CN111948246B - 一种利用矿物组分计算砂岩热导率的方法 - Google Patents

一种利用矿物组分计算砂岩热导率的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111948246B
CN111948246B CN202010862585.3A CN202010862585A CN111948246B CN 111948246 B CN111948246 B CN 111948246B CN 202010862585 A CN202010862585 A CN 202010862585A CN 111948246 B CN111948246 B CN 111948246B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sandstone
thermal conductivity
sample
value
mineral
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010862585.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111948246A (zh
Inventor
吴财芳
蒋秀明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Mining and Technology CUMT
Original Assignee
China University of Mining and Technology CUMT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Mining and Technology CUMT filed Critical China University of Mining and Technology CUMT
Priority to CN202010862585.3A priority Critical patent/CN111948246B/zh
Publication of CN111948246A publication Critical patent/CN111948246A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111948246B publication Critical patent/CN111948246B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/18—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating thermal conductivity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
    • G01N23/207—Diffractometry using detectors, e.g. using a probe in a central position and one or more displaceable detectors in circumferential positions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
    • G01N9/08—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity by measuring buoyant force of solid materials by weighing both in air and in a liquid
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/05—Investigating materials by wave or particle radiation by diffraction, scatter or reflection
    • G01N2223/056—Investigating materials by wave or particle radiation by diffraction, scatter or reflection diffraction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/10—Different kinds of radiation or particles
    • G01N2223/101—Different kinds of radiation or particles electromagnetic radiation
    • G01N2223/1016—X-ray

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

一种利用矿物组分计算砂岩热导率的方法，利用已有的矿物数据预测计算砂岩的热导率数值，避免了测量钻孔样品的热导率数值，降低了大地热流等研究工作中的研究经费；本方法利用砂岩中矿物的体积含量百分数来计算砂岩的热导率数值，避免了XRD实验测出的重量百分比数据与传统的热导率预测模型的矿物含量不符合的现象；本方法利用样品矿物的密度计算岩石的热导率数据，实验数据比原始的利用矿物的通用密度值计算岩石热导率数据更加精确、符合实际情况。

