Методы измерения диэлектрической проницаемости различных форм почвенной влаги и нефтесодержащих пород

• Автор: Репин, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 149 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Электрофизические и гидрофизические свойства почв и почвогрунтов

1.1. Обзор современных методов исследования электрофизических параметров сред

1.1.1. Неразрушающие методы

1.1.2. Использование направленных структур

1.1.3. Измерения диэлектрической проницаемости и проводимости сред на низких частотах

1.2. Характеристики воды в почвах и породах

1.2.1. Физические характеристики почв и горных пород

1.2.2. Классификация форм почвенной влаги

1.2.3. Поведение воды в почве

1.2.4. Гидрологические константы
1.3. Диэлектрические свойства почв
1.3.1. Диэлектрические свойства почв в СВЧ диапазоне
1.3.2. Диэлектрические свойства почв в дециметровом и метровом
диапазонах
1.4. Диэлектрические свойства пород нефтегазовых коллекторов
1.4.1. Диэлектрическая проницаемость насыщенных пород нефтегазового
коллектора
1.4.2. Влияние солености и температуры на электрофизические
характеристики пород нефтегазовых коллекторов
1.5. Выводы и постановка задачи
Глава 2. Обоснование выбора состава аппаратуры и методика измерений
2.1. Обоснование выбора аппаратуры
2.2. Ячейка в виде отрезка коаксиальной линии
2.3. Измерительный конденсатор
2.3.1. Конструкция конденсатора
2.3.2. Измерение с помощью ZVRE
2.3.3. Измерение с помощью измерителя LCR
2.4. Тестирование измерительного комплекса и минимизация
погрешностей измерения
2.4.1. Коаксиальные ячейки
2.4.2. Конденсатор, подключаемый к измерителю ZVRE
2.4.3. Измерение с помощью LCR-метра
2.4.4. Измерение КДП сред с высокими значениями действительной части
ДП и различной удельной проводимостью
2.5. Сопоставление результатов измерений, полученных разными
методами
Глава 3. Экспериментальное исследование и моделирование
диэлектрических свойств почвенных смесей и почв различного
гранулометрического состава
3.1. Диэлектрическая проницаемость прочносвязанной, пленочной,
капиллярной и гравитационной воды в бентоните и глинистых почвах
3.2. Диэлектрическая проницаемость капиллярной и пленочной воды в увлажненных смесях, не содержащих глину
3.3. Диэлектрическая проницаемость прочносвязанной, пленочной,
капиллярной и гравитационной воды в смесях кварцевых порошков и бентонитовой глины
3.4. Зависимость диэлектрических параметров типов почвенной влаги от
гранулометрического состава
Глава 4. Исследование диэлектрических свойств нефтенасыщенных пород
4.1. Состав и физические свойства образцов
4.2. Моделирование электрофизических характеристик смесей
Заключение
Список литературы

Введение
Актуальность исследования.
Информация о диэлектрической проницаемости почв и горных пород и её зависимости от водо- и нефтенасыщенности крайне необходима при космическом дистанционном радиолокационном и радиометрическом зондировании влажных почв, а также при диэлектрическом каротаже.
Однако имеющиеся в литературе данные о комплексной диэлектрической проницаемости (КДП) таких сред являются неполными, а в отдельных случаях неправильными.
Основной проблемой в решении таких задач является невысокая точность измерений. В большинстве работ, где приводятся данные о КДП водо-и нефтенасыщенных смесей отсутствуют данные о погрешности измерений. В первую очередь это относится к измерениям в диапазоне частот 1-100 МГц, где уже плохо работают методы измерения с использованием конденсаторов с сосредоточенными параметрами из-за сильного влияния паразитных элементов, и еще плохо работают волноводные методы из-за малой длины образца в сравнении с длиной волны.
Поэтому исследование методов измерения КДП, обеспечивающих низкую погрешность в широком диапазоне частот (от единиц килогерц до единиц гигагерц), является актуальным.
Объектом исследования являются методы измерения КДП в широком частотном диапазоне.
Цель исследования заключалась в создании установки и усовершенствовании методов экспериментального исследования спектров КДП, и создании моделей КДП дисперсных сред.
Задачи диссертационного исследования:
1. Разработать лабораторную установку для исследования в диапазоне частот 104-109 Гц и диапазоне температур 20-70°С сред, имеющих широкий диапа-

содержание связанной и свободной воды, а также долю воздуха, определить которые достаточно проблематично.
В работе [104] была предложена математическая модель, в основе которой лежит идея о том, что при прибавлении каждого слоя воды уменьшается потенциальный барьер взаимодействия слоя воды и частицы. При некотором значении слоя соответствующей переходной влажности ир, названной автором влажностью расслоения, вода уже не удерживается поверхностью частиц
и перемещается под действием силы тяжести. Время релаксации каждого
слоя зависит от энергии взаимодействия:
г“=^ехр(*г)- <и6>
где /М¥- приращение потенциального барьера, /с - постоянная Больцмана, Т - термодинамическая температура. Толщину слоя можно определить следующим образом:
х = »(1 + ц)—■ (1.17)
Р в уд
где х - толщина слоя, и — влажность, р - плотность вещества частицы, р„ — плотность воды, БУд - удельная площадь поверхности.
Время релаксации каждого молекулярного слоя ттс отличается друг от друга и определяется по следующей формуле:,
'Кс{и1 + ир-112-и)
X =х ехр
тс ''V »

(1.18)
где Ту, — время релаксации свободной воды, п., — влажность расслоения, и -влажность, Кс - коэффициент связи, определяемый выражением:
«, Р$-П)
с =С”п ’ (1Л9)
где с - постоянная. Сравнение этой модели с экспериментом не проводилось. Экспериментально проверить модель будет достаточно трудно, так как нет аналитических выражений для определения Кс и ир, и их придется определять из эксперимента. Кроме того, в данной модели предполагается, что КДП