Устройство для измерения теплопроводности

Союз СоветскиСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ц 779870(53) УДК 536. . 6 (088.8) но делам изобретений и открытийДата опубликования описания 17,11.80(54) УСТРОЙСТВО. ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕППОПРОВОДНОСТИ 1Изобретение относится к области тепловых измерений и предназначено дпя определения коэффициента теппофизическихсвойств различных веществ методом стационарного теппового потока.Известно устройство для измерениятеппопроводности пород, состоящее из источника и приемника тепла, припегаю 1 цихк внутренней и наружной ципиндрическойповерхности образца. Дпя измерения температуры испотп,зуются термопары, 11,Основными недостатками этого устройства, влияющими на получаемыерезультаты, явпяются:оттоки тепла с торцов измеритепьныхцилиндров. Они искажают температур 5ное поле по длине цилиндров;трудность изготовления образца цилиндрическойформы;трудность обеспечения постоянной коаксиапьности ципиндров в течение всего26времени измерения,В известных устройствах использованытермопары дпя измерения температур в 2разных точках устройства и образца, развивающие в паре между собой электродвижущую силу, Чиспо термопар вепико и доходит до 8-10, что затрудняет подготсвку устройства к испытаниям и удлиняет срок самого испытания.Данный прибор является наиболее близким по технической сущности и получаемым результатам, т. е. прототипом йредпагаемого изобретения. Известен также прибор дпя измерения теплопроводности пзердых, жидких и газообразных теп, выпопненный по типу прибо- ра ОСТ 7458, в котором цилиндрическое охранное приспособление, охватывающее центральную ппиту, дпя быстрого измерения потока теппа,. выполнено иэ полупроводникового материала, например, иэ закиси меди 2,Образованная таким образом дифференциальная термоцара присоединена к чувст-. вительному миппиамперметру, по показа- ниям которого опредепяют"наличие ипи798 70следовании горных пород можно насыщатьфлюидами.Работа устройства при измерении теплопроводности горных пород,5Съемную систему помещают в автоклав6 н стягивают гайками. При стягиваниисистемы, под действием механическихусилий сипьфон 4 и капилляры 12, выполненные в виде пружины, обеспечивает хороший тепповой контакт нагревателя 1 и хо- лодильника 7 с образцом 8. После чего;образец насыщается флюидом 9. 3 7отсутствие температурного перепада наохранном приспособлении,, Однако укаэанное устройство не позвопяет определить коэффициент теплопроводности горных пород в условиях максимапьно приближенных к естественным пластовым,Мелью изобретения является повышениенадежности и точности измерений теплопро.водности различных твердых веществ.Указанная цель достигается тем, чтов предлагаемое устройство введен металлический сильфон, герметически соединяющий охранный нагреватель с крышкой автокпюа, а в отверстиях крышки автокпаваи нагреватвпей установлены пружин енныекапилляры для термопар и токоподводовнагреватепей.На чертеже показано предпоженноеустройство для измерения теплопроводности,Прибор, состоящий из градиентногонагревателя 1 и охранного нагревателя 2,выполненный в виде цилиндра с фланцем,.между которыми имеется датчик температур 3, помещен в сильфон 4, который гврметически соединен с фпанцем охранногонагревателя и с съемной крышкой 5 автоклава 6. Между нагревателем 1 и хблодильником 7 закладывают образец 8. Всобранном виде прибор помещается в рабочий объем ютоклава. После чегоописанная съемная система автокпюа стягиваемся гайками и помещается в термостат.В цепях уменьшения потерь иэпучениемповерхности холодильника и нагревателяотполированы до зеркального блеска.Измерения проводятся следующим образом: образец сушится при температуреболее. 1000 С. Затем насьпцение образца флюидом 9 производится под вакуумом.В рабочем объеме автоклава воздух откачивается с помощью вакуумного насоса.По достижении вакуума порядка 5 ф 10 вакуумметр выключается и вентилем первкрывается манометр. После чего до полнОго заполнения системы флюидом откры вается отверстие 13, соединяющее рабочий объэм автоклюа с системой заполнения. В крышке автоклава имеется отверстие 10 для запуска аргона 11 во внутрьсипьфона.Для измерения температур и подводаэлектроэнергии в нагреватель через ка .иияйяры 12 пропущены электроды и токоподводы.На данном устройстве можно исспедовать вещества при насыщении образцакидкостью и газами Например, при исВ условиях естественногозалеганиягор ные породы находятся в состоянии насыщения различным фпюидом. Ппастовые давления и температуры испытывают не только горные породы, но и их насыщающие флюиды. Эти условия делают необходимыми экспериментальные исследования теппопроводности флюидонасыщенных горных пород.Во внутрь силь 3 она через отверстие 10 в крьйдке 5 автоклава запускается аргон 1 1 дпя разгрузки сильфона от давпения исследуемой среды. В устройстве сипьфон искпючает контакт флюидов с полупровод- . никовым материалом дат ика температуры. С попупроводниковым материалом в контакте находится только аргон, введенный для разгрузки сипьфона. Создание давления и его измерениепроизводится с помощью груэопоршневогоманометра, соединенного с автоклавом 3 высокого давления через раздепитепьнуюкопонку, на половину заполненную ртутью.Автоклав рассчитан на давпение 3000 бар.Устройство можно испопьэовать и дпяпроведения измерения бопее высоких дав- Ю пений. Дляэтого нужно изготовить автоклав с соответствующими расчетами.Поток тепла, выдепенный основным .нагревателем, проходит через спой исследуемого образца, хоподипьник и восприни мается автоклавом, находящимся в термостате,Измерение абсолютной температуры 6основного нагревателя, холодипьника ФМ и разности температуры М между ними при установившемся тепловом режиме производится медь - константа- новыми термопарами, изготовленными из термоэлектродов диаметром 0,15 мм, 5установленным в центральной части этих элементов, Зная копичвство тепла, выделяемое основным нагреватепем, и перепад температуры на образце, можно выЭ70 ческой разведки нефтяных и газовых месторождений в различных подразделениях(производственных, геофизических) геопогичюской спужбы страны,7798 числить коэффициент теплопроводности измеряемого образца по Формуле.ИЯ8где 3, - поток тепла через исследуемый 3образец;дТ - перепад температуры в слоеисследуемого образца;- толщина измеряемого образца;В - рабочая площадь, 1 ОПеред проведением основных измере:- ний установка проверяется на этапонных веществах,Предлагаемое устройство обеспечиваетпроведение измерения коэффициента теплопроводности флюидосодержащего коллектора в усповиях пластовых давлений и температур, т. е, в условиях, максимально приближенных к естественным;повторяемость измерений на установке М .с высокой точностью (из 100 измерений 96 совпадают совершенно точно, а 4 измерения отклоняются не более, чем на 2,5%);получение высокоточных резупьтатов измерения коэффициента теплопроводности флюидосодержащих систем (ошибка измерения теплопроводности составляет 2-3%).Изобретение может быть применено для повышения эффективности геотермв- ЗО формула изобретения: Устройство дпя измерения теплопроводкости твердых веществ методом стационар ного теплового потока, содержащее автоклав с крьппкой, термопары основной и охранный нагреватели и хоподильник, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с цепью повышения надежности и точности измерь ния, дополнительно введен, метаплический сильфон, герметически соединяющий охранный нагреватель с крышкой автокпава, а в отверстиях крышки автоклава,и нагревателей установнены пружиненные капилляры для термопар и токоподводов нагревателей,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе. ТиражВНИИПИ Государств по делам изобре 113035, Москва, Ж 019 Подписноного комитета СССРний й открытий