Разработка методов и средств измерений теплопроводности стандартных образцов горной породы для петрофизических исследований

Аннотация

Рассмотрена проблема низкой достоверности и точности определения теплопроводности малоразмерных образцов горной породы с использованием существующих средств измерений. Разработана лабораторная установка для измерения теплопроводности стандартных образцов горной породы диаметром не более 30 мм, применяемых для петрофизических исследований. Установка протестирована на подготовленных образцах малых размеров. Проанализированы возможные проблемы проектирования, изготовления и эксплуатации лабораторной установки. Создан программный алгоритм для автоматизированных сбора и обработки качественных данных. Обозначены и исключены ключевые факторы, негативно влияющие на точность и достоверность результатов измерений теплопроводности: неэкранированные термопары; изменение потенциала между горячим и холодным спаями термопары (неравномерное таяние водоледяной смеси в сосуде Дьюара, куда погружён холодный спай); неверно подобранные размеры и форма объекта исследования; неравновесное соотношение подводимой и отводимой тепловой энергии. Разработанная установка испытана на эталонных образцах чистого олова и латуни ЛС59 с известными значениями теплопроводности. Измеренное значение теплопроводности образца горной породы высотой 4,28 мм и диаметром 30 мм получено с погрешностью не более ±5,6 %. Результаты разработки применимы для оценки теплопроводности образцов горной породы малых размеров в диапазоне 0,3–70,0 Вт/(м·К) в температурном интервале 20–60 °С.