ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА АСПИРАЦИОННОЙ ТЕРМОМАССОМЕТРИИ
LABORATORY INSTALLATION OF THE ASPIRATION THERMOMASSOMETRY

Изобретение относится к установкам для определения зависимости физических свойств горных пород от форм и видов связи насыщающей их воды и может быть использовано в нефтяной геологии.
Известно, что вода в зависимости от форм и видов связи ее с веществом меняет свои физические свойства. Разделение на виды связи воды в горных породах производится по степени энергетической и структурной связанности ее с породой. Одним из способов изучения видов связанной воды в поровом пространстве пород является метод аспирационной термомассометрии (АТММ) (Авт. свид. СССР №320607, 1970 г.). Принципы метода заключаются в том, что предварительно насыщенный водой пористый образец высушивается в потоке теплого воздуха. При этом измеряется изменение температуры поверхности образца во времени. Метод АТММ основан на одновременной записи кривых измерения веса (кривая сушки), температуры образца и дифференциальной температуры (Δt - разности между температурой воздуха и температурой образца) во времени (термограмма сушки). Полученные кривые кинетики сушки расчленяются на ряд четких интервалов, отвечающих изменению условий тепломассопереноса в водонасыщенных образцах, по мере удаления из них воды различных форм и видов связи с породой.
Известна установка АТММ для изучения свойств водонасыщенных и углеводородонасыщенных пород приведенная в работе (Скибицкая Н.А. Петрофизические исследования с целью обоснования методики определения остаточной водонасыщенности пород по данным электрометрии на примере терригенных нефтегазовых отложений Западно-Сибирской низменности. Автореф. дис. канд. геол.-минерал. наук, МИНХиГП им. И.М. Губкина, Москва, 1971. 27 с.).
Установка состоит из корпуса, в котором с помощью фена (теплоэлектровентилятора) поток нагретого воздуха обдувает образец. Держатель с образцом при этом стоит на весах, расположенных под корпусом, для чего в корпусе имеется отверстие. Весы позволяют фиксировать изменение веса в процессе сушки. В установке имеются термопарные датчики измерения температуры поверхности образца и измерения температуры потока нагретого феном воздуха.
Недостатком установки является неравномерный обдув разных сторон образца, что приводит к уменьшению точности определений.
Кроме этого, недостатком этой и других аналогичных установок является недостаточная точность определений, так как термограммы, отражающие динамику потери влаги при сушке образцов, не имеют хорошо выраженных реперных точек сушки, соответствующих границам между различными фазами воды. Это связано со сложностью процесса дегидратации в связи с параллельно происходящими в образце при сушке капиллярными перетоками жидкости.
Наиболее близкой к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является лабораторная установка АТММ, содержащая аэродинамическую трубу (корпус) с теплоэлектровентилятором, держатель с образом, установленный на электронных весах, расположенных под корпусом установки, термоанемометр для контроля скорости и температуры потока воздуха, датчик температуры образца, измеритель температуры и персональный компьютер с программным обеспечением для сбора данных в реальном времени (Марутян О.О., Большаков М.Н. Лабораторная установка аспирационной термомассометрии для определения водонасыщенности / Тезисы докладов: IV Ежегодная Конференция молодых специалистов ИПНГ РАН. 03.12.2014, М.: ИПНГ РАН (http://ipng.center.ru/uf/Theses_03122014_BolshakovMN_MarutianOO.pdf).
На установке в процессе сушки образца в потоке нагретого воздуха фиксируют изменение его веса, а с помощью регистрирующей аппаратуры и компьютера строят кривые сушки.
Недостатком данной установки является снижение точности определения температуры образца из-за его неоднородной сушки в однонаправленном потоке нагретого воздуха и невозможности измерения усредненной температуры образца термопарным датчиком. Это может искажать кривые сушки в тонкопоровых образцах, так как разные стороны образца по-разному обдуваются потоком воздуха, а плохой капиллярный переток жидкости по тонким порам не обеспечивает равномерного насыщения поверхности образца во время сушки. Поэтому испарение на передней к потоку воздуха стороне образца более интенсивное, чем на обратной к потоку стороне. Это приводит, во первых, к различию температуры на поверхности образца и, во вторых, к изменению динамики процесса сушки в зависимости от размеров капилляров и величины пористости в образце.
Технической задачей изобретения является повышение точности определения структурных видов воды за счет более равномерного испарения жидкости с поверхности образца.
Поставленная техническая задача решается тем, что установка аспирационной термомассометрии, включающая аэродинамическую трубу (корпус) с теплоэлектровентилятором, термоанеометр, цифровой измеритель температуры, персональный компьютер и лабораторные электронные весы с размещенным на них держателем образца, дополнительно снабжена инфракрасным датчиком, а держатель образца смонтирован на оси электродвигателя, причем инфракрасный датчик укреплен на корпусе установки над образцом.
Описываемая лабораторная установка схематично представлена на чертеже, она включает аэродинамическую трубу (корпус) (1) с теплоэлектровентилятором (2), термоанеометр (7), цифровой измеритель температуры (8), лабораторные электронные весы (3), электродвигатель (10), на валу которого расположен держатель образца (4) с образцом (5), инфракрасный датчик температуры (6), расположенный над образцом и персональный компьютер (9) с программным обеспечением для сбора данных в реальном времени.
Устройство работает следующим образом. Образец породы экстрагируют от нефти, обессоливают, высушивают при 105°C, охлаждают, взвешивают в сухом состоянии, под вакуумом насыщают полностью дистиллированной водой. Далее образец (5) на держателе образца (4), который закреплен на оси электродвигателя (10), помещают внутри аэродинамической трубы (1). Для этого в корпусе имеется отверстие. Затем включают электродвигатель (10), держатель образца (4) с образцом (5) начинает вращаться со скоростью 6-30 оборотов в минуту. После этого включают тепловентилятор (2) и с помощью термоанемометра и показаниям цифрового измерителя температуры (8) устанавливают необходимую температуру в диапазоне 40-60°C и скорость потока воздуха, обдувающего образец, 3-8 м/сек. Далее включают регистрирующую аппаратуру: весы (3) и персональный компьютер (9). С этого момента образец подвергается термомассометрическому исследованию, заключающегося в сушке образца при постоянной температуре в 40-60°C и автоматической регистрации кинетики сушки до полной дегидратации воды. При этом компьютер в режиме реального времени строит кривую кинетики сушки. Постоянное вращение образца устраняет неравномерную сушку его поверхности и значительно повышает точность экспериментов.