DD214444C2 - METHOD FOR MEASURING THE PORENE VOLUME AND ITS CHANGE - Google Patents

METHOD FOR MEASURING THE PORENE VOLUME AND ITS CHANGE Download PDF

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DD214444C2 DD24921883A DD24921883A DD214444C2 DD 214444 C2 DD214444 C2 DD 214444C2 DD 24921883 A DD24921883 A DD 24921883A DD 24921883 A DD24921883 A DD 24921883A DD 214444 C2 DD214444 C2 DD 214444C2
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Roland Braun
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Freiberg Bergakademie
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Porenvolumens und seiner Änderung und dient der labortechnischen Untersuchung poröser und permeabler Proben. Ziel der Erfindung ist es, die Aussagefähigkeit und Anwendbarkeit derartiger Messungen zu erhöhen. Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Meßverfahren zu entwickeln, das die Messung des Porenvolumens und seiner Änderung unter beliebiger innerer (Porendruck) und äußerer Belastung in beliebigen Apparaturen gewährleistet. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in den Porenraum eines Probekörpers ein Gas eingespeist wird, nach Abtrennung der Gasversorgung mit dem Kolben einer Stellpumpe einer Druck- und Volumenänderung vorgenommen und nach dem Gesetz der realen Gase das Porenvolumen ermittelt wird und bei auftretenden Druckänderungen mit dem Kolben der Steilpumpe die Druckänderung ausgeglichen und damit die Porenvolumenänderung ermittelt wird. Fig. 1The invention relates to a method for measuring the pore volume and its change and is used for the laboratory analysis of porous and permeable samples. The aim of the invention is to increase the informational value and applicability of such measurements. The object of the invention is to develop a measuring method which ensures the measurement of the pore volume and its change under any internal (pore pressure) and external load in any apparatus. According to the invention the object is achieved in that in the pore space of a specimen, a gas is fed, made after separation of the gas supply to the piston of a control pump a pressure and volume change and the law of real gases, the pore volume is determined and occurring pressure changes with the Piston of the steep pump compensated for the pressure change and thus the pore volume change is determined. Fig. 1

Description

In das gesamte System wird aus dem Gasbereitstellungssystem 3 ein bestimmtes Volumen Gas VGas eingespeist, bis sich im gesamten System, einschließlich des Porenraumes des Probekörpers 1, ein definierter Druck pE einstellt, der am Manometer 6 abgelesen werden kann. Anschließend wird das Gasbereitstellungssystem 3 durch Schließen des Ventils 5 vom gesamten System getrennt. Durch Bewegung des Ko>'bens 7 der Stellpumpe 4 wird eine Volumenänderung AVSy im gesamten System hervorgerufen, die eine Druckänderung APe hervorruft und am Manometer 6 abgelesen werden kann. Danach kann unter Benutzung des Gesetzes realer Gase das Gesamtvolumen des Systems VSyG bestimmt werden, wobei nachfolgend zur Vereinfachung eine isotherme Zustandsänderung idealer Gase angenommen wird. Demzufolge ergibt sich für das Gesamtvolumen des Systems:In the entire system, a specific volume of gas V gas is fed from the gas supply system 3 until a defined pressure p E is established in the entire system, including the pore space of the test specimen 1, which can be read on the manometer 6. Subsequently wi rd the gas delivery system 3 by closing the valve 5 is separated from the whole system. By moving the Ko>'bens 7 of the adjusting pump 4, a volume change AV Sy is caused throughout the system, which causes a pressure change APe and can be read on the pressure gauge 6. Then, using the law of real gases, the total volume of the system V SyG can be determined, followed by an isothermal state change of ideal gases for simplicity. Consequently, the total volume of the system is as follows:

= -AV^(Pe = -AV ^ (Pe

ΔρΔρ

Vom Gesamtvolumen des Systems VSyG is* nunmehr noch das Volumen VSy der Leitungen 2, Ventil 5, des Manometers 6 und der Stellpumpe 4, das zweckmäßigerweise naPh den obengenannten Verfahrensschritten jedoch ohne Probekörper 1 ermittelt wird, zu subtrahieren, und man erhält damit da? Porenvolumen des Probekörpers 1.From the total volume of the system V Sy G is * now still the volume V Sy of the lines 2, valve 5, the pressure gauge 6 and the adjusting pump 4, which expediently naP h the above method steps but without specimen 1 is determined to subtract, and you get with it? Pore volume of the test specimen 1.

