Устройство для определения коэффициента диффузии газа через грунт

Авторы патента:

Кочетова Жанна Юрьевна (RU)

Базарский Олег Владимирович (RU)

Внукова Светлана Владимировна (RU)

Косинова Ирина Ивановна (RU)

Дубачева Арсения Викторовна (RU)

G01N15/082 - Исследование свойств частиц; определение проницаемости, пористости или площади поверхности пористых материалов (идентификация микроорганизмов C12Q)

G01N15/08 - определение проницаемости, пористости или поверхностной площади пористых материалов

Владельцы патента RU 2789666:

Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к устройствам для изучения физико-химических свойств грунтов. Сущность: устройство включает трубу (1) с грунтом, закрепленную между инжекционной камерой (2) и выходной камерой (7), блок (9) обработки и отображения результатов измерений. В инжекционной камере (2) установлены герметичная задвижка (3), измеритель (4) температуры, регулятор (6) давления и первый газоанализатор (5) непрерывного действия. В выходной камере (7) установлен второй газоанализатор (8) непрерывного действия. Выходы первого и второго газоанализаторов (5, 8) непрерывного действия соединены с входами блока (9) обработки и отображения результатов измерений. Технический результат: повышение точности и информативности определения коэффициента диффузии газа через грунт. 2 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и экспериментального изучения физико-химических свойств грунтов и может быть использовано для точного определения коэффициента диффузии газа через грунты.

Коэффициент диффузии газа через грунт определяют с помощью диффузиметров [Смагин А.В. Газовая фаза почв. М.: Изд-во МГУ, 2005. 301 с.]. Этот подход служит для изучения идеальных образцов грунтов без учета их плоскослоистой структуры, пор, трещин.

По принципу диффузиметров разработаны устройства для исследования неповрежденных и переупакованных грунтов, обзор которых представлен в [Allaire, Suzanne & Lafond, Jonathan & Cabral, Alexandre & Lange, S.F. (2008). Measurement of gas diffusion through soils: Comparison of laboratory methods. Journal of environmental monitoring: JEM. 10. 1326-36. 10.1039/b809461f.]. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту из этого обзора является устройство LCR (длинная колонна в закрытой системе), которое включает трубу с грунтом, инжекционную камеру для подачи газа, выходную камеру с прошедшим через слой грунта газом, измерители температуры, давления.

Недостатком этого устройства является низкая точность определения коэффициента диффузии газа из-за перепадов давления в системе при многократной импульсной подаче газа в инжекционную камеру, а также низкая информативность из-за периодического отбора проб грунтов только в некоторых точках по длине трубы с грунтом.

Технический результат изобретения - повышение точности и информативности определения коэффициента диффузии газа через грунт.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для определения коэффициента диффузии газа через грунт, включающем трубу с грунтом, инжекционную камеру, выходную камеру, датчик температуры, согласно изобретению в инжекционной камере установлены герметичная задвижка, регулятор давления и первый газоанализатор непрерывного действия, а в выходной камере - второй газоанализатор непрерывного действия, а также блок обработки и отображения результатов измерений, при этом выходы первого и второго газоанализатора соединены соответственно с первым и вторым входом блока обработки и отображения результатов измерений.

Сущность изобретения заключается в том, что в инжекционной камере установлены герметичная задвижка, регулятор давления и первый газоанализатор непрерывного действия, а в выходной камере - второй газоанализатор непрерывного действия, а также блок обработки и отображения результатов измерений, при этом выходы первого и второго газоанализатора соединены соответственно с первым и вторым входом блока обработки и отображения результатов измерений.

