ЭТАЛОННЫЙ МАТЕРИАЛ С ПОРАМИ КОНТРОЛИРУЕМОГО РАЗМЕРА И ФОРМЫ И БЛОК ИЗ ФРАГМЕНТОВ ЭТАЛОННОГО МАТЕРИАЛА С ПОРАМИ КОНТРОЛИРУЕМОГО РАЗМЕРА И ФОРМЫ
STANDARD MATERIAL HAVING PORES WITH CONTROLLED SIZE AND SHAPE AND UNIT MADE FROM FRAGMENTS OF STANDARD MATERIAL HAVING PORES WITH CONTROLLED SIZE AND SHAPE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области изготовления эталонного материала с полностью контролируемыми свойствами, а именно материала с порами контролируемого размера и формы, используемого, в частности, для калибровки инструментов для определения свойств горных пород или в качестве эталонного материала при проведении исследований поведения жидкостей в поровой среде и блока из фрагментов эталонного материала с порами контролируемого размера и формы.
Искусственные пористые грунты с полностью контролируемыми свойствами имеют большое значение в качестве эталонного материала при проведении всех видов испытаний оборудования и экспериментов с пористыми материалами. Изучение физических явлений, происходящих в насыщенных горных породах, нуждается в надежных эталонных пористых средах с полностью охарактеризованными свойствами, включая геометрию, плотность, тепловые и электрические свойства и т.д. Возможность разработки новых материалов с контролируемой геометрией и составом имеет основополагающее значение для исследований в области нефтяной и газовой промышленности, а также для определения свойств горных пород. В частности, для калибровки порозиметров требуются материалы с четко определенными размерами пор.
Уровень техники
На данное время стекла с контролируемым размером пор обладают наиболее контролируемыми и однородными параметрами (плотность, распределение пор по размерам, площадь поверхности и т.д.) среди эталонных материалов для использования при калибровки инструментов для определения свойств горных пород или в качестве эталонного материала при проведении исследований поведения жидкостей в поровой среде.
Несжимаемое и прочное стекло с контролируемым размером пор не подвергается усадке и не разбухает в различных растворах, а также обладает узким распределением пор по размерам в сочетании с большой площадью внутренней поверхности.
Частицы стекла с контролируемым размером пор изготавливаются из боросиликатной основы, нагреваемой с целью разделения боратов и силикатов. Бораты выходят из материала, а оставшееся кварцевое стекло формирует пористую твердую структуру с однородным и в определенной степени контролируемым размером пор.
Наиболее близким к заявляемому материалу и блоку из его фрагментов является эталонный материал с порами контролируемого размера и формы, используемый для калибровки инструментов для определения свойств горных пород или в качестве эталонного материала при проведении исследований поведения жидкостей в поровой среде (см. статью «Thermoporometry by differential scanning calorimetry: experimental considerations and applications, Michael R.Landry, Thermochimica acta 433, 2005, c.27-50). Недостаток данного материала заключаются в недостаточно точном определении размеров и формы пор.
Сущность изобретения
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в получении эталонного материала с порами контролируемого размера и формы для использования при калибровки инструментов для определения свойств горных пород или в качестве эталонного материала при проведении исследований поведения жидкостей в поровой среде и блока из фрагментов эталонного материала с порами контролируемого размера и формы.
Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого технического решения, заключается в снижении неточностей определения объема пор, получении точных геометрических форм пор и высокой точности финальной порозиметрической калибровки. В предлагаемом эталонном материале с контролируемым размером пор можно получить двойную, тройную, четверную и т.д. пористость.
Поставленный технический результат достигается за счет того, что эталонный материал с порами контролируемого размера и формы, используемый для калибровки инструментов для определения свойств горных пород или в качестве эталонного материала при проведении исследований поведения жидкостей в поровой среде, выполнен в виде фрагмента полимерного дырчатого волокна, или дырчатого волокна на основе кварцевого стекла, или фотонно-кристаллического волокна. При этом блок из фрагментов эталонного материала с порами контролируемого размера и формы получают путем упаковки фрагментов материала в блок и заполнения пространства между фрагментами материала специальным наполнителем, например эпоксидной смолой.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения фрагмент получают путем резки дырчатого волокна с помощью барабана или цилиндрического зубчатого колеса.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения форма поперечного сечения пор может быть круглой, или элипсоидной, или треугольной, или в виде звездочки.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения размеры пор составляют от нанометров до микрометров.
