Modelowanie naprężeń powstających w złożu proppantów ceramicznych poddanemu jednoosiowemu ściskaniu

• Autorzy: Grabowski G. , Grandys M.

Warianty tytułu

EN

Simulation of stresses generated in a bed of ceramic proppants subjected to uniaxial compression

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem badań było utworzenie modelowego opisu naprężeń, powstających w złożu lekkich proppantów ceramicznych pod wpływem jednoosiowego ściskania, a także weryfikacja tego modelu w oparciu o właściwości rzeczywistych materiałów. Proppanty zostały wytworzone poprzez spiekanie granul, uzyskanych w mieszalniku wysokoenergetycznym z mieszaniny surowej i prażonej gliny Lubsko. Zoptymalizowano stosunek gliny surowej do prażonej oraz temperaturę spiekania z punktu widzenia tak kształtów proppantów, jak i ich wytrzymałości. Wytworzone proppanty zostały rozseparowane na zestawie sit, a wybrane frakcje i ich mieszaniny posłużyły do określenia wytrzymałości na ściskanie w złożu. Model geometryczny proppantów został zbudowany w oparciu o koncepcję przypadkowego, ciasnego upakowania przestrzeni kulami. Uzyskano w ten sposób mono- i bimodalne układy, dla których rozmiary kul odpowiadały rozmiarom rzeczywistych granul wybranych frakcji i mieszanin frakcji proppantów. W obliczeniach wykorzystano wcześniej zmierzone właściwości mechaniczne. Uzyskane wyniki wykazały dobrą zgodność z wartościami eksperymentalnymi i mogą stanowić podstawę do optymalizacji składu ziarnowego w celu poprawy wytrzymałości proppantów w wyrobisku górniczym.

EN

The aim of the work was to develop a model description of stresses generated in a bed of light ceramic proppants under uniaxial compression and verification of the model based on properties of real materials. The proppants have been produced by sintering of granules obtained in a high energy mixer from mixtures of the raw and calcined Lubsko clay. A ratio of the raw clay to the calcined one and a sintering temperature were optimized from the viewpoint of shapes of the proppants and their strength. The prepared proppants were separated by using a set of sieves and the selected fractions and their mixtures were used to determine the compressive strength of the proppant bed. A geometric model was developed which based on the concept of random close packing of spheres. This resulted in mono- and bimodal systems, in which sizes of the spheres corresponded to real sizes of the granules of the selected fractions and their mixtures. The calculations used the previously measured mechanical properties. The results showed good agreement with experimental values and may form the basis for the optimization of particle size distribution in order to improve the strength of the proppants in a mining excavation.

Słowa kluczowe

PL

proppanty; wytrzymałość na ściskanie; złoże proppantów; modelowanie naprężeń

EN

ceramic proppants; compressive strength; proppant bed; stress simulation

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 69, nr 2
• Strony: 154--159
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Grabowski G.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Grandys M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• 1. Norma PN-93G:11010 – Górnictwo. Materiały do podsadzki hydraulicznej. Wymagania i badania.
• 2. Knez, D., Śliwa, T.: Technologiczne aspekty szczelinowania złóż gazu łupkowego, Wiertnictwo Nafta Gaz, 28, (2011), 705-709.
• 3. Masłowski, M.: Materiały podsadzkowe do zabiegów hydraulicznego szczelinowania złóż niekonwencjonalnych, Nafta-Gaz, 70, (2014), 75-85.
• 4. Woźniak, P., Janus, D.: Gaz z łupków, szczelinowanie i ceramiczne proppanty, cz. 1. Wiadomości Naftowe i Gazownicze, 3, (2013), 7-12.
• 5. Dziubak, C., Rybicka Łada, J., Taźbierski, P.: Kryteria doboru surowców dla procesu wytwarzania proppantów, Materiały Ceramiczne/Ceramic Materials/, 67, (2015), 426-429.
• 6. Norma PN-EN ISO 13503-2: Przemysł naftowy i gazowniczy. Płyny i materiały do dowiercania złóż. Część 2: Pomiary właściwości materiałów podsadzkowych używanych podczas zabiegów hydraulicznego szczelinowania oraz wykonywania obsypki żwirowej.
• 7. Dziubak, C., Szamałek, K., Bylina, P.: Ocena możliwości wytwarzania propantu ceramicznego metodą „granulowanie-spiekanie”, Szkło i Ceramika, (2012), 2-6.
• 8. Bućko, M., Partyka, J., Pasiut, K., Grandys, M.: Dense ceramic proppants - effect of addition of selected oxides on the mechanical properties and pores distribution evaluation, w Book of Abstracts ECerS XIV, ID: 02150, 2015.
• 9. Gasek, K., Grandys, M., Partyka, J.: Effect of addition of fly ash on properties of light ceramic proppants, w European Young Engineers Conference Monograph (ed. M. Wojasiński, B. Nowak); 2016, 148.
• 10. Grandys, M., Partyka, J., Bućko, M.: Wpływ parametrów procesu granulowania w mieszadle wysokoenergetycznym na kształt lekkich proppantów otrzymywanych z mas zawierających popioły lotne, Materiały Ceramiczne/Ceramic Materials/, 68, (2016), 254-258.
• 11. Bernal, J. D., Mason, J.: Packing of spheres: Co-ordination of randomly packed spheres, Nature, 188, (1960), 910–911.
• 12. Torquato, S., Truskett, T. M., Debenedetti, P. G.: Is random close packing of spheres well defined?, Phys. Rev. Lett., 84, (2000), 2064-2067.
• 13. Desmond, K. W., Weeks, E. R.: Random close packing of disks and spheres in confined geometries, Phys. Rev. E., 80, (2009), 51305.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).