آزمایشگاه ژئو مکانیک

آزمایشگاه ژئو مکانیک

تکنسین:محسن ده ودار

  • معرفي

معرفی

آزمایشگاه ژئومکانیک دانشکده مهندسی نفت دانشگاه صنعتی امیرکبیر یکی از مجهزترین آزمایشگاه های ژئومکانیک در ایران می باشد. این آزمایشگاه علاوه بر دستگاه های مورد نیاز جهت تهیه نمودن مغزه جهت انجام تست به چهار دستگاه بارگذاری سه محوره (ATC)، جک اتوماتیک 50 کیلونیوتنی، دستگاه ارزیابی خواص غشایی و بررسی خواص فیزیکی کیک گل مجهز می باشد. تحقیقات انجام شده و در حال انجام در این آزمایشگاه شامل موضوعاتی چون اندازه گیری پارامترهای مکانیکی سنگ، توسعه مدل های رفتاری پورومکانیک برای سنگ، ساخت مدل ژئومکانیکی سازند، ارزیابی خواص پورومکانیک شیمیایی شیل، مدل سازی و شبیه سازی رفتار تورمی شیل ها در تماس با سیال حفاری آب پایه، انتخاب گل حفاری آب پایه بهینه برای حفاری شیل ها، شبیه سازی و مدل سازی شکست هیدرولیکی می باشد. در راستای همکاری های میان آزمایشگاه ژئومکانیک دانشگاه صنعتی امیرکبیر و صنعت نفت ایران، دو پروژه انجام تست های مکانیکی سنگ بر روی نمونه های مغزه برای شرکت مناطق نفتخیز جنوب و مدیریت اکتشاف در این آزمایشگاه خاتمه یافته است.

براساس دستگاه های موجود در آزمایشگاه ژئومکانیک دانشگاه صنعتی امیرکبیر، آزمایش های زیر در این آزمایشگاه انجام می شوند:

  • نمونه گیری و آماده سازی آن برای انجام تست های مکانیکی سنگ
  • بارگذاری تک محوری سنگ
  • بارگذاری نمونه های استوانه ای توخالی
  • بارگذاری سه محوری زهکشی شده و زهکشی نشده تحت شرایط دمایی و فشاری مختلف
  • اندازه گیری مقاومت شکست کششی هیدرولیکی
  • بارگذاری سه محوری چندمرحله ای
  • تست خزش
  • تست تورم آزاد
  • کشش غیرمستقیم برزیلی
  • تست بار نقطه ای
  • تست بار سه نقطه روی نمونه نیم دایره برای اندازه گیری ضریب چقرمگی مد اول
  • تست نفوذ فشار منفذی
  • اندازه گیری بازدهی غشایی شیل
  • اندازه گیری تراوایی نمونه سنگ در محدوده نانودارسی
  • اندازه گیری ضریب نفوذ مولکولی سنگ
  • اندازه گیری خصوصیات فیزیکی کیک گل

 

تجهیزات آزمایشگاهی

1- آماده سازی پلاگ

در آزمایشگاه ژئومکانیک دانشگاه صنعتی امیرکبیر، نمونه های پلاگ برای انجام تست های ژئومکانیکی براساس استاندارد موسسه بین المللی مکانیک سنگ تهیه می گردد. به این منظور، از دستگاه های پلاگ گیری، برش مغزه، صاف کن دو سر پلاگ و صیقل دهنده سطوح آن ها استفاه می شود. کلیه دستگاه های مورد استفاده ساخت شرکت Vinci Technologies فرانسه می باشند.

 

 

{#myemotions_dlg.cool}

 

{#myemotions_dlg.cool} 

2- دستگاه بارگذاری سه محوره

دستگاه بارگذاری سه محوری دانشگاه صنعتی امیرکبیر یک دستگاه اتوماتیک سرووکنترل با سختی بالا می باشد که توسط شرکت CSIROاسترالیا ساخته شده است. رابط های الکترونیکی و هیدرولیکی متعددی درون سلول سه محوره تعبیه شده است که امکان اتصال نیروسنج، جابجایی سنج های محوری و جانبی درون سلول و همچنین اندازه گیری فشارهای منفذی و محصورکننده را تحت شرایط دمایی و فشاری مختلف فراهم می سازند. قابلیت های اصلی دستگاه و همچنین قابلیت بارگذاری هیدرولیکی و مکانیکی آن به صورت زیر می باشند:

  • قابلیت تست روی نمونه های استوانه ای شکل به قطر 25، 38 و 51 میلیمتر
  • اعمال فشار محصورکننده تا 70 مگاپاسگال
  • اعمال فشار منفذی تا 70 مگاپاسگال
  • بارگذاری محوری تا نیروی 450 کیلونیوتن (حدوداً معادل تنش 400 مگاپاسکال روی نمونه ای به قطر 38 میلیمتر)
  • اعمال دما تا 100 درجه سانتیگراد
  • دارای سه پمپ سرنگی تزریقی اتوماتیک مجزا برای اعمال بار محوری، فشارهای محصورکننده و منفذی
  • اندازه گیری تغییر شکل نمونه با استفاده از جابجایی سنج های محوری و جانبی با دقت 001/0 میلیمتر در شرایط دمایی و فشاری مطرح شده

این دستگاه برای انجام تست های زیر مورد استفاده قرار می گیرد:

  • بارگذاری تک محوری
  • بارگذاری سه محوری تک مرحله ای تحت شرایط زهکشی شده و زهکشی نشده
  • بارگذاری سه محوری چندمرحله ای
  • اندازه گیری مقاومت کششی هیدرولیکی سنگ
  • تست خزش
  • تست تورم

کلیه داده ها در حین انجام تست توسط سیستم ثبت داده ها که در محیط LabviewTM برنامه نویسی شده است ذخیره سازی می شوند. همچنین این برنامه، پمپ های بارگذاری محوری، فشار منفذی و فشار محصورکننده را کنترل می کند. از داده های بدست آمده از تست های نام برده شده فوق برای محاسبه خصوصیات الاستیک مدول یانگ و نسبت پواسون، پارامترهای شکست برشی سنگ، تنش های شکست و باقی مانده، پوش شکست نمونه سنگ، تراکم پذیری، خصوصیان خزش و تورمی سنگ استفاده می شود.

 

{#myemotions_dlg.cool} 

3- دستگاه ارزیابی بازدهی غشایی

دستگاه ارزیابی بازدهی غشایی (MESE) که ساخت شرکت CSIROاسترالیا می باشد برای انجام تست نفوذ فشار منفذی مورد استفاده قرار می گیرد. این تست معمولاً برای ارزیابی واکنش فیزیکی و شیمیایی نمونه های شیل در تماس با سیال حفاری، محاسبه بازدهی غشایی شیل، اندازه گیری تراوایی سنگ در محدوده نانودارسی و طراحی گل های حفاری آب پایه سازگار با محیط زیست جهت کاهش مشکلات ریزش چاه در سازندهای شیلی مورد استفاده قرار می گیرد. در این تست، بارهای شیمیایی یا فشاری در یک سمت نمونه اعمال می گردد و تغییر فشار سیال در سوی دیگر نمونه ثبت و بررسی می گردد.

   دستگاه ارزیابی بازدهی غشایی از 6 سلول مجزا ساخته شده است که امکان انجام تست بر روی 6 نمونه به صورت همزمان را فراهم می سازد. به این ترتیب نحوه طراحی این دستگاه امکان شروع و خاتمه دادن تست به صورت مجزا و مستقل از هم در هر سلول را فراهم می سازد. برای انجام تست در این سلول ها، از یک پمپ تزریق سرنگی دقیق برای اعمال فشار محصورکننده و از دو کپسول نیتروژن دارای تنظیم کننده فشار برای کنترل سیستم فشار منفذی استفاده می شود. همچنین از یک شیر در بالادست نمونه جهت به جریان انداختن سیال حفاری در تماس با نمونه و شبیه سازی شرایط دینامیک استفاده می شود.

مشخصات اصلی دستگاه ارزیابی خصوصیات غشایی به شرح زیر می باشد:

  • نمونه های سنگ با قطر 1 اینچ و طول حداکثر 1 اینچ
  • فشار محصورکننده بیشینه 35 مگاپاسکال
  • فشار منفذی بیشینه 20 مگاپاسکال

 

4- دستگاه ارزیابی خواص فیزیکی کیک گل

دستگاه ارزیابی خصوصیات فیزیکی کیک گل توسط شرکت CSIROاسترالیا طراحی و ساخته شده است. این دستگاه برای ارزیابی مقاومت کیک گل در برابر نیروهای فشاری، کششی و پیچشی مورد استفاده قرار می گیرد. از نتایج بدست آمده برای طراحی افزایه هایی به گل حفاری برای کاهش مشکلات چسبیدن و گیر کردن لوله حفاری درون کیک گل استفاده می گردد. این دستگاه از یک پایه فلزی به سطح مقطع نیم کره تشکیل شده است که با حرکت جک تحت شرایط حرکتی مختلف با کیک گل باقی مانده بعد از تست فیلترپرس در تماس قرار می گیرد و به نوعی تماس لوله حفاری با کیک گل در دیواره چاه را شبیه سازی می نماید. این دستگاه مجهز به یک نیروسنج و یک گشتاورسنج دقیق می باشد که نیروهای کششی، فشاری و پیچشی اعمال شده به پایه نیم کره در تماس با کیک گل را ثبت می نماید. در این دستگاه نیز از یک برنامه نوشته شده در محیط LabviewTMنمایش و ثبت داده حین انجام آزمایش استفاده می شود.

 

 {#myemotions_dlg.cool}

5- جک اتوماتیک 50 کیلونیوتنی

جک اتوماتیک 50 کیلونیوتنی Tritechساخت شرکت Wykeham Farrance کشور انگلستان می باشد. این جک قابلیت بارگذاری با حداقل و حداکثر نرخ بارگذاری به ترتیب 0.0001 و 9.9999 میلیمتر بر دقیقه را دارد. این جک مجهز به یک نیروسنج به دقت 1 نیوتن و یک جابجایی سنج به دقت 0.001 میلیمتر می باشد. از جک اتوماتیک 50 کیلوتیوتنی برای اندازه گیری ضریب چقرمگی مد 1، انجام تست کشش غیرمستقیم برزیلی و اعمال بار نقطه ای در آزمایشگاه ژئومکانیک استفاده می شود. همچنین کلیه داده های نیرو و جابجایی توسط یک نرم افزار در محیط LabviewTMحین انجام تست نمایش داده می شوند و جهت انجام مطالعات بعدی ذخیره می شوند.

 {#myemotions_dlg.cool}