В известном устройстве из-за периодической импульсной подачи газа в инжекционную камеру происходит перепад давления во всей системе, при этом газ принудительно «продавливают» через цилиндр с грунтом, что приводит к снижению точности определения коэффициента диффузии [Allaire, Suzanne & Lafond, Jonathan & Cabral, Alexandre & Lange, S.F. (2008). Measurement of gas diffusion through soils: Comparison of laboratory methods. Journal of environmental monitoring: JEM. 10.1326-36.10.1039/b809461f]. Кроме того при высоком давлении может нарушаться целостность исследуемого керна, под действием давления в грунте возникают трещины и поры, что также влияет на точность определения коэффициента диффузии. Поэтому предложено обеспечивать постоянство давления газа в системе с помощью установленного в инжекционной камере регулятора давления с клапаном, автоматически открывающимся при превышении заданного давления в камере, например, электронного пропорционального регулятора давления «Burkert» [www.burkert.com, https://nkn.team/reguliruushaya-armatura/klapany-s-elektroprivodom-regulimushaya-armatura/klapany-s-elektroprivodom-burkert/reguliruyushhie-klapany/tip-3360/].

Инжекционная и выходная камеры оснащены газоанализаторами непрерывного действия, например, пьезосенсорными [Патент на изобретение RU 2302627 С1. Газоанализатор с открытым входом на основе пьезосенсоров. Кучменко Т.А., Кочетова Ж.Ю., Силина Ю.Е. Заявка №2006102742/28. Заявл. 31.01.2006. Опубл. 10.07.2007]. Оснащение устройства газоанализаторами позволяет непрерывно измерять концентрацию прошедшего через слой грунта газа без многократного периодического его пробоотбора из системы. Точность анализа при этом повышается за счет исключения перепадов давления в системе при многочисленных этапах пробоотбора газа по высоте трубы с грунтом, а также за счет снижения погрешности при отборе газа пробоотборником и определении его концентрации на отдельном измерительном устройстве. Выходы первого и второго газоанализатора соединены соответственно с первым и вторым входом блока обработки и отображения результатов измерений, как указано в [Патент на изобретение RU 2632997. Пьезосенсорный датчик для определения относительной влажности воздуха Кочетова Ж.Ю., Базарский О.В., Кучменко Т.А. [и др.]. Заявка №2016120159. Заявл. 24.05.2016. Опубл. 11.10.2017]. Информация непрерывно отображается на экране компьютера в виде базовой линии, соответствующей С₀, и зависимости изменения концентрации газа в выходной камере от времени ΔС=ƒ(τ), которая по сути является графическим отображением коэффициента диффузии газа через грунт. Такой подход позволяет определять коэффициент диффузии в любой момент времени; в различных слоях грунта, а также при полном насыщении всего грунта в трубе газом, что повышает информативность определения коэффициента диффузии газа через грунт.

Схема устройства для определения коэффициента диффузии газа через грунт представлена на фигуре 1. На фигуре обозначено: 1 - труба с грунтом, 2 - инжекционная камера, 3 - задвижка, 4 - датчик температуры, 5 - первый газоанализатор, 6 - регулятор давления, 7 - выходная камера, 8 - второй газоанализатор, 9 - блок обработки и отображения результатов.

Задвижка 3 между диффузионной камерой 2 и трубой с грунтом 1 предназначена для обеспечения постоянного давления газа в инжекционной камере. Она открывается после того, как в камере устанавливается заданное постоянное давление, отображаемое на регуляторе давления 6. Это давление должно обеспечивать диффузию газа через плотные слои грунта и при этом незначительно влиять на диффузионные характеристики газа в слоях грунта. Экспериментально установлено, что величина давления нагнетаемого газа не должна составлять более 15% от атмосферного. При дальнейшем повышении давления точность определения коэффициента диффузии снижается из-за образования в грунте трещин, пор. Перепады давления в инжекционной камере возникают при прохождении газа через слои грунта с разными плотностями (например, глина / песок). Чтобы не происходило принудительное «продавливание» газа через плотные слои грунта под повышенным давлением, а также не образовывались в грунте трещины и поры, избыточный газ автоматически стравливается в инжекционной камере через клапан регулятора давления 6.

