Способ измерения влияния давления до 100 мпа на теплопроводность флюидонасыщенных пористых тел

Авторы патента:

G01N25/18 - путем определения коэффициента теплопроводности (с помощью калориметрических измерений G01N 25/20; путем измерения сопротивления электрически нагреваемого тела G01N 27/18)

Владельцы патента RU 2575473:

Кузнецов Михаил Александрович (RU)

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.

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 Т_оn=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 Р_атм. 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 Р_атм. 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 Т_оn 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;

Q_nom - 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.

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.

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано в строительной теплотехнике и различных отраслях промышленности. Согласно заявленному способу на поверхность исследуемого твердого строительного материала воздействуют электромагнитным полем СВЧ-диапазона с частотой не менее 10 ГГц, осуществляя нагрев исследуемого полуограниченного в тепловом отношении тела.

Способ установки пленочных образцов при измерении температурной зависимости электрического сопротивления // 2572133

Изобретение относится к наноэлектронике и наноэлектромеханике. Для нагрева пленочного образца и измерения его электрического сопротивления помещают образец в корпус кварцевого реактора.

Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик строительных материалов и изделий // 2570596

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано в строительной теплотехнике и различных отраслях промышленности. Согласно заявленному способу осуществляют нагрев исследуемого объекта воздействием импульса СВЧ-излучения, измерение в заданный момент времени после воздействия импульса СВЧ-излучения избыточной температуры на теплоизолированной от окружающей среды поверхности исследуемого изделия в двух точках, находящихся на расстояниях Х1 и Х2 от плоскости электромагнитного воздействия.

Способ измерения относительной теплопроводности при внешнем воздействии // 2569933

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано для определения относительной теплопроводности материалов. Плоский исследуемый образец известной толщины помещают между двумя алмазными наковальнями с теплопроводностью, существенно превышающей теплопроводность образца, и подвергают высокому давлению, предварительно установив в верхнюю наковальню нагреватель.

Способ определения тепловой проводимости контактов твердых тел // 2569176

Изобретение относится к области теплофизики и может быть использовано для определения тепловой проводимости контактов между прозрачными образцами или между прозрачным и высокотеплопроводным образцами.

Способ определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции в лабораторных условиях // 2568983

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения коэффициента теплопроводности жидких теплоизоляционных материалов.

Устройство для измерения теплопроводности // 2564697

Изобретение относится к области технической физики и предназначено для измерения теплопроводности строительных и теплоизоляционных и иных материалов. Устройство для измерения теплопроводности включает тепловой блок, состоящий из малого измерительного нагревателя, малого охранного нагревательного элемента, выполняющего охранную функцию в случае измерения образцов малых размеров или единичного образца крупноформатной конструкции или выполняющего функцию большого измерительного нагревателя в случае измерения образцов больших размеров, большого охранного нагревательного элемента и двух охранных пластин, холодильный блок, состоящий из основания и охранной пластины, установленной под основанием, и измерительную зону, расположенную между тепловым и холодильным блоками.

Способ характеристики неоднородности и определения теплопроводности материалов (варианты) и устройство для его осуществления // 2563327

Изобретение относится к области изучения теплофизических свойств материалов и может быть использовано для определения теплопроводности материалов. Способы характеристики неоднородности и определения теплопроводности материалов предусматривают нагрев поверхности образцов неоднородных материалов в процессе движения относительно друг друга образцов, источника нагрева и блока регистрации температуры.

Способ определения теплопроводности твердых тел // 2558273

Изобретение относится к способам определения теплофизических характеристик твердых тел и позволяет измерять теплопроводность образцов твердых тел, являющихся малыми во всех трех измерениях.

Способ определения теплофизических свойств твердых материалов // 2556290

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано в теплофизическом приборостроении. Способ заключается в нагревании одной из поверхностей образца или ее участка до максимальной температуры, которую поддерживают до момента времени, когда измеряемая разность температур на границах исследуемого участка уменьшится до заданного значения.

Способ измерения эквивалентной температуропроводности верхнего слоя донных осадков морских акваторий и устройство для его осуществления // 2579547

Изобретение относится к области измерения теплофизических характеристик физических сред и может быть использовано в морской биологии и химии для расчета температурных условий существования биологических объектов и течения химических реакций в верхнем слое донных осадков в условиях изменяющейся температуры водного слоя. Способ включает измерение и регистрацию температуры на двух горизонтах в донных осадках и температуры придонного слоя воды в течение 12-15 час, с последующим вычислением эквивалентного коэффициента температуропроводности (а экв) по формуле а э к в = ∂ T ∂ t ∂ 2 T ∂ z 2 , где ∂Т - изменение температуры; ∂t - изменение времени, ∂z - изменение глубины от поверхности осадка. Суть способа основана на использовании морских приливов в качестве естественного источника тепла, температура которого периодически изменяется во времени, доставляя в максимуме прилива более холодную придонную воду из больших глубин в менее глубокие районы акваторий. Технический результат - повышение точности измерений эквивалентной температуропроводности донного грунта. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

