Влияние ровности засыпки на прочность материалов ГРП

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 «Ключевые особенности производства и испытаний материалов ГРП на основе кварцевого песка».

Методика испытаний и влияние человеческого фактора

Один из разделов доклада посвящён стандартной методике испытания на сопротивление раздавливанию.
Исследование показывает, как человеческий фактор и способ засыпки кратно искажают результат для кварцевых песков, что напрямую влияет на качество и рекламационную работу.

Продвигая плувиатор и обновление методик, мы реализуем наше видение: наука + технология + качество как приоритет и надёжные, воспроизводимые решения.

Стандарты испытаний и ограничения методики

Поскольку отдельного стандарта ГОСТ на испытания кварцевых песков для нужд ГРП в России нет, производители проводят испытания по действующим ГОСТ — магнезиально-кварцевых пропантов (54571-2023) или алюмосиликатных (51761-2013). Оба стандарта используют международную базу ISO13503-2.

Наиболее важным испытанием из базовых физико-химических свойств пропанта является сопротивление раздавливанию, показывающее прочность частиц при различных уровнях нагрузки.

Методика при этом сильно зависит от человеческого фактора. Даже при правильно настроенном оборудовании (гидравлический пресс, поверенные сита, точная навеска) результат может варьироваться. Методика буквально гласит:

«Засыпают через воронку в ячейку для раздавливания, перемещая струю пропантов так, чтобы их поверхность в ячейке была ровной».

Возникают вопросы:

— Какую воронку использовать?
— С какой скоростью засыпать?
— Как контролировать ровность?
— Как измерить конечное значение?

Испытания в лабораториях Юнифрак

В производственных лабораториях были проведены испытания сотен проб керамических пропантов и кварцевых песков для оценки влияния способа засыпки на результат при нагрузках 4000 и 6000 psi.

Было выбрано два варианта:

1. Ровная засыпка — медленная, с визуальным контролем послойно.

2. Условно ровная — без контроля ровности.

В таблице представлены усреднённые результаты для керамических пропантов. При нагрузке 4000 psi для фракций 30/50 и 40/70 результат не зависел от способа засыпки (до 0,06%).
Для фракции 20/40 разница находилась на границе прецизионности. При 6000 psi разброс увеличивался с ростом фракции — до 18–24%.

Результаты испытаний кварцевого песка

Испытания кварцевых песков Юнифрак показали иную картину. На результат существенно влияет угловатая форма частиц: сферичность и округлость песка всегда ниже, чем у керамики, на 0,2–0,3 единицы по Крумбьену-Шлоссу.

Это приводит к неравномерной укладке материала в ячейке, а значит — к неравномерному распределению нагрузки. С учётом разницы в прочности кварца и керамики это значительно влияет на итог.

При давлении 4000 psi завышение результата составило в 3–4 раза, при 6000 psi — в 2–3 раза, что выходит за пределы допустимой воспроизводимости (28%).

Выводы