Способ определения пористости материала

(51)5 0 01 й 15/О фйМЗ,",",1 Яз 1 ЬЛ Щ ТЯ)т ИСАНИ И Т Б ПАТЕНТ зы образца; юченный в п вление;ние, создаваемеры, на котоЯ, камеры, соотыточного давределезнание ратуры, одить и оздания опре го за ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Малое предприятие Научно-производственная внедренческая фирма "Тенакон" (72) Б,Г.Назаров, С.Е.Ундров и А,В.Туманов (73) Малое предприятие Научно-производственная внедренческая фирма "Тенакон" (56) Авторское свидетельство СССР М 1260763, кл. 6 01 М 15/08, 1986,Авторское свидетельство СССР йг 1502987, кл, 6 01 И 15/08, 1989. Изобретение относится к исследованию физических характеристик твердых тел, преимущественно пористых горных пород,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ определения пористости материала, включающий измерение в одной поршневой камере общего объема материала путем определения изменения уровня сыпучего заполнителя, находящегося в камере, и объема твердой фазы путем определения изменения объема камеры при создании в ней заданного избыточного давления газа в отсутствие образца и при его наличии в камере. Если производится измерение сначала в пустой камере, а затем в образцом, то величина объема твердой фазы образца определяется исходя из закона Бойля-Мариотта по следующей формуле:(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОРИСТОСТИ МАТЕРИАЛА(57) Изобретение относится к исследованию физических характеристик твердых тел, преимущественно пористых горных пород. Способ включает совместное измерение в поршневой камере общего объема образца материала, объема твердой фазы и расчет пористости по данным измерений, Для определения пористости одновременно измеряемой группы образцов дополнительное измерение проводят на группе твердых сплошных тел, приближающихся по количеству и форме к исследуемым частицам, 1 з, и. ф-лы, 1 табл,Ч,ф =Чо- ЛЧ(1+- ) Ро Р где Чт.ф. - объем твердой фа Чо - объем воздуха, закл ласти камеры без образца; Ро - барометрическое да Ь Р - избыточное давле мое при изменении объема ка рое настроен датчик дэвлени ЬЧ - изменение объемаветствующее появлению изб ления Ь Р.Из формулы следует, что для о ния искомой величины необходим барометрического давления и темп с изменением которой будет проис изменение ЛЧ, необходимое для избыточного давления Л Р.Величина общего объема образ деляется по разности уровня сып55 ФЧО -Чтд г-д - Н)О обр Ко=1 где Кп - пористость исследуемого образца; полнителя в пустой камере и при наличии вней образца,Значение объема находят по формулеЧв н. = ЧО - Чобр Р)где Чв н - общий объем образца; 5ЧО - объем камеры, заключенный междузеркалом сыпучего заполнителя и верхнейограничивающей поверхностью камеры,при измерении в пустой камере;Чобр - ОбЪЕМ КаМЕРЫ, ЗаКЛЮЧЕННЫй МЕжду зеркалом сыпучего заполнителя и верхней ограничивающей поверхностью, приизмерении образца.Зная общий объем образца и объем еготвердой фазы, вычисляют коэффициент по- "5ристости (Кп):К.= 1- - ф.(3)ЧвнПри устранении недостатков способовраздельного определения общего объема итвердой фазы данному способу присуща невысокая точность по причинам, характерным и для аналогов; влияниебарометрического давления, температуры,требования к высокой точности и постоянству параметров эталона. Существенныеошибки обнаруживаются при измерении одновременно группы образцов, например частиц шлама. Они определяются в основномсоставляющей погрешности от измерениявнешнего объема и обусловлены неадекватной структурой укладки сыпучего заполнителя при измерении мелкого Кусковогоматериала и эталона,Цель изобретения - повышение точно- З 5сти определения пористости,Поставленная цель достигается тем, чтов способе определения пористости материала, включающем совместное измерение впоршневой камере общего объема образца 40материала путем определения измененияуровня сыпучего заполнителя, находящегося в камере, и объема твердой фазы образцапутем определения изменения объема камеры при создании в ней заданного избыточного давления в пустой камере и приналичии в ней исследуемого образца, и расчет пористости по данным измерений, после измерения в пустой камередополнительно проводят измерения при наличии в камере твердого сплошного телапроизвольного объема и затем исследуемого образца, а искомую пористость оценивают по формуле ЬЧО, ЛЧт, ЬЧобр - изменение объема камеры до появления в ней заданного избыточного давления соответственно в пустой камере, при наличии в ней произвольного тела и исследуемого образца;Ф ЧЧО, Чт, Чобр - объем камеры, заключенный между зеркалом сыпучего заполнителя и верхней ограничивающей поверхностью камеры соотетственно в пустой камере, при наличии в ней произвольного тела и исследуемого образца.