Первый газоанализатор 5 в инжекционной камере 2 предназначен для измерения концентрации нагнетаемого в систему газа (C₀=const, моль/м³). Второй газоанализатор 8 в выходной камере 7 измеряет приращение концентрации прошедшего через грунт газа (ΔС, моль/м³) от начала подачи газа до полного газонасыщения грунта, когда С₀=ΔС. Полное газонасыщение грунта соответствует состоянию равновесия газа в системе, когда его концентрации в инжекционной и выходной камерах становятся равными. Коэффициент диффузии газа D_cp через грунт при его полном газонасыщении рассчитывают по формуле:

где ΔС_равн - приращение концентрации газа в выходной камере при достижении равновесия в системе, равное С₀; Δτ_равн - время установления равновесия в системе.

Блок 9 предназначен для обработки и отображения информации. В качестве блока 9 можно использовать персональный компьютер с установленной программой, фиксирующей изменение концентрации газа в выходной камере с течением времени и выводящей на экран зависимость ΔС=ƒ(τ) [Патент на изобретение RU 2632997. Пьезосенсорный датчик для определения относительной влажности воздуха Кочетова Ж.Ю., Базарский О.В., Кучменко Т.А. [и др.]. Заявка №2016120159. Заявл. 24.05.2016. Опубл. 11.10.2017].

Устройство для определения коэффициента диффузии газа через грунт работает следующим образом. Герметично закрепляют трубу с грунтом 1 между инжекционной 2 и потоковой 7 камерами. В качестве образца исследуют, например, грунт, состоящий из слоев глины (~12% объемн. от общей массы образца); суглинистого песка с преобладанием песка (~70% объемн.); слоя чернозема (~18% объемн). Закрывают задвижку инжекционной камеры 3. Инжекционную камеру 2 продувают исследуемым газом (например, метаном) для вытеснения из нее воздуха, затем измеряют температуру в камере измерителем 4 (например, Т=293 К) и устанавливают на контролере давления 6 допустимое давление в инжекционной камере. Оно составляет Р_атм+Р_изб (например, 101325+15198=116523 Па=1,2 бар). Уменьшают давление газа в линии подачи до тех пор, пока в камере 2 не будет создано давление, близкое к заданному. Включают первый газоанализатор 5, подключенный через первый выход к блоку обработки и отображения результатов измерения концентраций газа 9. После того, как на экране монитора блока 9 отобразится постоянное значение С₀, равное в примере при заданных условиях 47,9±2,5 моль/м³, включают второй газоанализатор 8, подсоединенный через второй выход к блоку обработки и отображения информации 9, и открывают задвижку 3. Измерения проводят до установления равновесия в системе, когда С₀=ΔС. После строят зависимость ΔС=ƒ(τ).

Пример полученной зависимости приращения концентрации газа в выходной камере от времени его диффузии через грунт приведен на фигуре 2, где 1 - скачкообразное изменение концентрации газа в выходной камере, прошедшего через слои грунта до установления равновесия в системе; 2 - линия тренда 1; 3 - линия базовой концентрации газа в инжекционной камере; I и II - прямолинейные участки зависимости 1 для определения коэффициента диффузии в заданный момент времени. По зависимости на фигуре 2 рассчитывают:

1) средний коэффициент диффузии в соответствии с уравнением (1) - D_cp=47,9/7=6,8 моль/(м³⋅ч) при R²=0,92. Отклонение от линейности полученной зависимости тем выше, чем выше неоднородность и влажность исследуемого грунта;

2) коэффициент диффузии в определенные интервалы времени для участка I: D/=(14,9-11,8)/0,9=3,1 моль/(м³⋅ч) при R²=0,99; для участка II: (40,1-14,9)/2,2=11,5 моль/(м³⋅ч) при R²=0,99.

Устройство для определения коэффициента диффузии газа через грунт позволяет повысить точность благодаря поддержанию постоянного давления в системе; информативность измерений за счет непрерывного считывания информации с газонанализаторов от момента начала диффузии до установления полного газонасыщения слоев грунта.

