Анализируем влияние ровности засыпки на результат сопротивления раздавливанию
С 27 по 29 октября 2025 г. в Технопарке новосибирского Академгородка прошёл научно-технический форум, посвящённый технологиям гидравлического разрыва пласта (ГРП), организованный АО «Геологика». Представители компании «Юнифрак Трейд», входящей в состав «Рус Минералз», генеральный директор Кузнецов Евгений и руководитель службы качества и разработки новых продуктов Воронцов Владислав приняли участие в секции «Материалы ГРП и методы лабораторных исследований» с докладом на тему «Ключевые особенности производства и испытаний материалов ГРП на основе кварцевого песка».
Один из разделов доклада посвящён стандартной методике испытания на сопротивление раздавливанию. Исследование показывает, как «человеческий фактор» и способ засыпки кратно искажает результат для кварцевых песков, что напрямую бьёт по качеству и рекламационной работе. Продвигая плувиатор и обновление методик, мы реализуем наше видение: наука + технология + качество как приоритет и надёжные, воспроизводимые решения.
Поскольку отдельного стандарта ГОСТ на испытания кварцевых песков для нужд ГРП в России нет, то всем производителям кварцевых песков приходится проводить испытания по действующим на данный момент ГОСТ – магнезиально-кварцевых пропантов (54571-2023) или алюмосиликатных (51761-2013). Оба этих стандарта в качестве своей базы используют международный стандарт ISO13503-2.
Наиболее важным испытаний из базовых физико-химических свойств пропанта является сопротивление раздавливанию, показывающем прочность частиц при различных уровнях нагрузки. Методика на сопротивление раздавливанию, к сожалению, крайне зависит от человеческого фактора: даже при наличии правильно настроенного оборудования (гидравлический пресс создает нужную нагрузку с нужной скоростью), поверенные и откалиброванные сита и отсутствие расхождения в навеске (насыпной плотности), методика буквально гласит следующее: «засыпают через воронку в ячейку для раздавливания, перемещая струю пропантов так, чтобы их поверхность в ячейке была ровной».
Какую воронку брать?
С какой скоростью засыпать?
Как часто и как в принципе контролировать ровность?
Как измерить конечное значение ровности?
В наших производственных лабораториях были проведены испытания не одной сотни проб керамических пропантов и кварцевых песков для установления влияния способа засыпки материала в ячейку на результат испытания, при различных уровнях нагрузки, 4000 и 6000 psi. Было выбрано 2 условных варианта: ровная засыпка (относительно медленная засыпка материала в ячейку, с контролем ровности визуально, непрерывно и послойно) и «условно ровная» засыпка (засыпка в ячейку как есть, без послойного контроля ровности), визуально это будет более понятно на следующих фотографиях.
В таблице ниже представлены усредненные результаты испытаний проб одного из производителей керамических пропантов. Видно, что при относительно низкой нагрузке 4000 psi для пропантов мелких фракций 30/50 и 40/70 результат фактически не зависит от способа засыпки, т.к. сам результат краша крайне низкий – сотые доли процента до 0,06%. В свою очередь, для фракции 20/40 (которая примерно в 2 раза крупнее 40/70 и в 1,5 раза крупнее 30/50) разница в результатах находится на границе предела внутрилабораторной прецизионности. Аналогичные результаты получены при более высоком давлении 6000 psi: разбег увеличивается с увеличением фракции от 18 до 24%.
Аналогичные сравнительные испытания были проведены для кварцевых песков Юнифрак, полученные результаты по влиянию способа засыпки крайне отличаются от керамики и это критично для кварцевого песка: существенное влияние оказывает угловатая форма частиц (при одинаковой фракции, сферичность и округлость песка всегда ниже керамики до 0,2-0,3 единиц по Крумбьену-Шлоссу), что не позволяет частицам упаковываться в ячейке для раздавливания также равномерно, как пропант, таким образом создается крайне неравномерное распределение нагрузки на частицы, учитывая также изначальную разницу в прочности кварцевого песка и керамики, это оказывает значительное влияние на финальный результат.
При давлении 4000 psi для всех испытанных фракций завышение результата испытания составило от 3 до 4 раз, при нагрузке 6000 psi – от 2 до 3 раз, что никаким образом не входит в максимально допустимый предел воспроизводимости (28%).
С учетом полученных результатов хочется отметить, что человеческий фактор является большим риском для рекламационной работы в будущем, и для его избежания следует совместными усилиями продвигать внедрение плувиатора в работу лабораторий, а также обновление действующих версий ГОСТ и описанных методик.
