Способ определения коэффициента диффузии

 

Использование: изобретение относится к измерительной технике. Сущность: способ включает приведение образца в контакт с жидкостью, воздействие на образец одновременно с жидкостью постоянной сжимающей нагрузки, При этом используют два одинаковых образца/нагруженных разными нагрузками, измеряют время диффузии: Для осуществления способа каждый образец помещают в отдельную термостатированную камеру, нагружают; сжим ающей нагрузкой и заливают жидкостью. В результате диффузии жидкости и воздействия нагрузки образец разрушается.. Время диффузии от начала контакта образца и жидкости до момента разрушения образца фиксируется реле времени. Коэффициент диффузии подсчитывают по формуле. Способ прост в исполнении, можно определить коэффициент диффузии жидкости в горные породы, включая глинистые, f ил;

союз советских социАлистических

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 N 13/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ, СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4696303/25 (22) 14.04.89 (46) 30,01.93, Бюл. N. 4 (71) Западно-Сибирский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт технологии глубокого разведочного бурения (72) В.В.LLleaenea и В.Д.Шантарин (56) Авторское свидетельство СССР - ¹ 572681, кл. 6 01 N 13/00, 1977. .Авторское свидетельство СССР № 198783, кл. G 01 N 13/00, 1966, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИ Е НТА ДИ Ф ФУЗИ И (57) Использование: изобретение относится к измерительной технике, Сущность: способ включает приведение образца в контакт с

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в геологии, нефтяной и газовой промышленности для исследования влияния напряже. ний на массоперенос в горных породах и оптимизации свойств буровых растворов.

Известен способ определения коэффициента диффузии жидкости в полимерный материал путем введения образца в контакт с жидкостью одной его йоверхностью и измерения зависимости высоты прогиба образца от времени для определения продолжительности полного насыщения образца и нахождения искомого параметра, Известен Способ определения коэффициента диффузии жидкостей и паров через полимерные материалы путем нагружения образца постоянной сжимающей нагрузкой, меньшей по величине нагрузки разру„„Я „„1791756 Al

2 жидкостью, воздействие на образец одновременно с жидкостью постоянной сжимающей нагрузки, При этом используют два одинаковых образца, нагруженных разными нагрузками, измеряют время диффузии:

Для осуществления способа каждый образец помещают в отдельную термостатированную камеру, нагружают сжимающей нагрузкой и заливают жидкостью, В результате диффузии жидкости и воздействия нагрузки образец разрушается. Время

:диффузии от начала контакта образца и жидкости до момента разрушения образца фиксируется реле времени. Коэффициент диффузии подсчитывают по формуле. Способ прост в исполнении, можно определить коэффициент диффузии жидкости в горные породы, включая глинистые. 1 ил. шения образца в сухом виде, приведения образца в контакт с жидкостью, последую- щего измерения параметров и подсчета коэффициента диффузии., Q

Недостаток известного способа в его сложности и ограниченйбстй области применения. Сложность обусловлена тем, что Qg коэффициент диффузии подсчитывают по О, результатам измерения микротвердости в определенных точках образца во времени в процессе набухания, для чего необходимы неоднократные периодические погружения индентора в материал в различных местах полимерного образца, ввиду того, что микротвердость характеризуется глубиной этого погружения; Область применения ограничейа полимерами и распространенйе известного способа на материалы, например минералы, внутрь которых может про1791756 йикать влага и вызывать сильные изменения их механических характеристик, невозможно, так как минералы с большой пористостью и проницаемостью за короткий промежуток времени прописывается влагой за счет капиллярных сил, затем происходитдиффузионное проникновение жидкости в межкристаллическое пространство, при этом размЕр диффузионной области равен размеру площади сцемМтйрбвайных зерен минералов, вследствие.чЫгЪ разуйрочнение идет по всему объему одновременно и измерять индентором проникновение влаги на каком-то расстоянии от зоны контакта образца с жидкостью бессмысленно: у непроницаемых минералов измейение механических свойств идет только в области контакта образца с жидкостью, где образец полностью теряет свою прочность, и если к этой области приложено напряжение, то происходит разрушение ее, получается движение границы разрушения от .. области контакта образца с жидкостью к центру образца, Цель изобретения — уйрощейие способа и расширение областй его применения., Ожидаемый OT использования изобре тения положительный эффект: способ прост . в лабораторном исполнении и доступен для осуществления в любой лаборатории, так как исключено непрерывное слежение и контроль кинетики процесса проникновения жидкости в образец вследствие автоматической фиксации окончания процесса и уменьшено количество контролируемых параметров; расширена область применения способа — способ работает не только для полимеров, но и для мало- и высокопроницаемых йород, — стало возможным определение коэффициента диффузии жидкости в горные породы, включая глины, при подР2 62 счете его по формуле D - . In —, Л2(t2 — И) где R — для полимеров и малопроницаемых пород соизмеримо с геометрическим размером образца; а для высокопроницаемых пород равен размеру области контакта зерен, слатающих минерал; ожидаемая экономия от использования изобретения при определении коэффициента диффузии горных пород составит в год 5 млн, рублей..

В способе определения коэффициента диффузии путем нагружения образца постоянной сжимающей нагрузкой, меньшей по величине нагрузкй разрушения образца в сухом виде, приведения образца в контакт с жидкостью, последующего измерения параметров и подсчета коэффициента диффузии, измеряют время диффузии от начала контакта нагруженного образца и жидкости до момента разрушения образца, при этом используют два одинаковых образца, нагруженных разными нагрузками, а подсчет коэффициента диффузии ведут по формуле

R2 02 л2(т2 — t)))

10 где R — радиус образцов; .