При проведении поиска по патентной и научно-технической информации не было обнаружено решений, содержащих всей совокупности предлагаемых признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию «новизна».
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Настоящее изобретение относится к материалу с порами контролируемого размера и формы, используемого для калибровки инструментов для определения свойств горных пород или в качестве эталонного материала при проведении исследований поведения жидкостей в поровой среде, выполненного в виде фрагмента полимерного дырчатого волокна, или дырчатого волокна на основе кварцевого стекла, или фотонно-кристаллического волокна с нано- или микропорами. При этом фрагмент получают путем резки дырчатого волокна с помощью барабана или цилиндрического зубчатого колеса. Форма поперечного сечения пор может быть круглой, или элипсоидной, или треугольной, или в виде звездочки, а размеры пор составляют от нанометров до микрометров. Для исключения влияния межчастичной пористости фрагменты материала упаковывают в блок и пространство между фрагментами материала заполняют специальным наполнителем, например эпоксидной смолой.
Получаемый материал изготовлен на основе дырчатого волокна или фотонно-кристаллических волокон. Полученный материал может использоваться для калибровки инструментов, предназначенных для измерения размера и формы пор и т.д. Волокно можно нарезать в виде идентичных фрагментов, сохраняющих нано- или микропористую структуру волокна. Не только размер пор является контролируемым, но также сами частицы этого материала также идентичны друг другу и имеют известную плотность и прочие характеристики. Помимо калибровки инструментов, этот материал можно использовать в качестве эталонного материала для проведения экспериментов по изучению поведении жидкости в поровой среде, например при исследовании фильтрационных свойств, порометрических свойств и т.д.
Изобретение предлагает поровую среду с полностью контролируемым размером пор и типом материала, - качествами, идеально подходящими для калибровки специализированных инструментов, используемых для измерениях размера, а также формы пор. Помимо возможности использования порового материала с хорошо известными характеристиками данное изобретение позволяет задавать нужные свойства материала на этапе его изготовления. Данный тип материала с контролируемым размером пор изготавливается на основе дырчатого волокна. Для изготовления волокон можно выбрать чистый и однородный материал без примесей, например кварцевое стекло или полимерный материал.
Преформа для получения дырчатого волокна может изготавливаться в виде стеклянного цилиндра с высверленными в нем отверстиями (либо изготавливаться другими способами, позволяющими получить отверстия в преформе). В частности, преформа может изготавливаться из трубок или цилиндров, собранных вместе для получения необходимой структуры. Тогда полученный композитный стержень пропускается через печь и из стержня вытягивается волокно во много раз меньшего диаметра, в то же время сохраняющее соотношение между диаметром отверстий и диаметром цилиндра. Данная технология является стандартной при изготовлении дырчатого волокна в технологиях волоконной оптики. После этого дырчатое волокно можно разрезать на практически идентичные отдельные фрагменты с нано- или микропорами. Например, для резки можно использовать специальный барабан или цилиндрическое зубчатое колесо. Контролируемым будет не только размер пор, но также размер и форма самих фрагментов, идентичных друг другу. Полученный материал на основе дырчатого волокна может использоваться в качестве материала для калибровки инструментов или в качестве эталонного материала при проведении исследований поведения жидкостей в поровой среде, например при исследовании фильтрационных свойств, порометрических измерениях, изучении фазовых переходов и т.д.
Возможно изготовление дырчатых волокон с необходимой формой поперечного сечения пор: круглого, эллипсоидного, треугольного, в виде звездочки и т.д. Размеры пор могут варьироваться от нанометров до нескольких микрон и выше. При необходимости влияние межчастичной пористости на измерение можно оценить отдельно путем использования материала с контролируемым размером пор, изготовленного по той же технологии, но из волокон без отверстий внутри. Кроме того, для исключения влияния межчастичной пористости можно упаковать фрагменты материала в блок и пространство между фрагментами материала с контролируемым размером пор заполнить специальным наполнителем, например эпоксидной смолой.
Предложение соответствует критерию «промышленная применимость», поскольку его осуществление возможно при использовании существующих средств производства с применением известных технологий.