油气井岩芯比热容的测定 摘要在热力采油过程中,由于外来流体的侵入,使得油藏是变化的, 温度的变化对油藏岩石及流体的物性产生影响。岩石和流体的物理性 质以及随温度变化的特性对热采过程中油藏的热量传递及流体渗流非 常重要。因此,本实验对油井岩芯的比热容进行测量与讨论。采用电 热法测量了给定岩芯的比热容其数值为04734KJ(Kg·),从岩石 时间一电流关系曲线可看出其线性拟合系数均大于09971。 0引言 固体比热容的测量一般有两种方法:混合法和电热法。本实验采 用电热法测量,选用JFY8电热当量实验器。由于比热容的测量对实 验器材以及实验过程中的参数精度要求很高,故要求对电热当量实验 器的电阻进行测量,为了精确的测量电阻,选用了UJ33a型直流电位 差计和0.5级电流表搭配、温度的测量选用FD-TX-YBQR型数字温度 传感器、电源选用YJ63(0~50V,0-5A)直流稳压稳流源,由220V 交流电压转化为6V直流,其性能更加稳定。测量过程,由于系统温 度高于环境温度,故要向外界放热。根据牛顿冷却定律口-,对实验结 果进行散热修正。 1实验原理 11比热容测量原理 电热法测固体的比热容 强度为Ⅰ安培的电流在M秒内通过电热丝,电热丝的电阻值为R 则电场力做功为46 W=r2R△t 这些功全部转化为热量,此热量可以用量热器来测量。设m1表示 量热器内圆筒和搅拌器,C1表示其比热容。m2表示量热器内圆筒中水
油气井岩芯比热容的测定 摘要 在热力采油过程中，由于外来流体的侵入，使得油藏是变化的， 温度的变化对油藏岩石及流体的物性产生影响。岩石和流体的物理性 质以及随温度变化的特性对热采过程中油藏的热量传递及流体渗流非 常重要。因此，本实验对油井岩芯的比热容进行测量与讨论。采用电 热法测量了给定岩芯的比热容其数值为 0.4734 KJ/（Kg·oC），从岩石 时间—电流关系曲线可看出其线性拟合系数均大于 0.9971。 0 引言 固体比热容的测量一般有两种方法：混合法和电热法。本实验采 用电热法测量，选用 J-FY8 电热当量实验器。由于比热容的测量对实 验器材以及实验过程中的参数精度要求很高，故要求对电热当量实验 器的电阻进行测量，为了精确的测量电阻，选用了 UJ33a 型直流电位 差计和 0.5 级电流表搭配、温度的测量选用 FD-TX-YBQR 型数字温度 传感器[1]、电源选用 YJ63（0~50V，0~5A）直流稳压稳流源，由 220V 交流电压转化为 6V 直流，其性能更加稳定。测量过程，由于系统温 度高于环境温度，故要向外界放热。根据牛顿冷却定律[2-3]，对实验结 果进行散热修正。 1 实验原理 1.1 比热容测量原理 电热法测固体的比热容 强度为 I 安培的电流在 t 秒内通过电热丝，电热丝的电阻值为 R。 则电场力做功为[4-6] 2 W I R t = ( 1 ) 这些功全部转化为热量，此热量可以用量热器来测量。设 m1 表示 量热器内圆筒和搅拌器， C1 表示其比热容。m2 表示量热器内圆筒中水
的质量,C2表示水的比热容,m2表示带测物体的质量,C3表示带测物 体的比热容,T和r表示量热器内圆筒及圆筒中水的初始温度和终 止温度,那么量热器内圆筒及圆筒中的水等由导体发热所得的热量Q 为 =(mC1+m2C2+m2C3)(7-70) (2) 则有 W=O 综上(1)、(2)、(3)得 2R△t C、T-nC1-m2C2 由式(4)可知,只要确定出待测液体的温度T随加热时间t的变化 规律,求出在温度为石的dT/d值,这样利用待测试样温度随加热时 间的变化曲线可求出它的比热容。图1(a)、图1(b)为比热容测量 的原理即装置图 电极 金属内简 数字温度计 金属外筒 图1(a)比热容测量原理图
2 的质量， C2 表示水的比热容，m3 表示带测物体的质量, C3 表示带测物 体的比热容, T0 和 Tf 表示量热器内圆筒及圆筒中水的初始温度和终 止温度，那么量热器内圆筒及圆筒中的水等由导体发热所得的热量 Q 为 1 1 2 2 3 3 0 ( )( ) Q m C m C m C T T = + + −f （2） 则有 W Q= （3） 综上(1)、(2)、(3)得 2 1 1 2 2 0 3 3 f I R t m C m C T T C m − − − = ( 4 ) 由式(4)可知，只要确定出待测液体的温度 T 随加热时间 t 的变化 规律，求出在温度为 T0 的 dT dt / 值，这样利用待测试样温度随加热时 间的变化曲线可求出它的比热容。图 1（a）、图 1（b）为比热容测量 的原理即装置图 图 1(a) 比热容测量原理图
