных)

ИСТНН представляет собой уникальный исследовательский комплекс, позволяющий изучать деформационные, прочностные и фильтрационные свойства горных пород. На образцах породы кубической формы с гранью 40 или 50 мм можно воссоздавать любые напряженные состояния, возникающие в призабойной зоне пласта при бурении скважины, ее освоении и эксплуатации, и изучать их влияние на фильтрационные свойства породы. Примененная в конструкции нагружающего узла оригинальная кинематическая схема позволяет нажимным плитам сближаться в трех направлениях, не создавая препятствия друг другу, что дает возможность нагружать образец независимо по каждой из трех осей.

Это обеспечивает возможность приложения нагрузки по всей площади грани образца и создания в нем однородного напряженного состояния. Для измерения проницаемости образца используется пара перфорированных нажимных плит для подачи сжатого газа в образец и отвода профильтровавшего через образец газа.

Установка позволяет в лабораторных условиях моделировать реальные геомеханические процессы, происходящие в продуктивном пласте при проведении различных технологических операций. На ИСТНН был проведен большой цикл исследований горных пород, составляющих продуктивные и вмещающие пласты целого ряда нефтегазовых месторождений, обладающих широким спектром свойств, залегающих в различных условиях на глубинах от нескольких сот метров до 6,5 километров. В частности, было изучено влияние напряженно-деформированного состояния на проницаемость для различных типов горных пород-коллекторов нефтяных и газовых месторождений. При испытаниях был обнаружен чрезвычайно важный эффект: при достижении касательными напряжениями в образце определенной величины происходило микро- и макрорастрескиванием породы, сопровождавшееся скачкообразным необратимым увеличением проницаемости образца. На основе этих результатов в лаборатории была разработана новая технология повышения продуктивности нефтяных и газовых скважин – метод георыхления, который прошел успешные опытно-промысловые испытания на месторождениях Западной Сибири и Приуралья. Разработанная в лаборатории методика оценки устойчивости наклонных и горизонтальных скважин успешно применяется в ведущих российских и зарубежных нефтегазовых компаниях, таких как «Газпром», «Сургутнефтегаз», «Тоталь». В частности, по заказу международной компании «Штокман Девелопмент» на основе проведенных в лаборатории исследований были обоснованы технико-технологические решения при проектировании разработки крупнейшего российского газоконденсатного месторождения на шельфе Баренцева моря – Штокмановского ГКМ.

ИСТНН зарегистрирована на сайте www.ckp-rf.ru
ckp-rf.ru/usu/441432/

Выборочный cписок публикаций, подготовленных с использованием установки

  1. Vladimir Iosifovich Karev, Dmitry Michailovich Klimov, Yuri Fedorovich Kovalenko & Konstantin Borisovich Ustinov. Physical modeling of real geomechanical processes by true triaxial apparatus. The Proceedings of Symposium EUROCK2018 Geomechanics and Geodynamics of Rock Masses – Litvinenko (Ed.) 2018 V. 2. Taylor & Francis Group, London, P. 1375-1380 ISBN 978-1-138-61645-5
  2. Карев В.И., Коваленко Ю.Ф., Устинов К.Б. Моделирование деформирования и разрушения анизотропных пород вблизи горизонтальной скважины // ФТПРПИ. № 3, 2017. С. 12-21.
    [eLibrary]

    = Karev V.I., Kovalenko Yu.F., Ustinov K.B. Modeling Deformation and Failure of Anisotropic Rocks nearby a Horizontal Well // J.Min.Sci. (2017) Vol. 53. Iss. 3. P. 425-433.
    DOI: 10.1134/S1062739117032319
  3. Vladimir Karev, Dmitry Klimov, and Yury Kovalenko. Geomechanical Modeling for Creating New Technologies of Deep Hydrocarbon Fields Development // Int. J. Adv. Res. Engineering. Vol 3(2). 2017. pp. 17-21.
    DOI: 10.24178/ijare.2017.3.2.17.
  4. Карев В.И., Климов Д.М., Коваленко Ю.Ф., Устинов К.Б. Модель разрушения анизотропных горных пород при сложном нагружении // Физическая Мезомеханика. Т. 19. № 6. 2016. С. 34-40.
    [журнал, eLibrary]
  5. Коваленко Ю.Ф., Карев В.И., Гавура А.В., Шафиков Р.Р. О необходимости учета анизотропии прочностных и фильтрационных свойств пород при геомеханическом моделировании // Нефтяное хозяйство. 2016. № 11. С. 114-117.
    [eLibrary]
  6. Климов Д.М., Карев В.И., Коваленко Ю.Ф. Экспериментальное исследование влияния неравнокомпонентного трехосного напряженного состояния на проницаемость горных пород // Изв. РАН. МТТ. 2015. № 6. С. 39-48.
    [МТТ]

    = Klimov D.M., Karev V.I., and Kovalenko Yu.F. Experimental Study of the Influence of a Triaxial Stress State with Unequal Components on Rock Permeability // Mech. Solids. (2015) Vol. 50. Iss. 6. P. 633-640.
    DOI: 10.3103/S0025654415060047
  7. Karev V.I., Kovalenko Yu.F. Well stimulation on the basis of preliminary triaxial tests of reservoir rock. Rock Mechanics for Resources, Energy and Environment. Proceedings of EUROCK 2013. The ISRM International Symposium. Wroclaw, Poland, 23-26 September 2013. Leiden: CRC Press/Balkema, pp.935-940.
  8. Климов Д.М., Карев В.И., Коваленко Ю.Ф., Устинов К.Б. Механико-математическое и экспериментальное моделирование устойчивости скважин в анизотропных геосредах // Изв. РАН. МТТ. 2013. № 4. С. 4-12.
    [МТТ]

    = Klimov D.M., Karev V.I., Kovalenko Yu.F., and Ustinov K.B. Mechanical-Mathematical and Experimental Modeling of Well Stability in Anisotropic Media // Mech. Solids. (2013) Vol. 48. Iss. 4. P. 357-363
    DOI: 10.3103/S0025654413040018
  9. V. Karev & Yu. Kovalenko. Triaxial loading system as a tool for solving geotechnical problems of oil and gas production. True triaxial testing of rocks. 2013. Leiden: CRC Press/Balkema, pp. 301-310.
  10. Коваленко Ю.Ф., Кулинич Ю.В., Карев В.И. и др. Способ ремонта скважин. – Патент РФ № 2188317 от 27 августа 2002 г.
  11. Коваленко Ю.Ф., Кулинич Ю.В., Карев В.И. и др. Способ освоения скважин. – Патент РФ № 2179239 от 10 февраля 2002 г.
  12. Христианович С.А., Коваленко Ю.Ф., Кулинич Ю.В., Карев В.И. Увеличение продуктивности нефтяных скважин с помощью метода георыхления // Нефть и газ Евразия. 2000. № 2. С. 90-94.