Способ определения пористости горных пород

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК g y G 01 N 15/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 396331.7/24-25 (22) 09.10.85 . (46) 30.08.88. Бнет. У 32 (7f) Научно-исследовательский и про ектно-конструкторский институт по добыче полезных ископаемых открытым способом . (72) Н.М.Демиденко и С.Е.Денисов (53) 539.2 15.4 (088,8) (56) Ломтадзе В.Д. Методы лабораторных исследований физико-механических свойств горных пород. Л,! Недра, 1972, с.115-117.

Авторское свидетельство СССР

Ф 614366, кл. С 01 N 15/08, 1977.

„„SU„„1420473 д 1 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОРИСУОСУИ

ГОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение относится к определению физических параметров гетерогенных систем и может быть использовано при излучении физико-механических свойств горнык пород, в частности пористости. Целью изобретения яв» ляется повышение точности определения пористости. Способ заключается в измерении емкости высушенного образца и после насыщении его жидкостью, Емкость образца измеряют в диапазоне частот от 7 ° 10 до 5 10 Гц. В этом случае на измеряемую емкость не влияют.процессы адсорбции, происходящие на границе раздела твердой и жидкой фаз. 1 ил.

1420473

Изобретение относится к технике определения физических параметров гетерогенных систем и может быть ис.пользовано при изучении физико-меха5 нических свойств горных пород, таких как прочностные, фильтрационные, коллекторские, водоупорные и ряда других.

Целью изобретения — повьппение точ10 ности определения пористости горных пород.

На чертеже представлены зависимости диэлектрической проницаемости от частоты измерения Е. На чертеже приняты следующие обозначения; кри- вая 1 — песок с диаметром d зерен от

0,25 до 0,16 мм; кривая 2 — то же при d=-0,16 —; кривая 3 — то же при d 0,1-0,063 мм; кривая 4 — то же при d40,063.

Пример. После насыщения жидкостью исходного образца горной породы измеряют емкость насыщенного образца С и по эталонировочному графику определяют долевой объем жидкости, который соответствует общей пористости образца и„. Затем производят о сушку образца при 100-105 С до постоянного веса. Сушка способствует удалению жидкости из открытых пор, тогда как из закрытых пор влага не испаряется. Следовательно, измерив емкость

С образца после сушки, по этому же эталонировочному графику определяют величину закрытой пористости и . Раз- 35 ность между общей и закрытой пористостью соответствует величине открытой пористости.

Измерение емкости образцов при определении пористости предлагаемым 40 способом следует производить в диапазоне частот 7-10 — 5 10 Гц. Выбор диапазона обусловлен тем, что на этих частотах на измеряемую емкость образца не влияют процессы адсорбции, про-45 исходящие на границе раздела твердой и жидкой фаз (см. чертеж). Суть этих. процессов заключается в следующем.

Благодаря наличию различного рода дефектов в кристаллах электрическое по- 50 ле поверхности минерального скелета крайне неоднородно. При смачивании такой поверхности молекулы воды прежде всего заполняют потенциальные ямы, Происходит адсорбция воды. Количество воды, необходимое для заполнения потенциальных ям, т.е„ для формирования адсорбированной пленки, зависит от многих Факторов, однако определяющим является удельная поверхность минерального скелета.

Например, для формирования адсорбированной пленки кварцевого песка с диаметром зерен 0,25-0,3 мм необходимо 3,5% весовой влажности, а для природного песчаника на глинистом цементе 10- 11,5% весовой влажности. Дальнейшее увлажнение приводит к появлению в горной породе свободной воды.

В результате процессов адсорбции на поверхности образуются островки ацсорбированной воды, размеры которых определяются размерами потенциальных ям. В электричесом поле эти островки воды представляют собой макродиполи, один конец которых жестко закреплен на поверхности минерального скелета, а противоположный имеет относительную свободу перемещения.

Внутри островка подвижност - молекул воды такая же„ как и в объемном ее состоянии. Однако она ограничена раз ° мерами потенциальной ямы.

На частотах до 7 10 ц, когда макродиполи адсорбированной воды успевают следовать за изменением поля, их вклад в диэлектрическую проницаемость породы будет максимальным.

С повышением частоты эти макродиполи сначала запаздывают в следовании за полем, а затем и вовсе не реагируют на его изменение. Следовательно, на частотах от 7 .10 до 5 ° 10.9 Гц (см. чертеж), когда макродиполи адсорбиро,ванной воды уже не реагируют на изменение поля, система ведет себя так, как будто бы между ее фазами отсутствует взаимодействие. Такую систему можно рассматривать как систему смеси, состоящую из компонентов сразличными диэлектрическими проницаемостями, между которыми отсутствует взаимодействие, что повьппает точность определения пористости, При насыщении образца все поровое пространство последнего заполняется влагой. Такой образец представляет собой гетерогенную систему, состоящую из твердой и жидкой Фаз. На чаетотах, когда макродиполи не реагируют на изменение поля, емкость С образца можно записать в следующем виде:

1420473 г K< z

Р1 =А+ A+

1к 2 где (3 1„1)Е, +.(3Vz 1)Ez

4 здесь E — диэлектрическая проницаемость минерального скелета; — диэлектрическая проницае2. мо ст ь жидк ой фазы; ф о р м у л а и.з о б р е т е н и я

Е, отй,е

3 юа

Составитель В,Алексеев

Техред М. Ходанич

Редактор А.Огар

Корректор М,П!ароши

Заказ 4323/48 Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 где E — диэлектрическая проницае1,1 мость образца;

r, t — радиус и высота образца соответственно.

В правой части уравнения (1) не известна только Е,, которую можна

Г определить из следующего уравнения: 7„и

V — объемные доли минерального т скелета и жидкой фазы в объеме образца.

Варьируя V è V можно рассчитать соответствующую емкость образца и построить зависимость ее от долевой влажности для данного литотипа породы. Долевая влажность численно равна пористости. Зти графики можно использовать как эталонировочные. Возможные изменения минерального состава литотипа породы практически мало сказываются на общей диэлектрической прониницаемости минерального скелета и не требуется вводить соответствующие поправки в эталонировочный график. Исключение составляют только породы, 5 содержащие вкрапленные рудные минералы.

Зталонировочные графики можно получить эксгернментальным путем. Для этого измеряют емкость насыщенных об" разцов одного литотипа пород с различной известной пористостью. Для построения графиков желательно иметь

I, образцы с минимальной и максимальной пористостью при наличии 2-3 про15 межуточныхо

Образцы для определения пористости необходимо изготавливать одинаковых размеров, равны ж размерам об20 разцов используемых для построения

9 эталонировочного графика.

Способ определения пористости горных пород, заключающийся в измерении емкости в высушенном состоянии и после насыщения его жидкостью и определении пористости по разности этих величин при сравнении с эталонным образцом, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точ-ности определения, емкость образца измеряют в диапазоне частот электрического поля от 7 ° 10 до 5 10 Гц.