Кроме того, с целью повышения точности определения пористости одновременно измеряемой группы образцов, например частиц шлама, проводят измерение на группе твердых тел, приближающихся по количеству и форме к исследуемым частицам.Использование вместо эталона, имеющего строго определенный объем, твердого тела любого произвольного объема значительно упрощает способ, повышает его точность за счет исключения влияния погрешностей эталона, а также барометрического давления и температуры,Способ реализуется в поршневой камере переменного объема (для изменения дав- ления в камере), снабженной датчиком избыточного давления газа и датчиком верхнего уровня сыпучего заполнителя, который постоянно находится в камере. Осуществляют измерение в пустой камере при перемещении поршня с некоторого начального положения. При этом определяют изменение объема камеры Л ЧО, соответствующее появлению в ней заданного избыточного давления ЛР, и свободный объеммежду зеркалом заполнителя и ограничивающей поверхностью камеры ЧО, Далее производят такие же измерения при помещении в камеру сплошного твердого тела произвольного объема и определяют для него соответствующие величины ЬЧт и Чт. После этого производят измерения с исследуемым образом.и определяют ЬЧобр И Чобр. ПрОИЗВЕдЕННЫЕ ИЗМЕрЕНИя позволяют определить объемные характеристики образца по формулам, выведенным из выражений (1) и (2): Ь ЧО - Ь Чобрд.н;-, В 1О. Чт)ЧО - Чобчюлбр, = чюл- дт- -- б)ЧО ЧтГДЕ Чт.ф.обр., Чт,ф,т, - ОбЪЕМЫ тВЕРДОй фаЗЫ исследуемого образца и произвольного тела;Чвн,об, Чвн,т. - ОбщИЕ ОбьЕМЫ ИССЛЕдуЕ- мого образца и произвольного тела.Кп= 1 Из приведенного выражения следует, 25что измерение пористости образцов не зависит от внешних факторов (барометрического давления и температуры) иконкретных объемных характеристик эталонных тел и определяется только изменениями объема в измерительной камере,происходящими при операциях по предлагаемому способу,Однако при измерении одновременногруппы образцов, например частиц шлама, 35дополнительное измерение на одиночномтеле не позволяет достичь требуемой точности, Появляется ошибка, обусловленная неадекватной структурой укладки сыпучегозаполнителя при наличии в нем одного тела 40или нескольких. Аналогично, но в меньшейстепени, влияет и различие форм эталонного тела и исследуемого образца. Добитьсяодинаковой укладки сыпучего заполнителяизменением механических воздействий на 45 50 Из формул следует, что при осуществлении указанных измерений исключается влияние внешних факторов, не требуется точное значение объема заполнителя, который может изменяться при длительной работе (например, частичное уменьшение его при неаккуратном извлечении образца),Требования к проведению дополнительного измерения на сплошном твердом теле вытекают из следующего, Твердость тела должна быть достаточна во избежание возможных деформаций при сжатии тела в сыпучем заполнителе, осуществляемом пои измерении, которые будут снижать точность. Сплошность тела, т,е. отсутствие в нем пористости, определяет равенство объема, фазы и общего объема тела. При этом условии, учитывая выражения (5) и (6), а также то, что Чт.ф.т, = Чвн.т., пористость исследуемого образца определяют по формуле него трудно, Повышение точности достигается, если дополнительное измерение проводится не на одном теле произвольного объема, а на группе твердых тел, приближающихся по количеству и форме к исследуемым частицам, Причем очень удобно, что это могут быть самые разнообразные тела, имеющиеся у исследователя под рукой; шарики, гайки, шайбы, кусочки металла и т,д,Практически способ реализуется в поршневой камере, внутри которой находится сыпучий заполнитель, Камера имеет герметизирующую крышку, служащую упором для 5 10 15 20Как в того же предлага грешност вышает определе стигает 2 идно, при исследовании образца при разных усл емому способу абсолю ь определения пористост 0,5 о . В то же