СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛИЯНИЯ ДАВЛЕНИЯ ДО 100 МПА НА ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ФЛЮИДОНАСЫЩЕННЫХ ПОРИСТЫХ ТЕЛ Российский патент 2016 года по МПК G01N25/18 

Описание патента на изобретение RU2575473C1

Изобретение относится к способам измерения теплофизических свойств веществ и может быть использовано в геофизике для оценки глубинных тепловых полей. Особенно эффективно способ может быть использован для исследования термобарических условий образования и разрушения гидратов углеводородных газов в флюидонасыщенных породах пластовых резервуаров месторождений углеводородов, т.к. теплопроводность газовых гидратов аномально высока. Также предлагаемым способом можно исследовать анизотропию теплопроводности насыщенных горных пород.

Аналогом предлагаемого способа является стационарный способ плоского слоя из работы Курбанова А.А. Теплопроводность газо-, водо- и нефтенасыщенных горных пород в условиях, моделирующих глубинные залегания пластов // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1988. С. 107-112. Всестороннее давление до 150 МПа на исследуемый образец создается в термостатированном автоклаве, заполненном передающей давление жидкостью (минеральным маслом). Способ сложен для технической реализации, т.к. при этом в автоклав помещается также электрический нагреватель, создающий тепловой поток, холодильник, термопары для измерения разности температур нагревателя и холодильника и абсолютной температуры опыта, система компенсации и измерения потерь тепла нагревателя. Это требует использования сложных устройств герметизации входящих в автоклав измерительных коммуникаций, приводит к возникновению дополнительных погрешностей из-за неконтролируемого теплопереноса через коммуникации и механического воздействия давления на материал термоэлектродов. Из-за необходимости поддержания высокого давления в достаточно большом объеме прототип способа взрывоопасен.

Кроме того, измерительный эксперимент трудоемок, длителен по времени.

Прототип предлагаемого способа описан в Патенте Российской Федерации на изобретение №2492455: Устройство для измерения теплопроводности флюидонасышенных под давлением пористых тел // Дата приоритета 17.02.2012. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 10 сентября 2013 г. Способ может использоваться для заявленных целей, но требует удвоенного объема эксперимента, т.к. вначале исследуется теплопроводность образца, насыщенного при атмосферном давлении, а затем при пластовом. При исследовании анизотропии теплопроводности требуются отдельные исследования радиально и тангенциально изготовленных образцов горных пород.

Техническая задача изобретения - измерение влияния давления на теплопроводность пористых тел при температурах от 200 до 500 К и давлении до 100 МПа.

Для решения технической задачи изобретения одинаковые цилиндрические пористые образцы 1 и 2 симметрично располагаются относительно нагревателя 3 (фиг. 1). На образцы надеваются обечайки 20 и холодильники 8 и 9. Вся конструкция стягивается шпильками 10 через теплоизолирующие эластичные прокладки 19, которые также обеспечивают герметическую изоляцию образцов друг от друга и тепловой контакт между образцами и нагревателем с холодильниками. Холодильники 8, 9 и нагреватель 3 изготовлены из материала с большой теплопроводностью (неотожженная медь), обечайки 20 из материала с малой теплопроводностью (хромоникелевая сталь), для прокладок 19 можно использовать фторопласт. При использовании этих материалов в образцах можно создавать гидростатическое давление до 100 МПа при температурах от 200 до 500 К.

Технический результат изобретения - возможность в одном опыте измерять влияние гидростатического давления на теплопроводность насыщенного пористого образца относительно теплопроводности такого же образца, находящегося при атмосферном давлении.

