Способ определения открытой пористости образцов Советский патент 1981 года по МПК G01N15/08 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при исследовании свойств пористых образцов, например пород коллекторов нефти и газа.

Известны способы определения пористости материалов путем измерения какого-либо термодинамического параметра пороз аполняизщей среды в герметичной камере с образцом при изменении объема герметичной камеры 1 и 2).

В этих способах требуется установление теплового равновесия порозапол.няющей среды с термостатом или с окружающей средой, что удлиняет процесс измерения, а неучет неидеальности рабочего газа атмосферного чоздуха (используемого в качестве порозаполняющей среды) приводит к нёобходимости частой калибровки по эталонам, например, при изменениях состояния атмосферы, что приводит к дополнительной погрешности измерения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения открытой- пористости образцов, заключающийся в размещении образца в рабочей камере, соединенной со всномогательной камерой, и создание перепада давления газа между камерами. Перепад создают превышением давления во вспомогательной камере на некоторую заданную величину 3.

Способ основан на использовании закона Бойля-Мариотта с построением калибровочной кривой давлениеобъем . Измеряется перепад давления

10 воздуха относительно известного давления, заранее устанавливаемого во вспомогательной герметичной камере. После присоединения, имеющей атмосферное давление герметичной рабочей 15 камеры с вложением в нее образцов горной породы к вспомогательной ;камере & последней меняется давление. От величины объема скелета V образца меняется свободный объем герме20тичной рабочей камеры и поэтому величина измеряемого перепада давления воздуха пропорциональна величине объема скелета образца. Заменяя в рабочей камере образец горной породы

25 абсолютно непроницаемыми для воздуха эталонами с различными, но заранее известными объемами, и измеряя каждый раз перепёщ давления во вспомогательной камере, строят калибровочную кривую давление-объем

Из

последней по измеренному перепаду давления, соответствующему вложенному в рабочую камеру образцу горной породы, находят величину объема V скелета образца горной породы. По известной величине полного геометрического объема Vf, занимаемого образцом горной породы, вычисляют пористость М по формуле

Vr-V,

м.:

cv;

Ю0%. (1)

Однако существующий способ определения пористости, связанный с измерением объема скелета образца , не позволяет получать необходимую экспрессность измерения. Обусловлено это тем, что процесс Бойля-Мариотта является квазистатическим, а относительные изменения температуры дТ/Тр должны быть намного меньше относительных изменений объемов uV/Vg и давлений д Р/Ру, что приводит к необходимости тщательного термостатирования, в течении длительного времени. Кроме того процессы построения калибровочной кривой и измерения объема скелета Образца проводятся в различные моменты времени, в течение которых параметры порозаполняющей среды (атмосферного воздуха) различны. Это является источником дополнительной погрешности измерения объема скелет образца.

Целью изобретения является повышение точности и скорости процесса измерения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения открытой пористости образцов, заключающемся в размещении образца в рабочей камере, соединенной со вспомогательной камерой, создании перепсща давления газа между камерами, перепад давления создают вакуумированием рабочей камеры, затем адиабатически расширяют газ из вспомогательной камеры в рабочую и измеряют изменение температуры газа после чего по калибровочной кривой судят о погрешности.

Построение калибровочной кривой производят при каждом определении пористости образца по известным величинам эталонных объемов и соответствующих им перепадов температур .

На фиг. 1 представлена схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 - калибровочная кривая.

При адиабатическом процессе расширения имеющий атмосферную температуру Тд воздух из вспомогательной камеры врывается в рабочую камеру, причем весь процесс происходит в условиях теплоизоляции. Про прошествии некоторого времени (большего, чем время релаксации давления, но

меньшего характерного времени теплопроводности через изолирующие стенки) в обеих камерах устанавливается для воздуха термодинамическое равновесие и может быть измерено изме- нение температуры Тр, где Тр установившаяся температура воздуха в герметичных камерах, рассматриваемого как неидеальный газ. При адиабатическом расширении неидеальный газ

охлаждается, следовательно, Тр ТатПо истечении времени большего, чем характерное время теплопроводности через теплоизолирующие стенки, охлажденный газ нагревается за счет большей теплоемкости стенок сосуда

5 и отдачи тепла от стенок непосредственно рабочему газу. Характер нагревания газа и весь связанный с этим процесс несущественен. Если рассматривать воздух в камерах как не0 идеальный газ Вандер-Ваальса и обозначить через V(3 объем герметичной вспомогательной камеры, а через (V - VCK,) пустой объем герметичной рабочей камеры с вложенным образцом

5 горной породы, то при расширении воздуха его температура уменьшится на величину

т т -°

-)i tl)

Vo Vg + V -Vcvi

где aN/Сч - константа, характеризует неидеальность рабочего

газа

V - объем рабочей камеры; а О (для идеального газа). Из этой формулы видна связь между параметрами неидеального газа, изменением его температуры и объемом

скелета образца горной породы.

Помещая в рабочую камеру вместо образца горной породы абсолютно непроницаемые для воздуха образцы с известными объемами Vg , можно определить калибровочную кривую, дающую связь между изменениями температуры и соответствующими объемами эталонных образцов. По этой кривой можно установить объем скелета ,

если замерить соответствующий перепад температуры воздуха. При этом важно, чтобы параметры воздуха при измерениях с эталонами и образцом горной породы были бы неизменными.

