Эталонный материал с порами контролируемого размера и формы и блок из фрагментов эталонного материала с порами контролируемого размера и формы

Изобретение относится к области изготовления материала с полностью контролируемыми свойствами, а именно материала с порами контролируемого размера и формы. Материал с порами контролируемого размера и формы выполнен в виде фрагмента полимерного дырчатого волокна, или дырчатого волокна на основе кварцевого стекла, или фотонно-кристаллического волокна. Размеры пор могут варьироваться от нанометров до нескольких микрон и выше, а форма поперечного сечения пор - от круглой, или эллипсоидной, или треугольной до формы в виде звездочки. Кроме того, фрагменты материала упаковывают в блок, пространство между которыми заполняют специальными наполнителем, например эпоксидной смолой. Заявленное техническое решение направлено на снижение неточностей определения объема пор, получение точных геометрических форм пор и высокой точности финальной порозиметрической калибровки. 2 н. и 3 з.п. ф-лы.

 

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.

1. Эталонный материал с порами контролируемого размера и формы, отличающийся тем, что материал с порами контролируемого размера и формы выполнен в виде фрагмента полимерного дырчатого волокна, или дырчатого волокна на основе кварцевого стекла, или фотонно-кристаллического волокна.

2. Материал по п.1, отличающийся тем, что фрагмент получают путем механической резки дырчатого волокна.

3. Материал по п.1, отличающийся тем, что форма поперечного сечения пор может быть круглой, или эллипсоидной, или треугольной, или в виде звездочки.

4. Материал по п.1, отличающийся тем, что размеры пор составляют от нанометров до микрометров.

5. Блок из фрагментов эталонного материала с порами контролируемого размера и формы, отличающийся тем, что упаковывают фрагменты эталонного материала в блок и пространство между фрагментами материала заполняют специальным наполнителем, например эпоксидной смолой.