Теплопроводность сухих и флюидонасыщенных горных пород при высоких температурах и давлениях. Эксперимент и моделирование

• Автор: Абдулагатова, Зумруд Заидовна
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Махачкала
• Количество страниц: 171 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Обзор экспериментальных исследований и теоретических моделей эффективной теплопроводности сухих и флюидонасыщенных пористых материалов при высоких температурах и давлениях
1Л. Экспериментальные исследования эффективной теплопроводности сухих и флюидонасыщенных пористых материалов при высоких температурах и давлениях
1.2. Теоретические исследования эффективной теплопроводности сухих и флюидонасыщенных пористых материалов при высоких температурах и давлениях
1.2.1 .Теоретические модели
1.2.1.1. Модели, описывающие зависимость эффективной теплопроводности от температуры
1.2.1.2. Модели, описывающие зависимость эффективной теплопроводности от пористости при постоянных Т и Р
1.2.2.Модели, основанные на правиле смеси
1.2.3.Эмпирические и полуэмпирические модели
Выводы
2. Экспериментальное исследование эффективной.теплопроводности сухих и флюидонасыщенных горных пород
2.1. Стационарный метод плоскопараллельных пластин. Описание экспериментальной установки и методики измерений
2.2. Оценка погрешности измерений
2.3. Метод насыщения и определение пористости
2.4. Подготовка и физико-химические свойства исследуемых горных пород
2.5. Проверка точности и надежности метода и установки на эталонном образце

Выводы
3. Результаты измерений эффективной теплопроводности сухих и флюидонасыщенных горных пород
3.1. Зависимость эффективной теплопроводности алевролита, доломита, песчаника (0=5%), песчаника ($1=16,2%). амфиболита, известняка, андезита, гранулита и пироксен-гранулита от температуры и давления
3.2. Зависимость эффективной теплопроводности песчаника (^=13%) от давления
Выводы
4. Обсуждение результатов измерений эффективной теплопроводности сухих и флюидонасыщенных горных пород
4.1. Барический и температурный коэффициенты эффективной теплопроводности сухих и флюидонасыщенных горных пород
4.2. Эмпирические, полуэмпирические и теоретические модели эффективной теплопроводности сухих и флюидонасыщенных горных пород
4.2.1.Теплопроводность насыщающих флюидов (вода, газ, касторовое масло)
4.2.2.Теплопроводность скелета горной породы
4.2.3.Модели, описывающие зависимость эффективной теплопроводности сухих и флюидонасыщенных горных.....пород от давления
4.2.4.Модели, описывающие зависимость эффективной теплопроводности сухих и флюидонасыщенных горных.пород от температуры
4.2.5.Модели, описывающие зависимость эффективной теплопроводности сухих и флюидонасыщенных горных...пород от пористости
4.2.6.Модели, основанные на правиле смеси, описывающие зависимость эффективной теплопроводности сухих и флюидонасыщенных горных пород
от пористости
4.3. Эффективная теплопроводность и уравнение состояния сухих и флюидонасыщенных горных пород при высоких температурах и давлениях
4.3.1.Модель Hohmeister для эффективной теплопроводности пористых материалов
4.3.2.Уравнение состояния для сухих и флюидонасыщенных горных пород, основанное на измерениях эффективной теплопроводности
4.3.3.Уравнение состояния горных пород
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
пенного перехода температурной зависимости л^ш из уравнения (1.2) к
Уравнение (1.4) показывает, что отклонения от закона обратной температурной зависимости Лргш~Т~1 являются маленькими (1.14 раза) до Т&2Т0, в то время как
при Т»ЗТ0 отклонение составляет приблизительно 38 % [102]. Для сложных кристаллов с большим количеством атомов N в элементарной ячейке температурная зависимость Лрсш аналогична уравнению (1.4) с Т0 =Г1У2/3. С увеличением давления Г0 и Т{ увеличиваются, потому что с увеличением давления V увеличивается и уп уменьшается. Это очень важный результат для решения геофизических задач, когда высокая температура сопровождается высоким давлением в глубинах земли.
ВиШеЬаПЬ [74,147] исследовал влияние температуры на теплопроводность горных пород. Так как минералогический состав горных пород несовершенен, то длина свободного пробега фононов уменьшается, что приводит к высокому тепловому сопротивлению по сравнению с абсолютно чистыми кристаллами. Имеются дополнительные структурные эффекты, которые уменьшают длину свободного пробега фононов, например, границы зерен, микротрещины, объемная пористость, форма и ориентация кристаллов.
Авторы работ [14,148,149] показали, что при высоких температурах (выше дебаевской температуры, 7У0) теплопроводность (решетчатая или фонон-ная) многих электрически непроводящих материалов (диэлектрики), включая
Ла ~—Су1а. Они нашли, что при температурах Т<Т0, где Д = (М>2/&)/(101.2уга), решеточная теплопроводность описывается как

рош ~ 62,3л'*,3АаТ Т
(1.3)
в то время как при температурах Т> Т0 Лреш описывается уравнением
(1.4)