Для осуществления изобретения одинаковые цилиндрические пористые образцы 1 и 2 (диаметр 20÷60 мм, высота 5÷20 мм) помещаются симметрично с обеих сторон медного нагревателя 3. Через фторопластовые прокладки 19 на образцы надеваются обечайки из хромоникелевой стали 20 и медные холодильники 8 и 9. Вся конструкция стягивается болтами 10. Для измерения температуры нагревателя Τ он оснащен термопарами 5. Измерение температур холодильников Т1 и Т2 осуществляется термопарами 6 и 7. Тепловые потоки Q1 и Q2 в обоих образцах создаются электрическим нагревателем 4. Собранная измерительная ячейка помещается в термостат при Тоn=const. В полостях образцов 1 и 2 создается вакуум (вентили 13 и 17 - открыты, 14, 15 и 16 - закрыты). Затем оба образца насыщаются исследуемым флюидом при атмосферном давлении Ратм. через вентили 13 и 15 (все остальные - закрыты). Далее все вентили закрываются, а через вентиль 16 в образце 2 создается гидростатическое давление Р2. Для изоляции гидравлических систем пресса и измерительной ячейки служит разделитель давления 18 (например, U-образный сосуд с несмешивающейся с углеводородами жидкостью).

Если исследуемый флюид при Ратм. находится в газовой фазе, насыщение образцов 1, 2 и создание предварительного давления в образце 2 осуществляется с помощью газового баллона с редуктором через вентиль 14 (остальные вентили - закрыты).

Давление Р1 и Р2 в полостях образцов 1 и 2 контролируется мановакуумметрами 11 и 12.

После стабилизации Р1, Р2 и Тоn включают нагреватель 4 и измеряют установившиеся при этом температуры Т, Т1 и Т2. Теплопроводность при термобарических условиях образцов 1 и 2 λ1(2) рассчитываются по формуле стационарного способа плоского слоя:

Q - количество тепла, выделяемое нагревателем 3;

Qnom - потери тепла нагревателя 3 (по методике прототипа);

l - толщина образца;

S - площадь круглого сечения образца;

Т - температура нагревателя 3;

T1(2) - температура холодильника.

Индекс 1 относит параметр к полости образца 1, а индекс 2 - к полости образца 2.

Т. к. все величины в формуле (1) одинаковы, то влияние давления на теплопроводность флюидонасыщенного образца пористой горной породы пропорционально отношению температур Т1 и Т2.

Анизотропию теплопроводности насыщенных горных пород исследуют аналогично, но в обеих полостях создают одинаковое гидростатическое (пластовое) давление, для радиально (1) и тангенциально (2) изготовленных образцов горных пород. Количественно анизотропия также пропорционально отношению температур Т1 и Т2.

Похожие патенты RU2575473C1

название год авторы номер документа
Устройство для измерения теплопроводности горной породы под одновременным воздействием порового и внешнего давлений 2022
  • Кузнецов Михаил Александрович
  • Нестеров Павел Александрович
RU2790201C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ФЛЮИДОНАСЫЩЕННЫХ ПОД ДАВЛЕНИЕМ ПОРИСТЫХ ТЕЛ 2012
  • Кузнецов Михаил Александрович
  • Григорьев Евгений Борисович
  • Богданов Андрей Владимирович
  • Лазарев Алексей Сергеевич
RU2492455C1
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ПОРИСТЫХ ТЕЛ ПРИ ВСЕСТОРОННЕМ ДАВЛЕНИИ 2011
  • Кузнецов Михаил Александрович
  • Григорьев Евгений Борисович
  • Овсянников Павел Олегович
  • Лазарев Алексей Сергеевич
RU2461818C1
Способ определения общей пористости естественно-насыщенных образцов горных пород с использованием метода ЯМР 2021
  • Загидуллин Максим Ильварович
  • Гильманов Ян Ирекович
  • Кукарский Максим Сергеевич
RU2780988C1
СПОСОБ ПОИСКА И РАЗВЕДКИ ЗАЛЕЖЕЙ ФЛЮИДНЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ 1994
  • Курбанов А.А.
RU2117318C1
Устройство для измерения теплопроводности 1979
  • Курбанов Абдул-Гаджи Ахмедович
SU779870A1
УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ ПОД ДАВЛЕНИЕМ 2022
  • Еловенко Денис Александрович
  • Пимштейн Павел Гдальевич
  • Кузнецов Кирилл Анатольевич
RU2783366C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ И ОБЪЕМНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ ПЛАСТОВ В СКВАЖИНЕ 2001
  • Гуров П.Н.
RU2190209C1
Способ определения количества равновесной воды в гидратосодержащих горных породах 2022
  • Буханов Борис Александрович
  • Мухаметдинова Алия Захрафовна
  • Афонин Михаил Михайлович
  • Чувилин Евгений Михайлович
  • Истомин Владимир Александрович
RU2791953C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОРОДЫ ПЛАСТА-КОЛЛЕКТОРА 2016
  • Абашкин Владимир Викторович
  • Ялаев Тагир Рустамович
  • Сафонов Сергей Сергеевич
  • Динариев Олег Юрьевич
  • Казак Андрей Владимирович
  • Чехонин Евгений Михайлович
  • Попов Юрий Анатольевич
RU2636821C1