61, 62 — напряжение сжимающих нагру. зок, приложенных к первому и второму образцу соответственно;

t< t2 — время диффузии от начала контакта нагруженного образца и жидкости до момента разрушения образца, для первого и второго образца соответственно.

Зависимость получена эксперименталь20 но.

Для осуществления способа использу- . ют устройство, схема которого приведена на рисунке. Устройство включает термостатированную камеру 1 с выемкой 2 на дне; крышку 3 с центральным отверстием 4, вставляемый в центральное отверстие 4 стержень 5 с закрепленной на нем подставкой 6 для установки нагрузки 7, нижнюю накладку 8, вставляемую в выемку 2 дна камеры 1, верхнюю накладку 9 с углублением 10 для усгановки стержня 5, воронку 11, Стержень 5 и подставка 6 представляют собой плунжерную пару.

Сйособ оСуществляют следующим об35 I 3oì

Два одинаковых образца 12 горной породы с известным радиусом помещают в отдельные- термостатированные камеры 1 для соблюдения одинаковых условий воз40 действия на них жидкости 13, Образец 12 помещают между двумя накладками 8 и 9 и вставляют в выемку 2 дна камеры 1. Сверху камеру 1 закрывают крышкой 3, в отверстие

4 которой вставляют стержень 5 до упора в

45 углубление 10 верхней накладки 10, на подставку 6 устанавливают груз 7, масса кото- . рого меньше нагрузки разрушения образца в сухом. виде; Образец 12 под сжимающей нагрузкой 7 приводят в контакт с дистиллированной водой 13, заливаемой в камеру 1 через воронку 11; в момент йачала контакта образца и жидкости включают реле времени для отсчета времени диффузии, По мере диффузии прочность породы падает, наступает момент, когда приложенная нагрузка разрушает образец и реле времени автоматически отключается, После разрушения образцов и отключения реле времени по значениям параметров подсчитывают в со1791756

Значения коэффициента диффузии О дистиллированной воды в образцы, приготовленные из Na -монтмориллонита и полиакриламида (ПАА) марки "Декадрил А — 1"

Коэффициент . диффузии, D, (м /с) 10

Номер опыта

Об азе 2

Образе 1 продолжительностьь диффузии, t2,ñ величина сжи- продолжимающей на- тельность грузки î1, диффузии, t1,ñ

Мпа величина сжимающей нагрузки о2, МПа

Na-монтмориллонит

Пример 1, 1

3 а=3,7 %

5,4

3,6

5,4

R=5 10 м

3,6

0,65

Т=294 К

0,74

1,5

0,7

D=(0,97+0,3) Т=294 К

1,0

0,7

1,6

D= 1,1+0,3

h/R=3

1330

840

R=5 10 м

2,4

3,2

2,4

Ь/R=3

3070

W=6 %

4,1

4,1

3,8

Пример 2. .1

2370 ответствии с формулой коэффициент диффузии D, Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Для опреДеления коэффициента диффузии жидкости в горные породы брали два одинаковых цилиндрических образца горной породы с известным радиусом R и отношением Ь/К = 3 (где h — высота образца), спрессованных их Na - монтмориллонита под давлением Р = 240 Mila и выдержанных в течение 10 суток в эксикаторе. Все условия, кроме величины сжимающих нагрузок д1 и д2, в обоих случаях одинаковы: радиус

R, высота h и влажность W образцов, применяемая жидкость, температура системы

Т К, формула подсчета коэффициента дифR2 д фузии D — Ä In . л (т2 — t1)

Для определения коэффициента диффузии жидкости в полимерах брали два одинаковых цилиндрических образца полиакриламида-(ПАА) марки "Декадрил А1" радиусом R = 5 10 м. Данные представлены в таблице.

Как видно из таблицы, значение коэффициента диффузии D воды в образцы из полиакриламида (ПАА) марки "Декадрил А1" при температуре системы Т = 294 К удовлетворительно согласуется со значением коэффициента диффузии воды в полимерах, а значение коэффициента диффузии D воды в образцы из Na — монтмориллонита при температуре системы Т = 294 К и Т = 313 К, определенный при разных сжимающих нагрузках д1 и о2, и разной исходной влажности образцов, соответствует литературным данным. Это подтверждает достоверность предлагаемого "Способа определения коэффициента диффузйи" и для полимеров, и

5 для горных пород, в том числе глинистых, т,е. налицо расширение области примене. ния способа и его упрощение.

Формула изобретения

10 Способ определения коэффициента диффузии путем нагружения образца постоянной сжимающей нагрузкой, меньшей rio величине нагрузки разрушенйя образца в сухом виде, приведения образца в контакт с

15 жидкостью, последующего измерения параметров и подсчета коэффициента диффузии, отличающийся тем,что,сцелью упрощения способа и расширения области его применения, измеряют время диффузии

20 от начала контакта нагруженного образца и жидкости до момента разрушейия образца, при этом используютдва одинаковых образца, нагруженных разными нагрузками, а подсчет коэффициента диффузии ведут по

25 формуле

D — Inд-, л2(т2 — t1) где R — радиус образцов; д1, д2 — напряжение сжимающих нагрузок, приложенных к первому и второму образцу соответственно;

t1,д2 — время диффузии от начала контак35 та нагруженного образца и жидкости до момента разрушения образца для первого и второго образца соответственно, l791756

Продолжение таблицы

Составитель Е,Петриашвили

Техред М.Моргентал Корректор О.Густи

Редактор Н,Коляда

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Ф

Заказ 149 Тираж Подпйсное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5