Vp = VSyG - VSy (2)Vp = V SyG - V Sy (2)

Durch innere (Porendruck) und äußere Belastungen können im Probekörper 1 Porenvolumenänderungen VP auftreten, die eine Porendruckänderung pP, die vom Manometer 6 angezeigt wird, zur Folge haben. Die Porenvolumenänderung VP kann nunmehr nach dem Gesetz realer Gase, wobei nachfolgend eine isotherme Zustandsänderung idealer Gase angenommen wird, ermittelt werden. Demzufolge ergibt sich für die Porenvolumenänderung:By internal (pore pressure) and external loads 1 pore volume changes V P can occur in the sample, which have a pore pressure change P P , which is displayed by the pressure gauge 6 result. The pore volume change V P can now be determined according to the law of real gases, wherein subsequently an isothermal change in state of ideal gases is assumed. Consequently, for the pore volume change:

V =V =

<vsyG +< v syG +

pE + ApE + Appp E + Ap E + app

Eine andere Variante zur Ermittlung der Porenvolumenänderung ist die, daß die Porendruckänderung ApP durch Verstellen des Kolbens 7 der Stellpumpe 4 kompensiert v/ird. Bei einer entsprechend kalibrierten Stellpumpe 4 ist es danach möglich, direkt aus der durch die Verstellung des Kolbens 7 hervorgerufenen Volumenänderung AVSyG die Porenvolumenänderung VP abzulesen. Durch Verstellen des Kolbens 7 der Stellp^mpe 4 kann auch eine Druckänderung ApP und eine Volumenänderung AVSyG hervorgerufen werden und die Voiumenänderung im Probekörper 1 AVP nach (3) bestimmt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß auch sehr geringporöse und geringpermeable Proben, die mit beliebigen Drücken beaufschlagt und in beliebigen Apparaturen eingebauter^, mit hoher Meßgenauigkeit hinsichtlich des Pore η Volumens und sei η er Änderung untersucht werden können.Another variant for determining the pore volume change is that the pore pressure change Ap P compensated by adjusting the piston 7 of the control pump 4 v / ird. With a suitably calibrated adjusting pump 4, it is then possible to read the pore volume change V P directly from the change in volume AV Sy G caused by the adjustment of the piston 7. By adjusting the piston 7 of Stellp ^ mpe 4, a pressure change Ap P and a volume change AV SyG can be caused and the Voiumenänderung in the specimen 1 AV P are determined according to (3). The method according to the invention has the advantage that even very low-porosity and low-permeability samples, which are subjected to arbitrary pressures and incorporated in arbitrary apparatuses, can be examined with high accuracy of measurement in terms of the pore volume and if the change is made.

Claims (1)

Verfahren zur Messung des Porenvolumens und seinerÄnderung mit Gasen, gekennzeichnet dadurch, daß zur Bestimmung des Porenvolumens in den Porenraum eines Probekörpers ein Gas bis zur Einstellung eines definierten Porendruckes eingespeist wird, nach Abtrennung der Gasversorgung mit einer Stellpumpe eine beliebige Volumen- und Druckänderung, die gemessen werden, vorgenommen und nach dem bekannten Gesetz realer Gase das Gesamtvolumen ermittelt und von diesem das Meßsystemvolumen subtrahiert wird und zur Bestimmung der Porenvolumenänderung ein Ausgleich der Druckänderung mit dem Kolben der Stellpumpe vorgenommen und die Porenvolumenänderung an der Stellpumpe direkt abgelesen wird.Method for measuring the pore volume and its change with gases, characterized in that for determining the pore volume in the pore space of a specimen, a gas is fed to set a defined pore pressure, after separation of the gas supply with an adjusting pump any volume and pressure change, the measured be made and determined according to the known law of real gases, the total volume and from this the Meßsystemsvolumen is subtracted and made to determine the pore volume change balancing the pressure change with the piston of the control pump and the pore volume change is read directly to the control pump. Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Porenvolumens und seiner Änderung und dient der labortechnischen Untersuchung poröser und permeabler Proben, wie г. B. Lagerstättengesteinen oder keramischen Materialien.The invention relates to a method for measuring the pore volume and its change and is used for the laboratory analysis of porous and permeable samples, such as г. B. reservoir rocks or ceramic materials. Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions Aus dem Maschinenbau ist ein Verfahren zur Bestimmung von Spaltvolumina (DD-PS 156291) bekannt. Durch Evakuierung einer Probe wird eine Druckdifferenz zwischen der Probe und einem Fliissigkeitsspeicher aufgebaut und derart ausgeglichen, daß die evakuierte Probe aus einem Meßzylinder.Luft nachsaugt, während gleichzeitig Meßflüssigkeit aus dem Flüssigkeitsspeicher in den Meßzylinder einfließt, bis die Druckdifferenz ausgeglichen ist. Das in den Meßzylinder zugeflossene Volumen der Meßflüssigkeit entspricht dem zu messenden Spaltvolumina. Dieses mit Gasen arbeitende Verfahren besitzt die Nachteile, daß es nicht die Messung der Porenvolumenänderung zuläßt und nur unter atmosphärischen Bedingungen anwendbar ist.From the mechanical engineering a method for the determination of gap volumes (DD-PS 156291) is known. By evacuating a sample, a pressure difference between the sample and a Fliissigkeitsspeicher is constructed and balanced so that the evacuated sample sucks from a Meßzylinder.Luft while measuring liquid flows from the liquid storage in the measuring cylinder until the pressure difference is balanced. The volume of the measuring liquid which has flowed into the measuring cylinder corresponds to the gap volumes to be measured. This gaseous process has the disadvantages that it does not allow the measurement of pore volume change and is only applicable under atmospheric conditions. Ziel der ErfindungObject of the invention Das Ziel der Erfindung ist es, die Aussagefähigkeit und Anwendbarkeit derartiger Messungen an porösen und permeablen Proben zu erhöhen.The aim of the invention is to increase the informativeness and applicability of such measurements on porous and permeable samples. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Messung des Poren volumens und seinerÄnderung zu entwickeln, das die Messung des Porenvolumens und seiner Änderung an porösen und permeablen Proben unter beliebiger innerer und äußerer Belastung gewährleistet und in beliebigen Anlagen einsetzbar ist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in den Porenraum einer Probe, die mit einem mit einer Stellpumpe verbundenen Meßsystem gekoppelt ist, solange ein Gas eingespeist wird, bis sich ein definierter Porendruck einstellt. Danach wird das Meßsystem von der Gasversorgung getrennt, und durch Verstellen des Kolbens der Stellpumpe wird eine Veränderung des Meßsystemvolumens vorgenommen und dadurch eine Änderung des Porendruckes bewirkt, die angezeigt werden. Aus dem ursprünglich eingestellten definierten Porendruck und der durch Verstellen des Kolbens der Stellpumpe bewirkten Meßsystemvolumen- und Porendruckänderung kann unter Berücksichtigung des Realgasfaktors und der jeweiligen Temperaturdas Gesamtvolumen nach dem Gesetz realer Gase ermittelt werden. Aus der Differenz des ermittelten Gesamtvolumens und dem durch das Meßsystem determinierten Volumen, das zweckmäßig erweise durch Versuche ohne Probe bestimmt wird, ergibt sich das Porenvolumen der Probe. Eine durch Belastungsänderung hervorgerufene Porenraumänderung bewirkt einen Druckanstieg bzw. -abfall im Meßsystem, aus dem die Porenvolumenänderung nach dem Gesetz realer Gase ermittelt werden kann. Weiterhin ist es möglich, durch Verstellung des Kolbens der Stellpumpe einen Druckausgleich bis zum eingestellten Porendruck vorzunehmen. Die Kolbenverstellung zeigt bei einer entsprechend kalibrierten Stellpumpe direkt die Porenvolumenänderung an. Des weiteren ist es möglich, den Porendruck durch Verstellung des Kolbens der Stell pum pe beliebig zu verändern und unter Benutzung der dabei auftretenden Meßsystemvolumen- und Porendruckdifferenzen nach dem Gesetz der realen Gase die entsprechende Porenvolumenänderung zu ermitteln.The invention has the technical object of developing a method for measuring the pore volume and its change, which ensures the measurement of the pore volume and its change in porous and permeable samples under any internal and external load and can be used in any system. According to the invention the object is achieved in that in the pore space of a sample which is coupled to a measuring pump connected to a measuring system, as long as a gas is fed until a defined pore pressure is established. Thereafter, the measuring system is disconnected from the gas supply, and by adjusting the piston of the adjusting pump, a change of the Meßsystemvolumens is made, thereby causing a change in the pore pressure, which are displayed. From the originally set defined pore pressure and caused by adjusting the piston of the control pump Meßsystemvolumen- and pore pressure change can be determined taking into account the real gas factor and the respective temperature, the total volume according to the law of real gases. From the difference between the determined total volume and the volume determined by the measuring system, which is expediently determined by experiments without a sample, the pore volume of the sample results. A pore space change caused by a change in load causes a pressure increase or decrease in the measuring system, from which the pore volume change can be determined according to the law of real gases. Furthermore, it is possible by adjusting the piston of the adjusting pump to make a pressure equalization up to the set pore pressure. The piston adjustment directly indicates the pore volume change for a suitably calibrated control pump. Furthermore, it is possible to change the pore pressure by adjusting the piston of the actuating pum pe as desired and to determine the corresponding pore volume change using the Meßsystemvolumen- and pore pressure differences occurring according to the law of real gases. Ausführungsbeispielembodiment Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In Figur 1 ist eine Apparatur zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. FIG. 1 shows an apparatus for carrying out the method according to the invention. Der Probekörper 1 ist über ein Leitungssystem 2 mit einem Gasbereitstellungssystem 3 und einer Stell pum pe 4 verbunden. Am Leitungssystem 2 sind weiterhin ein Manometer 6 und ein Ventil 5 vorgesehen.The specimen 1 is connected via a line system 2 with a gas supply system 3 and a Stell pum pe 4. On line system 2, a pressure gauge 6 and a valve 5 are further provided.
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