Реферат патента 2016 года СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛИЯНИЯ ДАВЛЕНИЯ ДО 100 МПА НА ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ФЛЮИДОНАСЫЩЕННЫХ ПОРИСТЫХ ТЕЛ

Изобретение относится к способам измерения теплофизических свойств веществ и может быть использовано в геофизике для оценки глубинных тепловых полей, условий образования и разрушения гидратов углеводородных газов в флюидонасыщенных породах пластовых резервуаров месторождений углеводородов, исследования анизотропии теплопроводности насыщенных горных пород. Заявлен способ измерения влияния давления до 100 МПа на теплопроводность флюидонасыщенных пористых тел, представляющий собой разновидность стационарного способа плоского слоя, в котором одинаковые образцы, расположенные симметрично относительно нагревателя, гидравлически изолированы друг от друга. Технический результат - повышение информативности за счет обеспечения возможности в одном опыте измерять влияние гидростатического давления на теплопроводность насыщенного пористого образца относительно теплопроводности такого же образца, находящегося при атмосферном давлении. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 575 473 C1

Способ измерения влияния давления до 100 МПа на теплопроводность флюидонасыщенных пористых тел, представляющий собой разновидность стационарного способа плоского слоя, отличающийся тем, что одинаковые образцы, расположенные симметрично относительно нагревателя, гидравлически изолированы друг от друга.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2016 года RU2575473C1

КУЗНЕЦОВ М.А., БОГДАНОВ А.В
И ДР., "МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ФЛЮИДОНАСЫЩЕННЫХ ПОРОД ПРИ ПЛАСТОВЫХ ТЕРМОБАРИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ И ЕГО АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ", ВЕСТИ ГАЗОВОЙ НАУКИ, N3(11), 2012, с.346-351
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ФЛЮИДОНАСЫЩЕННЫХ ПОД ДАВЛЕНИЕМ ПОРИСТЫХ ТЕЛ 2012
  • Кузнецов Михаил Александрович
  • Григорьев Евгений Борисович
  • Богданов Андрей Владимирович
  • Лазарев Алексей Сергеевич
RU2492455C1
СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ 2009
  • Балабанов Павел Владимирович
  • Балабанова Елена Николаевна
  • Пономарев Сергей Васильевич
RU2387981C1
СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ 2003
  • Мищенко С.В.
  • Пономарев С.В.
  • Трофимов А.В.
  • Балабанов П.В.
  • Пономарева Е.С.
RU2243543C1
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ПОРИСТЫХ ТЕЛ ПРИ ВСЕСТОРОННЕМ ДАВЛЕНИИ 2011
  • Кузнецов Михаил Александрович
  • Григорьев Евгений Борисович
  • Овсянников Павел Олегович
  • Лазарев Алексей Сергеевич
RU2461818C1
WO 2013129971 A1, 06.09.2013.

RU 2 575 473 C1

Авторы

Кузнецов Михаил Александрович

Григорьев Евгений Борисович

Даты

2016-02-20Публикация

2014-10-28Подача