Электрофизические свойства горных пород - Курсовая работа

В последнее время в научном мире все большее значение имеют многочисленные теоретические и экспериментальные исследования зависимости физических свойств горных пород и пористых материалов от структуры их порового пространства. Структурное моделирование дисперсных систем широко используется в самых различных областях знания: начиная от углубленного изучения свойств горных пород и кончая теорией и технологией процессов химической адсорбции. Добыча полезных ископаемых, возведение инженерных сооружений, земледелие, ирригация - вот далеко не полный перечень технологических процессов, где поровая структура коренных горных пород и их поверхностных слоев во многом определяет те приемы и методы, с помощью которых добиваются успехов в развитии технического прогресса. Основной практической задачей изучения массива горных пород является определение существующих в нем различных физических полей: электрического, напряжений и деформаций, давлений и скоростей фильтрации, насыщенности, скоростей диффузии и переноса тепла. Практически все физические свойства пористой горной породы должны определяться весьма ограниченным числом факторов, к которым относятся: особенности взаимодействия фаз в системе горная порода-насыщающие ее жидкости, структура порового пространства горной породы и, наконец, свойства ее минерального скелета.Таким образом, пористость-это свойство породы содержать не заполненные твердой фазой объемы внутри нее. Связанные между собой поры принято называть открытыми, а не связанные - закрытыми. Суммарный объем закрытых Vз и открытых Vot пор горной породы дает объем всех пор или характеризует ее общую пористость V Коэффициентом общей пористости называют отношение суммарного объема пор V1 к общему объему сухой породы V2 По аналогии вводятся понятия коэффициентов открытой кот, закрытой кз и эффективных статической k1 и динамической k2 пористости: , , , (1.3) где Vot, Vз , Vсв, Vф - соответственно объемы открытых, закрытых пор, а также пор, в которых могут находиться свободные вода, жидкость, газ, и пор, по которым вода, нефть и газ фильтруются при заданном градиенте давления.Поляризация в электрическом поле сводится к разделению в породах носителей зарядов разного знака и появлению в любом объеме пород электрического дипольного момента. Поле вызывает в породах ряд процессов, способствующих их определенной поляризации, которая для ионно-проводящих пород {песков, песчаников, известняков и др.) в постоянном поле объясняется процессами: упругого смещения (электронов, атомов, ионов), ориентации (диполъных, сильносвязанных молекул), релаксации (ориентационной дипольной и ионной тепловой), миграции (объемной поляризации), концентрационного перераспределения, электроосмоса. Остальные виды процессов поляризации развиваются и спадают гораздо медленнее (медленные виды поляризации). Поляризация под действием поля возникает в результате относительного смещения в молекулах заряженных атомов различного сорта. Поляризация растет у минералов, ионы которых имеют большое значение отношенияДиэлектрическими потерями принято называть ту часть электрической энергии, которая переходит в тепло в диэлектрике. При постоянном токе диэлектрик характеризуется величиной удельного сопротивления. Процессы, происходящие в диэлектриках под воздействием внешнего электрического поля, описываются комплексной диэлектрической проницаемостью Активная составляющая комплексной диэлектрической проницаемости соответствует относительной диэлектрической проницаемости, а реактивная составляющая характеризует поглощение энергии внешнего электрического поля в веществе и называется коэффициентом диэлектрических потерь. Потери при переменном токе больше потерь при постоянном токе, так как потери при постоянном токе определяются лишь энергией, необходимой для передвижения заряда в диэлектрике.Для математического описания явлений в цепи переменного тока, содержащей конденсатор с диэлектрическими потерями, можно пользоваться схемой замещения, которая по своему действию аналогична заменяемому конденсатору /8/ Если слои диэлектрика соединены параллельно, то есть плоскость раздела параллельна электрическому полю, то целесообразно пользоваться параллельной эквивалентной схемой для каждого из слоев. Построим векторную диаграмму токов и напряжений в случае параллельной схемы. Общий ток складывается из токов, проходящих через R и С. Напряжение на активном сопротивлении и ток, проходящий через него, находятся в одной фазе (Рис.8).Ток состоит из двух составляющих, сквозной ток и абсорбционный ток . Абсорбционный ток изменяется по закону: (2.8), где - постоянная времени спадания тока абсорбции. Основными причинами появления абсорбционного тока является: медленная ориентация дипольных молекул в полярных диэлектриках, образование объемных зарядов за счет перемещения в поле слабо связанных зарядов, миграционная и межслоевая миграция в неоднородных диэлектриках и диэлектриках, содержащих проводящие включения. В неоднородном диэлектрике перераспределения зарядов не будет, когда произ