Устройство для определения коэффициента диффузии газа через грунт, включающее трубу с грунтом, инжекционную камеру, выходную камеру, измеритель температуры, отличающееся тем, что в инжекционной камере установлены герметичная задвижка, регулятор давления и первый газоанализатор непрерывного действия, а в выходной камере - второй газоанализатор непрерывного действия, а также блок обработки и отображения результатов измерений, при этом выходы первого и второго газоанализаторов соединены соответственно с первым и вторым входом блока обработки и отображения результатов измерений.

Группа изобретений относится к средствам для определения суффозионной устойчивости грунтов. Сущность: устройство содержит рабочую прозрачную камеру (1), каркас (2), суффозионный лоток (3) с исследуемый грунтом (13), прозрачный грунтосборник (4), мерные линейки (5), цифровые датчики (6) температуры и влажности, раздвижную моделируемую полую щель (7), винтовое устройство (8), регулятор (9) раскрытия щели, трубку (10) для отвода воды, проточный датчик (11) мутности и цветности, цветные полоски (12) Курдюмова, мерную емкость (14), поворотную накладку (15) с отверстиями для наклона лотка от 0 до 45° к горизонту, электромеханическое вертикальное нагружающее устройство (16) с возможностью вертикальной нагрузки до 1,6 МПа, блок (17) управления и регистрации сигналов, компьютер (18), штамп (19), капельный полив (20), напорный бак (21), трубку (22) для подачи воды, фотокамеру (23), биологический реактор (24), блок (25) индикации углекислого газа.

Установка для оценки склонности дизельных топлив к образованию отложений на деталях форсунки // 2785434

Изобретение относится к оценке эксплуатационных свойств дизельных топлив. Установка для оценки склонности дизельных топлив к образованию отложений на деталях форсунки содержит бак (1) для испытуемого топлива, установленные последовательно по потоку топливный фильтр (3) тонкой очистки, ТНВД (4) с сервоприводом (5) и форсункой (6) на входе в мерный цилиндр (7) с датчиком (8) уровня топлива.

Способ экспресс-диагностики вирусных заболеваний в фазе активного выделения вируса // 2784291

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к способу экспресс-диагностики вирусных заболеваний в фазе активного выделения вируса. Способ включает контроль параметров пациента.

Способ определения размера капель эмульсии // 2783468

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в нефтяной промышленности, а также в других областях науки, требующих гранулометрического анализа жидких дисперсных сред. Способ определения размера капель эмульсии включает применение дисперсионного анализа дисперсных сред водонефтяных эмульсий, который проводится с использованием электронного цифрового микроскопа с увеличением в 40-400 раз по снимкам, полученным микрофотографированием.

Способ изучения остаточной газоносности разрабатываемых угольных пластов в шахтах // 2780655

Заявлен способ изучения остаточной газоносности разрабатываемых угольных пластов в шахтах. Техническим результатом является повышение достоверности определения остаточной газоносности угольных пластов.

Кернодержатель для физического моделирования массообменных процессов при исследовании вытеснения нефти газом // 2778624

Заявленное устройство относится к области экспериментальных исследований массообменных процессов при фильтрации нефти с газами на насыпной дезинтегрированной керновой модели пласта-коллектора в условиях лаборатории. Кернодержатель состоит из основания, боковых крышек, при этом боковые крышки выполнены плотно прилегающими к основанию с обеих сторон с помощью болтовых соединений; между основанием, левой крышкой и правой крышкой размещена уплотнительная прокладка из мягкого металла; с обеих сторон основания выполнены внутренние спиралевидные каналы левый и правый, в центральной части основания выполнен сквозной канал перехода для соединения двух спиралевидных каналов посредством соединения типа болт-гайка; в основании кернодержателя выполнено сквозное отверстие с возможностью подачи агента закачки, а в правом спиралевидном канале выполнено противоположное отверстие с возможностью вывода нефти и газа.