Последнее достигается использованием совокупностей герметичных камер, половина которых идентична рабочей, а другая половина идентична вспомогательной камерам. Причем эти камеры попарно связаны между собой

вакуумными кранами аналогично тому, как связаны между собой герметичные рабочая и вспомогательная камеры. Кроме того, вспомогательная и идентичные ей камеры также связаны между

собой вакуумными кранами. Процесс измерения производится следующим способом. В рабочую камеру вкладывают изме ряемый образец горной породы. В иде тичные ей совокупность камер вкладывают абсолютно непроницаемые для воздуха эталонные образцы с известны ми объемами. Объемы эталонных образ цов отличаются друг от друга на заданную величину шага. При этом имеются эталонные образцы с величин ми объемов как меньшими, так и боль шими величины- объема скелета измеря мого образца горной породы. Затем открывают все вакуумные краны с тем, чтобы в герметичной в целом системе установились одинаковые давление и температура воздуха. Пос ле этого перекрывают все краны и откачивают воздух из рабочей и иден тичных ей камер. Прекратив откачку воздуха, одновременно открывают тол ко те вакуумные краны, которые попа но связывают рабочую и вспомогатель ную камеры, а также камеры, содержащие этсшонные образцы и идентичны вспомогательной камере. Во вспомога тельной и идентичных ей камерах измеряют установившиеся перепады температуры воздуха. Вспомогательная и идентичные ей камеры друг от друга изолированы, также как рабочая и идентичные ей камеры. Поэтому каждому эталонному образцы соответствует свой перепад температуры воздуха. Ставя п известным величинам объемов эталонов Vj , Vg-m ) . . . соответствующие им п измеренных разностей температур воздуха в п идентичных вспомогательных камерах, получают калибровочную кривую. Из последней по измеренному перепаду температуры воздуха, соответствующему образцу горной породы, вложенному в рабочую камеру, находят величину объема скелета измеряемого образца горной породы. По известной величине полного геометрического объема Vf, занимаемого образцом горной породы, вычисляют его пористость по формуле - (1). Пример. В рабочую камеру 1 (фиг. 1) вкладывают исследуемый обра зец горной породы. В камеры 2 - 5 вкладывают эталонные, калиброванные по объему и абсолютно непроницаемые для воздуха образцы. Поскольку ориен тировочно пористость исследуемого образца известна, то всегда можно подобрать эталонные образцы так,.что бы Vg,- . .. - Vc , а УЗТ 4 эт5 VC Затем открывают все вакуумные краны с тем, чтобы во всех камерах установился воздух с одинаковыми параметра ми. После этого перекрывают краны l - 5 и приступают к откачке воздуха из объемов 1 - 5 . По окончании откачки перекрывают краны 11 16 и 6 - 10. Прибор готов к измерени ям. Одновременно открывая краны 1 5 , регистрируют показания датчиков перепадов температур воздуха 17 21. По данным датчиков 18 - 21 и известным величинам объемов эталонных образцов строят калибровочную кривую (фиг. 2). Точки tg-, t, t, tj соответствуют перепадам температур воздуха в камерах 5, 4, 2, и 3, а Ч . V,T,i - известные величины объемов эталонных образцов. По показаниям датчика 17 определяют перепад температуры воздуха во вспомогательной камере 1. Нанося его величину на ось абсцисс (фиг. 2), по построенной калибровочной кривой находят соответствующее значение V, . Далее по формуле (1) находят искомую пористость образца горной породы. Подбирая систему эталонов с известными объемами, можно установить необходимый интервал (задать величину шага), на который должны отличаться друг от друга эталонные объемы. Время одного измерения составляет 2 мин, а относительная точность 0,5%. Предложение использовать гщиабатический процесс расширения воздуха из герметической вспомогательной камеры в герметичную рабочую Кс1меру и аналогичные процессы в совокупностях индентичнык рабочей и вспомогательной камерах, для определения пористости имеет то преимущество, что в предлагаемом способе не требуется установления теплового равновесия термостата (или окружающей среды) с рабочим газом, учитывается неидеальность последнего, в результате ускоряется и уточняется процесс измерения. Формула изобретения 1. Способ определения открытой пористости образцов, заключающийся в разметценир образца в рабочей камере, соединенной со вспомогательной камерой, создании перепада давления газа между камерами, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью сокращения времени определения, перепад давления создают вакуумированием рабочей камеры, затем адиабатически расширяют газ из вспомогательной камеры в рабочую и измеряют изменение температуры газа, после чего по калибровочной кривой судят о пористости. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повьнпения точности определения, построение калибровочной кривой производят при каждом определении пористости образца по известным величинам

эталонных объемов и соответствующих им перепадов температур газа.

Источники инфбрмации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 101169, кл. 3 G 01 N 15/08, 1954.

2.Авторское свидетельство № 495589, кл. 3 G 01 N 15/08,

3.Авторское свидетельство 324554, кл. 3 G 01 N 15/08, (прототип).