Содержание

Введение

Глава 1. Состав горных пород. Пористость горных пород

1.1 Виды и классификации пор горных пород

Глава 2. Теоретическое исследование элекрофизических свойств образцов кернов Ковыктинского месторождения

2.1 Виды поляризации и ее характеристики

2.2 Диэлектрическая проницаемость пород-коллекторов

2.3 Эквивалентные схемы для вычисления и слоистого диэлектрика

2.4 Абсорбционная емкость диэлектриков

2.5 Определение постоянной релаксации

Глава 3. Методика экспериментального исследования

3.1 Изучение диэлектрических характеристик образцов кернов ковыктинского месторождения в зависимости от частоты

3.2 Изучение диэлектрических характеристик образцов кернов ковыктинского месторождения в зависимости от температуры

Выводы

Список использованных источников

Приложения №№1-4

В последнее время в научном мире все большее значение имеют многочисленные теоретические и экспериментальные исследования зависимости физических свойств горных пород и пористых материалов от структуры их порового пространства. Структурное моделирование дисперсных систем широко используется в самых различных областях знания: начиная от углубленного изучения свойств горных пород и кончая теорией и технологией процессов химической адсорбции.

Горные породы представляют собой, по-видимому, наиболее распространенный класс пористых тел, изучение которых имеет решающее значение для многих областей человеческой деятельности. Добыча полезных ископаемых, возведение инженерных сооружений, земледелие, ирригация - вот далеко не полный перечень технологических процессов, где поровая структура коренных горных пород и их поверхностных слоев во многом определяет те приемы и методы, с помощью которых добиваются успехов в развитии технического прогресса.

Основной практической задачей изучения массива горных пород является определение существующих в нем различных физических полей: электрического, напряжений и деформаций, давлений и скоростей фильтрации, насыщенности, скоростей диффузии и переноса тепла. Подобные задачи решаются с помощью известных методов математической физики, возможность использования которых в современную эпоху широкого развития электронно-вычислительной техники обусловливается лишь знанием соответствующих граничных условий и физических свойств исследуемого массива. Изучение многих из этих свойств предусматривает проведение сложных лабораторных или натурных исследований, поэтому представляет значительный интерес разработка новых методов определения физических свойств, основанных на существовании между ними вполне определенных количественных связей. Практически все физические свойства пористой горной породы должны определяться весьма ограниченным числом факторов, к которым относятся: особенности взаимодействия фаз в системе горная порода-насыщающие ее жидкости, структура порового пространства горной породы и, наконец, свойства ее минерального скелета. Если под элементами структуры порового пространства понимать пористость, удельную поверхность и геометрию пор, то основным фактором, определяющим практически все физические свойства породы, является структура порового пространства.

Сложность структуры порового пространства реальных горных пород обусловливает значительные трудности в создании универсальных моделей, которые позволили бы связать друг с другом все физические свойства породы. Однако исследования в этом направлении, продолжающиеся до последнего времени, заставляют смотреть в будущее с известной долей оптимизма.

Среди многочисленных свойств дисперсных минералов важное место занимает электроповерхностные свойства, исследование которых широко развернулось во всем мире за последние пятнадцать лет. Исследование состояния вещества на поверхности твердого тела отражает ряд явлений, к которым относятся электрофорез, элесктроосмос, потенциал протекания, мембранное равновесие, суспензионный эффект, электрометрия дисперсных систем и т.д. Практическое применение этих процессов возможно на основе четких представлений о свойствах вещества вблизи поверхности твердого тела.

Многочисленные эксперименты убедительно доказали, что электроповерхностные свойства минералов во многом обусловлены их кристаллическим строением, ионообменной способностью, гидрофильностью, дисперсностью.