Description

一种利用矿物组分计算砂岩热导率的方法
技术领域
本发明涉及计算砂岩热导率的技术领域，特别是涉及一种利用矿物组分计算砂岩热导率的方法。
背景技术
在研究煤矿区的地热灾害、开发地区的地热资源的过程中，准确计算砂岩热导率的情况对于后期岩石圈地热、大地热流、岩石传导等的研究具有重要的意义。岩石的热导率决定了岩石圈在热量传导过程中的传递效率和速度，是岩石热力学性质中最重要的参数。但是，由于实验室测量岩石的热导率数值的方法存在一定的局限性，特别是对于钻井岩屑样品的实验室热导率测量，现在实验仪器难以完成岩屑样品的热导率实验室测量。因此，更多的岩石热导率的数据获取需要用其他的方式。
现在获取砂岩热导率的方法主要是利用实验室测量的方法，主要是瞬态平面源、光学扫描法等测试方法和仪器来测试砂岩样品的热导率方法。对于难以获取较为合适的砂岩样品来进行实验室的砂岩热导率的测量时，常用的方法是利用组成砂岩的矿物学数据来预测砂岩的热导率数值，常用额计算模型有几何平均、调和平均、平方根平均、HS平均数等方法来预测砂岩的热导率数值。但是，这些常用的数学方法的计算基础是基于组成砂岩的矿物在砂岩中以规律性排列，并且在实验获取砂岩中的矿物数据时，砂岩中的矿物为原始的空间排布和几何组合关系，但是，由于现代较为常用的实验获取砂岩中的矿物组分数据为地球化学的方法：砂岩的中矿物颗粒的空间布局被完全破坏了，所以，利用这些数学模型来计算砂岩的热导率存在一定的误差。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种利用矿物组分计算砂岩热导率的方法。
一种利用矿物组分计算砂岩热导率的方法，包括如下步骤：
步骤1，将采集到的砂岩样品洗净，去除样品表面的浮土杂质；
步骤2，将干净的砂岩样品放入真空干燥箱内进行真空干燥，干燥温度为50℃，干燥时间需要超过24h，待样品的重量不再发生变化为止；
步骤3，将干燥后的样品取出，进行破碎，破碎，并将其中的矿物颗粒取出，分类；
步骤4，利用阿基米德浮力法测量样品中的各矿物的密度数值ρ；
步骤5，通过室内实验XRD测试获取待测砂岩样品的矿物组分含量数据，即矿物含量的重量百分比；
步骤6，通过计算将矿物组分含量的重量百分比转化为体积百分比；
步骤7，参考岩石热力学方面的热力学参数熵，运用到求解砂岩热导率熵值的数学模型中，定义砂岩的热导率熵这一参数来求解砂岩的热导率值；
步骤8，通过实验实测数据拟合出砂岩的热导率熵值与砂岩的热导率之间的线性关系的参数，计算砂岩的热导率数值。
进一步地，步骤4中，计算样本中密度数值的计算公式为：
式中，ρsample为待测样品的密度，wair为空气的质量，ρ为水的密度，wwater为水的质量。
进一步地，步骤6中，计算公式为：
式中，wi为通过XRD实验获取的重量百分比数值，单位为％；vi为通过计算后的体积百分比数值，单位为％；ρi为矿物的密度数值，单位为g/cm3。
进一步地，步骤7中，利用公式计算砂岩的热导率熵值：
式中，Sλ为砂岩的热导率熵值，单位为W/(m·k)；λi为矿物热导率，单位为W/(m·k)；ni为矿物的体积百分含量，单位为W/(m·k)。
进一步地，步骤8中，利用经验公式计算砂岩的热导率数值：
λR＝0.6738Sλ-0.3832 (4)
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)利用已有的矿物数据预测计算砂岩的热导率数值，避免了测量钻孔样品的热导率数值，降低了大地热流等研究工作中的研究经费。
(2)利用砂岩中矿物的体积含量百分数来计算砂岩的热导率数值，避免了XRD实验测出的重量百分比数据与传统的热导率预测模型的矿物含量不符合的现象。
(3)利用样品矿物的密度计算岩石的热导率数据，实验数据比原始的利用矿物的通用密度值计算岩石热导率数据更加精确、符合实际情况。
附图说明
图1为本发明实施例中所述方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
本发明的主要的计算步骤如下：
步骤1，将采集到的砂岩样品洗净，去除样品表面的浮土等物质，以免影响后期的砂岩矿物的XRD实验室测量。
步骤2，将干净的砂岩样品放入真空干燥箱内进行真空干燥，干燥温度为50℃。干燥时间需要超过24h，待样品的重量不再发生变化为止。
步骤3，将干燥后的样品取出，进行破碎，破碎，并将其中的矿物颗粒取出，分类。
步骤4，利用阿基米德浮力法测量样品中的各矿物的密度数值ρ：
式中，ρsample为待测样品的密度，wair为空气的质量，ρ为水的密度，wwater为水的质量。
步骤5，通过室内实验XRD测试获取待测砂岩样品的矿物组分含量数据。
步骤6，由于通过XRD获取的砂岩矿物组分数据为矿物含量的重量百分比，所以通过下式将矿物组分含量的重量百分比转化为体积百分比：
式中，wi为通过XRD实验获取的重量百分比数值，％；vi为通过计算后的体积百分比数值，％；ρi为矿物的密度数值，g/cm3。
步骤7，考虑到利用XRD实验方法测试出砂岩样品的矿物组分含量为样品完全破碎后的均一化矿物百分比数据，利用传统的热导率预测模型计算存在一定的模型误差。因此，特地参考了岩石热力学方面的另一个重要的热力学参数：熵。将这一理论运用到求解砂岩热导率熵值的数学模型中，定义了砂岩的热导率熵这一参数用来求解砂岩的热导率值。利用公式计算砂岩的热导率熵值：
式中，Sλ为砂岩的热导率熵值，W/(m·k)；λi为矿物热导率，W/(m·k)；ni为矿物的体积百分含量，W/(m·k)。
步骤8，通过大量的实验实测数据拟合出砂岩的热导率熵值与砂岩的热导率之间的线性关系的参数(各地区的线性关系的系数值可能存在一定的差异)，利用经验公式计算砂岩的热导率数值：
λR＝0.6738Sλ-0.3832 (4)
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (1)

1.一种利用矿物组分计算砂岩热导率的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
步骤1，将采集到的砂岩样品洗净，去除样品表面的浮土杂质；
步骤2，将干净的砂岩样品放入真空干燥箱内进行真空干燥，干燥温度为50℃，干燥时间需要超过24h，待样品的重量不再发生变化为止；
步骤3，将干燥后的样品取出，进行破碎，并将其中的矿物颗粒取出，分类；
步骤4，利用阿基米德浮力法测量样品中的各矿物的密度数值ρsample；
步骤4中，计算样本中所述密度数值的计算公式为：
式中，ρwater为水的密度；wair为待测样品在空气中的质量，wwater为待测样品在水中的质量；
步骤5，通过室内实验XRD测试获取待测砂岩样品的矿物组分含量数据，即矿物含量的重量百分比；
步骤6，通过计算将矿物组分含量的重量百分比转化为体积百分比；
步骤6中，计算公式为：
式中，wi为通过XRD实验获取的重量百分比数值，单位为％；vi为通过计算后的体积百分比数值，单位为％；ρi为第i种矿物的密度数值，单位为g/cm3；
步骤7，参考岩石热力学方面的热力学参数熵，运用到求解砂岩热导率熵值的数学模型中，定义砂岩的热导率熵这一参数来求解砂岩的热导率值；
步骤7中，利用公式计算砂岩的热导率熵值：
式中，Sλ为砂岩的热导率熵值，单位为W/(m·k)；λi为矿物热导率，单位为W/(m·k)；ni为矿物的体积百分含量，单位为％；
步骤8，通过实验实测数据拟合出砂岩的热导率熵值与砂岩的热导率之间的线性关系的参数，计算砂岩的热导率数值；
步骤8中，利用经验公式计算砂岩的热导率数值：
λR＝0.6738Sλ-0.3832(4)。
CN202010862585.3A 2020-08-25 2020-08-25 一种利用矿物组分计算砂岩热导率的方法 Active CN111948246B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010862585.3A CN111948246B (zh) 2020-08-25 2020-08-25 一种利用矿物组分计算砂岩热导率的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010862585.3A CN111948246B (zh) 2020-08-25 2020-08-25 一种利用矿物组分计算砂岩热导率的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111948246A CN111948246A (zh) 2020-11-17
CN111948246B true CN111948246B (zh) 2023-09-29

