Теплопроводность горных пород при высоких давлениях, температурах и флюидонасыщении

• Автор: Рамазанова, Эльвира Нажмеддиновна
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Махачкала
• Количество страниц: 145 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ:
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I^ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
1.1. ЗАВИСИМОСТЬ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ.
1.2. ЗАВИСИМОСТЬ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ_ТВЕРДЫХ ТЕЛ ОТ ДАВЛЕНИЯ
1.3. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ПОРИСТЫХ СРЕД
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА II. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ПРИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ И ТЕМПЕРАТУРАХ
2.1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД В УСЛОВИЯХ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ И ТЕМПЕРАТУР
2.2. ОЦЕНКА ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ
2.3. ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ НА ЭДС ТЕРМОПАР
2.4. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ГОРНЫХ
ПОРОД
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ II
ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД В УСЛОВИЯХ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ, ТЕМПЕРАТУР И Ф ЛЮИДОНАСЫЩЕННИЯ
3.1. ВЛИЯНИЕ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ И ТЕМПЕРАТУР НА ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ АЛЕВРОЛИТА
3.2. ВЛИЯНИЕ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ И ТЕМПЕРАТУР НА ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ДОЛОМИТА
3.3. ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ, ТЕМПЕРАТУРЫ И ФЛЮИДОНАСЫЩЕНИЯ НА ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ОБРАЗЦОВ ПЕСЧАНИКА
3.4. ВЛИЯНИЕ ВЫСОКИХ ГИДРОСТАТИЧЕСКИХ ДАВЛЕНИЙ И ТЕМПЕРАТУР НА ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ОБРАЗЦОВ СЛЮДОКЕРАМИКИ ПОРИСТОСТЬЮ 2%
3.5. ВЛИЯНИЕ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ, ТЕМПЕРАТУР И ФЛЮИДОНАСЫЩЕНИЯ НА ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ОБРАЗЦОВ СЛЮДОКЕРАМИКИ ПОРИСТОСТЬЮ 14%
3.6. ВЛИЯНИЕ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ, ТЕМПЕРАТУР И ФЛЮИДОНАСЫЩЕНИЯ НА ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ОБРАЗЦОВ СЛЮДОКЕРАМИКИ ПОРИСТОСТЬЮ 26%
3.7. ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ КЕРАМИКИ БГС-ВЕО В УСЛОВИЯХ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ И ТЕМПЕРАТУР
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ III
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования
Экспериментальные исследования влияния всестороннего давления на физические свойства твердых тел имеют важное значение как для теории теплопереноса, так и для практики их технического применения. Под действием всестороннего сжатия меняются такие параметры кристаллической решетки как межатомные расстояния, амплитуда и частота колебания атомов и упругие параметры, которые приводят к изменению энергетического спектра фононов и возникновению и движению дефектов, влияющих на кинетические явления. Изучение этих изменений дает ценную информацию, позволяющую углубить и расширить теоретические представления о характере физических процессов в конденсированных средах.
Существующие теоретические модели переноса тепла в пористых средах и горных породах используют допущения, идеализирующие природу кристаллического строения вещества. Поэтому необходимы прямые экспериментальные исследования пород в условиях высоких давлений и температур, что является актуальной задачей, как для дальнейшего развития теории теплопереноса, так и для прикладных задач теплофизики, физики Земли, геофизики, геотермальной энергетики, получения и применения пористых теплоизоляционных материалов с заранее заданными свойствами.
Закономерности изменения теплофизических свойств пористых сред в условиях высоких температур, давлений, флюидонасыщения составляют основу теоретических моделей, описывающих явления теплопереноса в различных материалах и значительно расширяют наши представления о процессах распространения и рассеяния тепловых волн в сложных многокомпонентных средах.
Экспериментальные исследования теплофизических свойств пористых сред и горных пород имеют большое значение в науке и технике, однако, работ посвященных этой теме в литературе мало, что связано с рядом технических трудностей.
Такие исследования позволяют оценить тепловые свойства горных пород и величины теплового потока на различных глубинах Земной коры и получить новые данные о закономерностях изменения теплофизических свойств пористых сред и горных пород в условиях их естественного залегания.
В связи с этим очевидна актуальность экспериментальных исследований, выполненных в соответствии с планами НИР Института проблем геотермии ДНЦ РАН, которая являлась частью программы и грантов:
- Структура теплового поля Земли как основа геотермальных энергоресурсов (2001-2007 г.г.).
- Исследование теплопроводности флюидонасыщенных горных пород при высоких давлениях и температурах (Проект РФФИ 01-05-64536-а на 2001-2003 г.г.).
- Теплопроводность твердых тел и пористых флюидонасыщенных сред при высоких давлениях и температурах (Проект РФФИ 05-02-17586-а на 2005-2007 г.г.).
- Исследование зависимости теплопроводности горных пород от давления, температуры и флюидонасыщения с учетом степени их кристаллизации и зернистости по глубоким скважинам Дагестана (проект РФФИ 08-05-00343-а на 2008-2010 г.г.).
Цель работы
Выяснение общих закономерностей изменения тепловых свойств пористых сред и горных пород в условиях высоких температур, давлений и флюидонасыщения.
Основные задачи исследований
1. Получение новых экспериментальных данных о влиянии гидростатического давления и температуры на теплопроводность флюидонасыщенных горных пород и модельных сред.

Хугес и Савин [35] в своей работе также отметили, что если до них наиболее вероятным приближением при расчетах решеточной компоненты земной мантии была линейная интерпретация бриджменовской формулы, то их данные указывают, что для решеточной теплопроводности поликристаллических диэлектрических материалов можно предположить увеличение на 50 ч- 100% при приложении первых 2-3 кбар, а затем
стремление к стабилизации.
А.А.Аверкин, Ж.Ж.Жепаров, Л.С.Стильбанс [36] разработали метод измерения теплопроводности твердых тел под всесторонним давлением, основанный на распространении теплового потока

вдоль образца с учетом теплоотдачи в Рис-14 а) Распределение температуры
вдоль образца.
окружающую среду. б) Схема устройства для измерения
теплопроводности под давлением [36].
На рис. 14 изображена схема
прибора и распределение температуры вдоль образца. Если пренебречь перепадом температуры в поперечном сечении образца, нагреваемого с одного торца нагревателем О, то распределение температуры по его длине описывается уравнением:

= РКТ,
(1.21)
где Б - поперечное сечение образца, X - теплопроводность, Р - периметр образца, К - коэффициент теплоотдачи в окружающую среду, ТМ-^р -температура образца по отношению к окружающей среде (Ц). Уравнение (1.21) после небольших преобразований и допущений приводится к виду:
Ч _ к(*к-гср)р-А-^)о Ч Ч(*к “1ср)0 -(1-1к)р
(1.22)
:р/0 V- Чс/р
где Мср - температура холодного конца образца по отношению к температуре окружающей среды.