Способ определения коэффициента вытеснения нефти в масштабе пор на основе 4d-микротомографии и устройство для его реализации // 2777702

Заявленная группа изобретений относится к нефтедобывающей отрасли, а именно к специальным исследованиям керна для проектирования и анализа разработки нефтяных месторождений с применением различных систем заводнения. Предложен способ определения коэффициента вытеснения нефти в масштабе пор на основе 4D-микротомографии, заключающийся в том, что из породы-коллектора изготавливают цилиндрический образец высотой от 4 до 6 мм и диаметром от 4 до 6 мм; далее помещают его в рентгенопрозрачный мобильный кернодержатель устройства для проведения рентгеновской компьютерной микротомографии пород-коллекторов, проводят микротомографию цилиндрического образца с последующей сегментацией структуры эффективной пористости.

Контрольный пункт для пропуска людей, не представляющих угрозы заражения окружающих вирусным заболеванием с аэрозольным распространением // 2775882

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к контрольному пункту для пропуска людей, не представляющих угрозы заражения окружающих вирусным заболеванием с аэрозольным распространением. Пункт содержит средство подачи воздуха, а также по меньшей мере одну управляемую преграду и средство управления этой преградой в зависимости от показаний средств приема и тестирования воздуха.

Способ определения параметров дисперсной фазы в аэрозольном потоке // 2771880

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения параметров дисперсных частиц или капель в потоках газа. Способ определения параметров дисперсной фазы в аэрозольном потоке включает определение скорости дисперсной фазы в аэрозольном потоке путем фокусировки света от одного или двух лазеров в двух точках вдоль оси аэрозольного потока, которые отделены друг от друга на известное расстояние, с последующим направлением рассеянного частицами света на фотодетектор, при этом одномодовое лазерное излучение фокусируют с помощью первой линзы и первой диафрагмы в одной точке аэрозольного потока в перетяжку с заранее измеренным известным гауссовым распределением интенсивности в поперечном сечении луча, рассеянный пролетающими частицами в области перетяжки свет фокусируют с помощью второй линзы и второй диафрагмы на площадке фотодетектора, регистрируют формы импульсов рассеянного света на площадке фотодетектора электронным блоком и быстродействующим аналого-цифровым преобразователем, с помощью специальной программы на компьютере обрабатывают формы импульсов, определяют их амплитуды и полуширины, количество зарегистрированных импульсов, вычисляют скорости частиц, вычисляют распределение по размерам и концентрации частиц, проводят расчет и визуализацию результатов измерений скорости частиц, их размеров и концентрации в аэрозольном облаке с помощью компьютерной программы.

Способ исследования проницаемости по жидкости образцов керна // 2771453

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли и может быть использовано при проектировании разработки нефтяных месторождений. Способ исследования проницаемости по жидкости образцов керна включает оказание на образцы керна, одетые в термоусадочную оболочку, совместного воздействия фильтрации жидкости и эффективных напряжений, проведение исследования проницаемости образцов при осевом сжатии на стадиях деформирования до и за пределом прочности при постоянных значениях бокового давления, при этом на стадиях упругого, неупругого и запредельного деформирования ступенчато уменьшают и увеличивают поровое давление в диапазоне, который соответствует условиям разработки пласта, и фильтрацию жидкости продолжают на каждой ступени до стабилизации проницаемости, при этом определяют абсолютную проницаемость при начальных пластовых условиях, в предельных напряженных состояниях, которые соответствуют длительной, кратковременной и остаточной прочности.

Способ контроля высокоэффективных фильтров очистки воздуха // 2785001

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано для оценки качества высокоэффективных фильтров очистки воздуха, применяемых в системах вентиляции и кондиционирования воздуха, в технологических системах. Способ контроля высокоэффективных фильтров очистки воздуха включает получение контрольного аэрозоля с твердыми частицами, зарядку аэрозольных частиц в электрическом поле импульсного коронного разряда и измерение их заряда до и после испытуемого фильтра и вычисление коэффициента проскока.