Family

ID=73366288

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010862585.3A Active CN111948246B (zh) 2020-08-25 2020-08-25 一种利用矿物组分计算砂岩热导率的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111948246B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114295674B (zh) * 2022-01-07 2022-07-01 东北石油大学 一种确定沉积盆地中原位热导率的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105487135A (zh) * 2015-11-24 2016-04-13 中国石油化工股份有限公司 沉积盆地型地热资源类型划分方法
CN107402227A (zh) * 2017-07-14 2017-11-28 天津城建大学 土体矿物导热系数的计算方法
WO2017204689A1 (ru) * 2016-05-27 2017-11-30 Шлюмберже Текнолоджи Корпорейшн Способ определения механических свойств породы пласта-коллектора
CN111257196A (zh) * 2020-02-24 2020-06-09 西南石油大学 一种基于地层因素的岩石热物理参数的预测方法
CN111274541A (zh) * 2019-09-27 2020-06-12 中石化石油工程技术服务有限公司 一种岩心导热系数的确定方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105487135A (zh) * 2015-11-24 2016-04-13 中国石油化工股份有限公司 沉积盆地型地热资源类型划分方法
WO2017204689A1 (ru) * 2016-05-27 2017-11-30 Шлюмберже Текнолоджи Корпорейшн Способ определения механических свойств породы пласта-коллектора
CN107402227A (zh) * 2017-07-14 2017-11-28 天津城建大学 土体矿物导热系数的计算方法
CN111274541A (zh) * 2019-09-27 2020-06-12 中石化石油工程技术服务有限公司 一种岩心导热系数的确定方法
CN111257196A (zh) * 2020-02-24 2020-06-09 西南石油大学 一种基于地层因素的岩石热物理参数的预测方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王良书 等.利用地球物理测井资料计算油气盆地中沉积岩原地热导率.石油地球物理勘探.1999,(第05期),526-531. *
苗社强 等.高温高压下矿物岩石热导率的实验研究进展.地球物理学进展.2013,(第05期),2453-2466. *
蒋海燕 等.基于BP神经网络的测井资料预测岩石热导率.测井技术.2012,(第03期),304-307. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111948246A (zh) 2020-11-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106872529B (zh) 通过测量电阻率确定冻土未冻水含量的方法
CN111948246B (zh) 一种利用矿物组分计算砂岩热导率的方法
CN104460788B (zh) 恒温恒湿变形测定仪
Ishizuka et al. Power law relation between size-resolved vertical dust flux and friction velocity measured in a fallow wheat field
Qiang et al. Parameters of land-surface processes for Gobi in north-west China
CN113075250B (zh) 常温导热系数预测模型
CN107576619A (zh) 检测混凝土腐蚀产物的高光谱测试与分析方法
CN106285652B (zh) 确定页岩游离气体饱和度的方法
Tang et al. Analyzing and estimating thermal conductivity of sedimentary rocks from mineral composition and pore property
Pia et al. Thermal properties of porous stones in cultural heritage: Experimental findings and predictions using an intermingled fractal units model
Kim et al. Thermal and electrical response of unsaturated hydrophilic and hydrophobic granular materials
CN206132756U (zh) 一种土壤脱湿及冻结特征综合测试装置
CN109583113B (zh) 一种岩石地层压实系数和有效孔隙体积压缩系数计算方法
CN105116129B (zh) 一种定量确定膏岩-碳酸盐岩的脆韧性临界条件的方法
CN203759005U (zh) 一种沥青路面延深度方向老化程度的试验装置
CN109507398A (zh) 一种表面裂缝对混凝土内部温度场影响范围预测方法
CN108445042A (zh) 一种测量建筑外表面对流换热系数的方法
Casnedi et al. Water absorption properties of cement pastes: experimental and modelling inspections
CN110529106B (zh) 一种利用测井资料确定煤层显微组分含量的方法
CN111610131A (zh) 一种土壤孔隙度无损测定装置及其方法
Sreedeep et al. Nonlinear curve-fitting procedures for developing soil-water characteristic curves
CN111948247B (zh) 一种利用矿物含量分计算泥岩热导率的方法
CN114943186A (zh) 基于全岩化学数据的花岗岩热导率极限提升梯度预测方法
CN112444534B (zh) 一种快速测算石质文物过火温度的方法
Feng et al. Experimental and numerical analysis of soil cracking characteristics under evaporation

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant