Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра разработки нефтяных и газовых месторождений

Реферат на тему:

«1. Электрические и тепловые свойства горных пород.

2. Гранулометрический состав горных пород.»

Выполнил: ст.гр. ГБ-08-02 Л.З.Фадеев

Проверил: доцент А.В. Лысенков

Уфа 2013

Содержание

1. Электрические и тепловые свойства горных пород……………………..2

   1. Тепловые свойства горных пород…………………….…………………..2

1.2 Методы определения тепловых свойств горных пород…………………………………………………………….……………...2

1.3 Телоплопроводность………………………….…………………………...4

1.4 Температуропорводность………………………….……………………...5 Приложение……………………..……………………………………………..7

1.5 Электрические свойства горных пород…………………………………10

2. Гранулометрический состав горных пород……………………………...13

2.1 Фракции частиц при гранулометрическом анализе почв……………...13

2.2 Влияние гранулометрического состава на свойства почв и пород….14

2.3 Методы определения (гранулометрия)………………………………….15

1 Электрические и тепловые свойства горных пород

1.1 Тепловые свойства горных пород

Без точных сведений о распределении температуры в недрах Земли не могут быть решены многие геофизические проблемы. Количественное определение изменения температуры с глубиной основывается на измерении тепловых потоков и данных о тепловых свойствах горных пород. В настоящее время с учетом важности сведений о тепловых параметрах минералов и горных пород при различных термобарических условиях все большее внимание уделяется их изучению при высоких температурах и давлениях. Основными параметрами, характеризующими тепловые свойства вещества, являются коэффициент теплопроводности l, удельная теплоемкость C и коэффициент температупроводности Q, которые определяют по следующим формулам:

l=q/gradT, (1)

C = Q/m(T₂-T₁), (2)

Q=l/Сd, (3)

где q — плотность теплового потока; grad T — температурный градиент; Q — количество теплоты; т — масса тела; T₂-T₁ — изменение температуры тела массой т при подведении к нему количества теплоты Q; d— плотность вещества.

1.2 Методы определения тепловых свойств горных пород Горные породы обладают существенной анизотропией и имеют значительно более сложную структуру, чем большинство материалов. Кроме того, в горных породах почти всегда в различных соотношениям представлены все три агрегатных состояния веществ: твердое, жидкое и газообразное. Эти особенности обуславливают специальные требования, предъявляемые к методам определения тепловых свойств горных пород. Разработанные методы определения тепловых свойств различных материалов делятся на два класса: а) методы стационарного теплового режима; б) методы нестационарного теплового режима. Методы стационарного теплового режима обладают существенными недостатками. Во-первых, их применение требует сложной и громоздкой аппаратуры. Во-вторых, для определений необходимы образцы больших размеров (диаметром не менее 100—150 мм). В-третьих, велика продолжительность каждого единичного определения (несколько часов). Наконец, из одного опыта можно определить только коэффициент теплопроводности. Кроме того, при определении тепловых свойств пород методами стационарного теплового режима невозможно учитывать их влажность, так как при длительном нагреве, необходимом для установления стационарного режима, происходит перераспределение влаги. Методы нестационарного теплового потока можно подразделить на три группы: а) теплового подобия; б) квазистационарного (регулярного) теплового потока; в) нерегулярного теплового потока. Методы теплового подобия основаны на сравнении тепловых свойств исследуемого материала и эталона. При этом для двух геометрически подобных тел — образца и эталона — обеспечиваются одинаковые начальные и граничные условия в среде с постоянной температурой. В процессе нагрева или охлаждения исследуемой системы тел сравнивается изменение во времени температуры в образце и в эталоне. Преимуществом методов этой группы является простора постановки опытов и расчетов, недостатками — трудность выбора и хранения эталона с достаточно стабильными и точно известными тепловыми параметрами и сложность осуществления на практике полного подобия образца и эталона. Идея методов квазистационарного или регулярного теплового потока состоит в том, что на некоторой стадии процесса нагрева или охлаждения тела, когда влияние начального теплового состояния становится несущественным, температура во всех точках образца изменяется во времени по экспоненциальному закону

Основным достоинством методов является независимость расчетных формул от координаты измеряемых точек материала. Однако эти методы не дают возможности определить из одного опыта все три тепловые характеристики исследуемого материала. Проведение опытов связано с трудностями осуществления граничных условий, практически затруднительно определить время наступления регулярного режима, обязателен ввод измерителя температуры внутрь испытываемого образца. Методы нерегулярного теплового потока основаны на описании потока тепла в образце как функции координат и времени в начальный период процесса. Эти методы, как правило, отличаются быстротой проведения опыта. В испытываемом материале не возникает больших температурных градиентов, что позволяет проводить исследования влажных материалов. На сравнительно простых установках возможно получение надежных результатов. Эти методы позволяют также определять тепловые свойства горных пород в широком интервале температур. Из большого числа различных вариантов методов нерегулярного теплового потока наиболее приемлемыми для испытания горных пород являются зондовые методы. Зонды, подводимые к исследуемому образцу породы, могут быть цилиндрическими, плоскими, линейными и сферическими. Зондовые методы не требуют эталона, позволяют одним опытом определить все три тепловые характеристики; длительность опыта при этом составляет всего 2—3 мин. Недостатком этих методов является сложность создания надежного теплового контакта между зондами и образцом породы. Однако проведенные испытания показали, что, несмотря на этот недостаток, зондовые методы нерегулярного теплового потока позволяют получить результаты, хорошо сопоставимые с аналогичными результатами, полученными при использовании других методов определений. В целом влияние различных, иногда взаимно противоположных природных  факторов  на теплопроводность  горных   пород  весьма сложно и недостаточно изучено

1.3 Теплопроводность В минералах механизм теплопроводности преимущественно решеточный (фононный). Фононная теплопроводность l обусловлена колебаниями атомов и ионов. Вклад других механизмов теплопереноса, например радиационного и экситонного, в теплопроводность горных пород меньше и зависит от их температуры. Согласно теоретическим и экспериментальным данным, интенсивность переноса тепла фононами в кристаллах в основном определяется химическим составом и плотностью и в меньшей степени кристаллографическими направлениями и наличием дефектов в кристаллической структуре. Эти же факторы в различной степени оказывают влияние на тепловые характеристики при высоких термодинамических параметрах. В интервале 20—1800⁰C кривые зависимости теплопроводности от температуры для большинства оксидов проходят через минимум. В ряду оксидов BaO, SrO, CaO и MgO, обладающих структурой NaCl, минимум смещается от BaO к MgO в область более высоких температур. Закономерность изменения теплопроводности минералов с повышением температуры до 1500⁰C различна (таблица 1). У одних минералов l монотонно уменьшается (оливин Fo₉₂, Fa₈, форстерит), для других проходит через минимум (оливин Fo₈₆, F₁₄, энстатит). Теплопроводность, температуропроводность, так же как и электрические параметры горных пород, являются функциями многих переменных, к которым прежде всего относятся минеральный состав, структура, содержание рудных минералов, плотность и влажность. Теплопроводность увеличивается с ростом размера зерен минералов, содержанием проводящей компоненты, плотностью и влажностью, но уменьшается с увеличением пористости и аморфной фазы в горных породах. Эти же факторы оказывают влияние на изменение тепловых параметров с увеличением температуры и давления. Большинство экспериментальных данных получено при исследовании зависимости тепловых параметров от температуры при атмосферном давлении. Горные породы обладают меньшей теплопроводностью, чем породообразующие минералы, а завимость l=f(T) для них часто характеризуется минимумом l, который находится в интервале 700—1200⁰C. Теплопроводность горных пород с высоким содержанием аморфной фазы, а также вулканического стекла линейно увеличивается с ростом температуры, в интервале 27—450⁰C это увеличение составляет 18—30%. Различный характер изменения теплопроводности кристаллических пород и вулканического стекла с увеличением температуры объясняется следующим. Теплопроводность в области высоких температур выше температуры Дебая находится в обратной зависимости от T: l=l₀\T где_l0 — значение теплопроводности при 20⁰C. Это является результатом рассеяния фононов на кристаллических зернах за счет агармоничности. Когда структура разупорядочена (вулканическое стекло), процесс передачи тепла подчиняется теории случайных процессов, и в этом случае l=T Для пород, имеющих кристаллоаморфную структуру, в зависимости от соотношения аморфной и кристаллической фаз теплопроводность практически не зависит от температуры или слабо изменяется.