Устройство наблюдения за распределением тепловых потоков в днище поршня для оценки эффективности теплозащитных покрытий на нем // 2582153

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для теплофизических исследований теплозащитных покрытий на днище поршня и наблюдения за распределением тепловых потоков в днище поршня по скорости повышения температуры его внутренней поверхности при нагреве с внешней стороны, и может быть использовано для исследования эффективности влияния теплозащитного покрытия на температуру поршня. Устройство наблюдения за распределением тепловых потоков в днище поршня для оценки эффективности теплозащитных покрытий на нем включает баллон сжиженного газа с насадкой, соединенный через регулировочный кран с ротаметром, соединенным шлангом с горелкой Бунзена, которая установлена под испытуемым поршнем, помещенным в цилиндре, имеющем отверстие в нижней части и закрепленном на штативе, на котором также закреплен тепловизор, расположенный над поршнем с его внутренней стороны, причем в нижней части цилиндра установлен защитный экран, а также подвижная заслонка с возможностью перекрытия отверстия в цилиндре. Применение заявляемого устройства позволяет повысить точность определения температуры внутренней поверхности днища поршня во всех ее точках и, соответственно, повысить эффективность оценки теплозащитных покрытий на днище поршня. 1 ил.

Способ определения коэффициентов тепло- и массопроводности пористых материалов на основе макроквантового механизма переноса субстанций (теплоты и влаги) // 2585303

Изобретение относится к технологиям сушки и термовлажностной обработки пористых проницаемых материалов, в частности к способам определения коэффициентов тепло- и массопроводности пористых материалов. Данный способ заключается в определении значений физических констант (объемной плотности, удельной теплоемкости, массоемкости), разности температур или парциальных давлений, определении внутренней эффективной поверхности переноса субстанций (теплоты, влаги) и расчете коэффициентов тепло- и массопроводности по квантово-термодинамическим уравнениям, полученным аналитическим путем. Техническим результатом изобретения является упрощение процесса определения коэффициентов тепло- и массопроводности, а также обеспечение получения точных и однозначных результатов измерения указанных параметров. 4 ил., 1 табл.

Установка для определения коэффициента теплопроводности и ресурсных характеристик теплозащитных покрытий // 2587524

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при теплофизических исследованиях теплозащитных покрытий. Заявлена установка для определения коэффициента теплопроводности и ресурсных характеристик теплозащитных покрытий, содержащая вакуумную камеру и источник нагрева образца с теплозащитным покрытием. В качестве источника нагрева образца с теплозащитным покрытием использован плазмотрон, расположенный в вакуумной камере так, что плазменный поток направлен на теплозащитное покрытие образца. Образец с теплозащитным покрытием установлен в кожухе цилиндрического корпуса для охлаждения образца. Кожух со стороны плазмотрона снабжен упорным буртиком для установки образца с теплозащитным покрытием, а с противоположной стороны - крепежными элементами для закрепления образца между буртиком кожуха и цилиндрическим корпусом. В цилиндрическом корпусе выполнен центральный канал для подачи охлаждающей образец воды и по крайней мере два канала для отвода нагретой воды от образца, расположенные симметрично и на равном расстоянии от центрального канала. В центральном и одном из отводных каналов установлены термопары. Внутренняя поверхность цилиндрического корпуса и поверхность образца образуют полость, сообщающуюся с центральным каналом и каналом для отвода воды. На торцевой поверхности цилиндрического корпуса со стороны установки образца выполнена канавка с установленным в нее уплотнительным кольцом. Технический результат - повышение достоверности получаемых результатов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Контрольно-измерительный прибор для определения теплотехнических параметров текстильных материалов // 2589749

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения суммарного теплового сопротивления текстильных материалов. Предложен контрольно-измерительный прибор для определения теплотехнических параметров текстильных материалов, включающий тепловой аккумулятор, состоящий из геля в герметической упаковке, термопары с электроиндикатором и сам образец исследуемых материалов. Герметической упаковке теплового аккумулятора придана форма полого цилиндра, вокруг вертикальных стенок которого оборачивается лента, выполненная из исследуемых материалов. Тепловой аккумулятор вводится в пакет из теплозащитной пленки, размещаемый в свою очередь в прямоугольном прозрачном корпусе со съемной или открывающейся крышкой, дополнительно оснащенном системой подогрева, а также системой определения суммарного теплового сопротивления образца исследуемых материалов, устроенной из двух термопар, переключателей, проводников и электроиндикатора, в роли которого используется измеритель ЭДС. Прибор также оснащен секундомером и портативным трехфункциональным контрольно-измерительным прибором, обеспечивающим дефиницию местных метеорологических данных, в том числе барометрического давления, влажности и температуры воздуха. Технический результат - обеспечение точности и надежности результатов измерений. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ определения коэффициента температуропроводности тонких слоев материалов // 2589760

