Способ определения открытой пористости образцов
Союз Советскик
Социалистических
Республик
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТВЛЬСТВУ н1>881582 (61) Дополнительное к ввт. свид-ву (22) Заявлено 210180 (21) 2907016/18-25 (51)М. Кл.
G 01 N 15/08 с присоединением заявки ¹ (23) ПриоритетГосударственный комитет
СССР но делам изобретений и открытий
1 (53) УДК 539 ° 217. .1(088.8) Опубликовано 15,1181. Бюллетень Но 42
Дата опубликования опиСаиия 15.1181
С.Х. Шамирэаев, Г. Абдурахманов, С-A.Ñ. Икрамов и П.K Зубков (72) Авторы изобретения (71) Заявитель
Физико-технический институт им. С.В. Стародубцева (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТКРЫТОЙ ПОРИСТОСТИ
ОБРАЗЦОВ
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 порозаполняющей 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 15 окружающей средой, что удлйняет процесс измерения, а неучет неидеальности рабочего газа атмосферного воздуха (используемого в качестве порозаполняющей среды) приводит к не- 20 обходймости 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 каме- 30 рой, 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 воздуха относительно известного давления, заранее устанавливаемого во вспомогательной герметичной камере.
После присоединения. имеющей атмосферное давление герметичной рабочей камеры с вложением в нее образцов горной породы к вспомогательной камере и последней меняется давление.
От величины объема скелета Чс„ образца меняется свободный объем герметичной рабочей камеры и поэтому величина измеряемого перепада давления воздуха пропорциональна величине объема скелета образца. Заменяя в рабочей камере образец горной породы абсолютно непроницаемыми для воздуха эталонами с различными, но заранее известными объемами, и измеряя каждый раз перепад давления во вспомогательной камере, строят калибровочную кривую давление-объем . Иэ
881582
10 !
40
50
65 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 Ч„, занимаемого образцом горной породы, вычисляют пористость М по формуле
Однако существующий способ определения пористости, связанный с измерением объема скелета образца
V, не позволяет получать необходимую экспрессность измерения, Обусловлено это тем, что процесс
Бойля-Мариотта является квазистатическим, а относительные изменения температуры ьТ/Т должны быть намного меньше относительных изменений объемов лЧ/Чо и давлений д P/Pg, 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 скелета 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 перепада 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 иэвестным— величинам эталонных объемов и соответствующих им перепадов температур газа.
На фиг. 1 представлена схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 — калибровочная кривая.
При адиабатическом процессе ðàñширения имеющий атмосферную температуру Та 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 изменение температуры Тд - Тр где Тр установившаяся температура воздуха в герметичных камерах, рассматриваемого как неидеальный газ. При адиабатическом расширении неидеальный газ охлаждается, следовательно, T p (Ter .
По истечении времени большего, чем характерное время теплопроводности через теплоизолирующие стенки, охлажденный гаэ нагревается за счет большей теплоемкости стенок сосуда и отдачи тепла от стенок непосредственно рабочему газу. Характер нагревания газа и весь связанный с этим процесс несущественен. Если рассматривать воздух в камерах как неидеальный газ Вандер-Ваальса и обозначить через V< объем герметичной вспомогательной камеры, а через (Ч„ — Ч«) пустой объем герметичной рабочей камеры с вложенным образцом горной породы, то при расширении воздуха его температура уменьшится на величину
aN 1 г v v-v ) < > ат Р у (4g о+ 1- cv. где аИ/C - константа, характеризует неидеальность рабочего газау
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 V» можно определить калибровочную кривую, дающую связь между изменениями температуры и соответствующими объемами эталонных образцов ° По этой кривой можно установить объем скелета Va 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.
881582
Процесс измерения производится следующим способом.
В рабочую камеру вкладывают измеряемый образец горной породы. B идентичные ей совокупность камер вкладывают абсолютно непроницаемые для воздуха эталонные образцы с известными объемами. Объемы эталонных образцов отличаются друг от друга на заданную величину шага . При этом имеются эталонные образцы с величинами объемов как меньшими, так и большими величины. объема скелета измеряемого образца горной породы. Затем открывают все вакуумные краны с тем, чтобы в герметичной в целом системе установились одинаковые 15 давление и температура воздуха. После этого перекрывают все краны и откачивают воздух из рабочей и идентичных ей камер. Прекратив откачку воздуха, одновременно открывают толь- 2О ко те вакуумные краны, которые попарно связывают рабочую и вспомогательную камеры, а также камеры, содержащие эталонные образцы и идентичные вспомогательной камере. Во нспомогательной 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 и известным величинам объемов эталонов V> ° Чзт„; ° -- Чэт„
1 соответствующие им и измеренных разностей температур воздуха в и идентичных вспомогательных камерах, получают калибровочную кривую. Из последней по измеренному перепаду температуры воздуха, соответствую- 40 щему образцу горной породы, вложенному в рабочую камеру, находят величину объема скелета измеряемого образца горной породы. По известной величине полного геометрического 45 объема V, занимаемого образцом горной породы, вычисляют его пористость по формуле †(1).
Пример. В рабочую камеру 1 (фиг. 1) вкладывают исследуемый обра- 50 зец горной породы. В камеры 2 — 5 вкладывают эталонные, калиброванные по объему и абсолютно непроницаемые для воздуха образцы. Поскольку ориентировочно пористость исследуемого образца известна, то всегда можно подобрать эталонные образцы так, чтобы Чзт,1 1эть: < Vc< а эт 4т 3 <и
Затем открывают нсе вакуумные краны с тем, чтобы во всех камерах установился воздух с одинаковыми параметра- ЬО ми ° После этого перекрывают краны
1 — 5" и приступают к откачке воздуха из объемов 1 — 5 . По окончании откачки перекрывают краны 11
1б и 6 — 10. Прибор готов к измерени- 65 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
t y соответствуют перепадам температур воздуха н камерах 5, 4, 2, и 3, а Чэтю ЧУГ+ i Чэт . Vq < — 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 Чс
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 объеьы. Время одного измерения составляет 2 мин, а относительная точность 0,5Ъ.
Предложение использовать адиабатический процесс расширения воздуха из герметической вспомогательной камеры в герметичную рабочую камеру и аналогичные процессы в сонокупностях индентичных 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 размещении образца в рабочей камере, соединенной со вспомогательной камерой, создании перепада давления газа между камерами, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью сокращения времени определения, перепад давления создают вакуумиронанием рабочей камеры, затем адиабатически расширяют гаэ из вспомогательной камеры в рабочую и измеряют изменение температуры газа, после чего по калибровочной кривой судят о пористости.
М
2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности определения, построение калибровочной кривой производят при каждом определении пористости образца по известным величинам
881582 эталонных объемов и соответствующих им перепадов температур газа.
Источники ин@дрмации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
Р 101169, кл. 3 G Ol N 15/08, 1954.
f6 фиг. э 4 tu),2 Составитель О. Алексеева Редактор Л. Повхан Техред А.Бабинец Корректор A. дзятко Тираж 910 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,-д. 4/5 Заказ 9957/65 Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 аЮ <сх Ьт2 2. Авторское свидетельство СССР Р 495589, кл. 3 G 01 N 15/08, 1970 ° 3. Авторское свидетельство СССР Р 324554, кл. 3 G 01 N 15/08, 1967 (прототип) .