вре нии по способу-прототип оОДНОГО и Виях по ная пане премя приона дом е р 2. При одновременно уппы образцов, например ерации способа полностью олька дополнительное изм не на одиночном теле, а на сплошных тел, приближа ству и форме к исследуем опытах в качестве таких лись стальные шарики ра м изме- частиц повтоерение группе ющихся м частел ис- мером рении гр шлама, о ряются, т проводят твердых по колич тицам. В ПОЛ ЬЗОВд 4 - 5 мм. заполнителя при перемещении поршня. К роме того, камера имеет датчик избыточного давления и устройство для регистрации линейного перемещения поршня,П р и м е р 1 (реализация способа при измерении одиночных образцов), Камера герметизируется, и осуществляется перемещение поршня с некоторого начального положения только с сыпучим заполнителем, При этом фиксируются, например запоминающим устройством микропроцессорной системы управления, значения Л Чо и Чо, После этого в камеру помещается твердое сплошное тело произвольного объема, и после герметизации камеры поршень вновь перемещается с начального положения до упора заполнителя в крышку; фиксируются результаты ЛЧт и Чт. Далее аналогично измеряются исследуемые образцы. Данные же измерений в пустой камере и с телом произвольного объема автоматически извлекаются из памяти процессора, и на их основе вычисляется по указанной выше формуле пористость исследуемого образца. Так определяется пористость любой по количеству партии исследуемых образцов вплоть до существенного изменения внешних факторов, которые могут контролироваться, например, по результатам измерения первого Образца. При необходимости изменения результатов измерения в пустой камере и с твердым сплошным телом произвольного объема данные в "памяти" стираются и процедура повторяется.При опробывании способа исследовались стандартные образцы керна с Уренгой- ского месторождения. Данные опытов представлены в таблице, Там же приведенырезультаты измерений частиц шлама, полученных со скважиной % 41 Камынской пло- щадиРезультаты представлены в таблице.Из таблицы видно, что при измерениях по способу-прототипу результаты оказываются неудовлетворительными: разброс показаний достигает более 7%, Применение дополнительного измерения на группе шариков, равных по количеству исследуемым частицам шлама, снизило абсолютную погрешность до 2 о , что уже достаточно для качественной оценки при экспрессном определении пористости. Повышение точности при групповом измерении частиц шлама обусловлено в основном снижением ошибки в определении общего объема исследуемых частиц.Необходимо отметить, что проведение дополнительного измерения на телах с произвольным объемом существенно упростило алгоритм работы прибора и систему управления, так как отпала необходимость занесения в программно-запоминающие устройства конкретных характеристик объема эталонных тел,Формула изобретения 1. Способ определения пористости материала, включающий совместное измерение в поршневой камере общего объема образца материала путем определения изменения уровня сыпучего заполнителя, находящегося в камере, и объема твердой фазы образца путем определения изменения объема камеры при создании в ней заданного избыточного давления в пустой камере и при наличии в ней исследуемого образца и расчет пористости по данным измерений, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения пористости, после измерения в пустой каме ре проводят измерения при наличии в камере твердого сплошного тела произвольного объема и затем исследуемого образца, а искомую пористость оценивают по формуле:Ф р 10 Ь ЧО Ь Чотр ЧО Чт Ко=1 аЪ=О: д,-ч;где Кп - пористость исследуемого образца;Л ЧО, Ь Чт, Ь Чобр - изменение объема15 камеры до появления в ней заданного избыточного давления соответственно в пустойкамере, при наличии в ней произвольноготела и исследуемого образца;ЧО, Чт, Чобр - объем камеры, заключен 20 ный между зеркалом сыпучего заполнителяи верхней ограничивающей поверхностьюкамеры соответственно в пустой камере,при наличии в ней произвольного тела иисследуемого образца.25 2, Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности определения пористости одновременно измеряемой группы образцов, например, частицшлама, дополнительное измерение прово 30 дят на группе твердых сплошных тел, приближающихся.по количеству и форме кисследуемым частицам,