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано для измерения коэффициента температуропроводности тонких слоев материалов. Предложен способ определения коэффициента температуропроводности тонких слоев материалов, включающий импульсное тепловое воздействие на поверхность плоского образца и регистрацию зависимости температуры поверхности образца, противоположной подвергнутой нагреву, от времени с момента начала теплового воздействия с последующим расчетом коэффициента температуропроводности. Тепловой импульс воздействует на кольцевую периферийную область поверхности образца. Регистрируют время достижения половины максимального значения температуры в центре образца с последующим расчетом значения коэффициента температуропроводности по формуле: a=К/τ1/2, где τ1/2 - время достижения половины максимального значения температуры в центре образца; К - коэффициент, не зависящий от материала образца и его толщины, рассчитываемый по формуле: K=τ1/2Э·a Э, где τ1/2Э - время достижения половины максимального значения температуры в центре образца с известным значением коэффициента температуропроводности a Э. Технический результат - повышение точности измерений коэффициента температуропроводности тонких слоев материалов. 3 ил.

Способ измерения теплопроводности покрытий // 2593650

Изобретение относится к тепловым испытаниям и может быть использовано при измерениях теплофизических свойств веществ. Предметом изобретения является способ определения теплопроводности материалов методом параллельного нагрева двух цилиндрических образцов одинаковых размеров при идентичных условиях теплообмена на поверхности, в котором один из образцов выполнен полностью из материала с известными свойствами, а другой - составной, одна часть его выполнена из материала первого образца, а другая - из исследуемого материала. Технический результат - повышение достоверности результатов при определении теплоемкости материалов. 1 ил.

Способ определения коэффициента теплопроводности жидких теплоизоляционных покрытий // 2594388

Изобретение относится к области исследования и анализа теплофизических свойств материалов и может быть использовано при определении коэффициента теплопроводности жидких теплоизоляционных покрытий. Предложенный способ определения коэффициента теплопроводности жидких теплоизоляционных покрытий заключается в использовании приборов Elcometer 319 и PosiTektor DPM для измерения температуры на поверхности покрытия. На источник тепла устанавливается металлическая пластина с нанесенной жидкой керамической теплоизоляцией. Пластина закрывает всю площадь нагревательного элемента, чтобы свести к минимуму влияние конвективных потоков от нагретой поверхности плиты. Нагрев производится ступенчато с интервалами времени для релаксации температуры с постепенным повышением температуры. Измерения проводятся прибором Elcometer 319 или PosiTektor DPM через 3 часа после включения источника тепла. После чего производится замер температуры на поверхности жидкой теплоизоляции, а также температуры источника тепла и окружающей среды. Расчет коэффициента теплопроводности производится по формуле: где δ - толщина жидкой теплоизоляции; αн - коэффициент теплоотдачи с поверхности; tп - температура на поверхности теплоизоляции; tо - температура окружающего воздуха; tп - температура источника тепла. Технический результат - повышение точности измерения коэффициента теплопроводности жидких теплоизоляционных покрытий.

Моделирование температуры, ограниченное геофизическими данными и кинематическим восстановлением // 2596627

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для исследования подземных структур. Раскрыт способ оценивания распределений температур по геологической среде на основании трехмерной модели теплопроводности для геологического пласта. Согласно предложенному способу получают измеренные данные, соответствующие представляющему интерес геологическому подземному пласту, содержащие данные сейсмических исследований, внутрискважинную температуру, измерения теплового потока на дне и поверхности моря и лабораторные измерения пористости керна. Оценивают зависимость между скоростью сейсмической волны и теплопроводностью. При этом скорость сейсмической волны линейно зависит от пористости и теплопроводность экспоненциально или линейно зависит от пористости. Калибруют указанную модель по указанным измеренным внутрискважинным данным и лабораторным измерениям пористости керна. Технический результат - повышение точности и достоверности результатов моделирования. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ и устройство для измерения теплового потока через объекты // 2598404

Изобретение относится к области строительной теплотехники и может быть использовано для измерения теплового потока, проходящего через конструкцию. Конструкция имеет толщину (D), по которой в поперечном направлении формируется разность (ΔT) температур. Согласно изобретению по меньшей мере два датчика (G1, G2) температуры устанавливают на первой поверхности (S1), причем по меньшей мере один из них, например первый датчик (G1), теплоизолирован от второго датчика (G2). В результате на температуру (T1′), воспринимаемую теплоизолированным датчиком (G1), проходящий через конструкцию (К) тепловой поток воздействует в большей степени, чем на температуру (T1″), детектируемую вторым датчиком. Определяют перепад температур (T1″ - T1′) между вторым датчиком (G2) и первым датчиком (G1), после чего на первый датчик (G1) подают энергию, нагревая первую поверхность в зоне, окружающей данный датчик и, тем самым, уменьшая данный перепад. Далее, исходя из количества приложенной энергии (EQ), определяют, в виде функции от разности (ΔТ) температур, тепловой поток (J), проходящий через конструкцию. Технический результат - повышение точности определения для конкретной конструкции коэффициента теплопередачи. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.