图1(b)比热容测量实验装置图 12电阻的测量原理 待测电阻Rw 6v电源 电位差计 开关 保护电阻 图2电阻测量原理 如图2所示,电源为6V直流电源,R1为0~10009的电阻箱,电 流表量程为0~30mA,电阻两端接的是UJ3a型直流电位差计,则电 阻为7Rx=U r 图3a)电位差计工作原理图 图3(b)UJ33a型直流电位差计 电位差计工作原理如图3(a)所示。它主要由三部分组成:①调解 工作电流回路,由E, r, ko. RN. Ro组成;②校正回路,由ENK(接N端)
3 图 1(b) 比热容测量实验装置图 1.2 电阻的测量原理 图 2 电阻测量原理 如图 2 所示，电源为 6V 直流电源，R1 为 0~1000Ω的电阻箱，电 流表量程为 0~30mA，电阻两端接的是 UJ33a 型直流电位差计，则电 阻为[7]Rx=U/I. 。 图 3 (a) 电位差计工作原理图 图 3(b) UJ33a 型直流电位差计 电位差计工作原理如图 3(a)所示。它主要由三部分组成：①调解 工作电流回路，由 E,r,k0,RN,R0 组成；②校正回路，由 EN,K(接 N 端)
G,RN组成;③测量回路,由Ex,R,G,K,(接ⅹ端)组成;图中 标准电阻RN是标准电池EN的补偿电阻。可变阻Ro是待测电动势Ex 的补偿电阻。测量时,先调节工作电流(也叫校准电位差计),将“K” 导向“N”端,合上电源开关ko,调节“r”使检流计G指零,这时标 准电池的电动势等于标准电阻RN上的电压降,即 EN=lDR或 Io=EN/RN (5) 其次,保持工作电流不变(即r不能再动了),将“K”导向“X”端 调节R使检流计G指零,此时,未知电动势EX等于R上的降压,即 Ex=IR,此式中的电流I,就是(5)中已经调节好的工作电流I,故 将式(5)代入Ex=0R式中,得 Ey=E/R·R 6) 13 FD-TX-TBQR型数字温度传感器工作原理 AD590 8 图4数字温度传感器电路图 FD-IX-TBQR型数字温度传感器如图4所示,是由多个参数相同 的三极管和电阻组成。当该器件的两引出端加有某一直流工作电压 (一般工作电压可在45~20V范围内)时,该温度传感器的温度每升高 或降低1℃,则传感器的输出电流将增加或减少1μA,其输出电流与温 度满足如下关系 l= Bt+a 式中,1为AD590的输出电流,单位为山A,t为摄氏温度,B
4 G，RN 组成；③测量回路，由 EX，R，G，K，（接 X 端）组成；图中 标准电阻 RN 是标准电池 EN 的补偿电阻。可变阻 R0 是待测电动势 EX 的补偿电阻。测量时，先调节工作电流（也叫校准电位差计），将“K” 导向“N”端，合上电源开关 k0，调节“r”使检流计 G 指零，这时标 准电池的电动势等于标准电阻 RN 上的电压降，即 E I R N N = 0 或 0 / N N I E R = （5） 其次，保持工作电流不变（即 r 不能再动了），将“K”导向“X”端， 调节 R 使检流计 G 指零，此时，未知电动势 EX 等于 R 上的降压，即 EX=IR，此式中的电流 I，就是（5）中已经调节好的工作电流 I0，故 将式（5）代入 EX=I0R 式中，得 / E E R R X N N = （6） 1.3 FD-TX-TBQR 型数字温度传感器工作原理 图 4 数字温度传感器电路图 FD-TX-TBQR 型数字温度传感器如图 4 所示,是由多个参数相同 的三极管和电阻组成.。当该器件的两引出端加有某一直流工作电压 （一般工作电压可在 4.5~20V 范围内）时,该温度传感器的温度每升高 或降低 1℃,则传感器的输出电流将增加或减少 1 A ,其输出电流与温 度满足如下关系 I Bt A = + (7) 式中, I 为 AD590 的输出电流,单位为 A ,t 为摄氏温度, B
为斜率,A为0℃时的电流值,该值恰好与冰点的热力学温度 273K相对应。式中B=1.012AC,A=271.6A 14散热修正 如果实验是在系统(量热器内筒及筒中的水等)的温度与环境的 温度平衡时,对电阻通电83,那么系统加热后的温度就高于室温 实验过程中将同时伴随散热作用,这样,由温度计读出的终止温度的 数值72必定比真正的终止温度的数值T低。(即假设没有散热所应达 到的终温为T)。为了修正这个温度的误差,实验时在相等的时间间隔 内,记下相对应的温度,然后以时间为横坐标,温度为纵坐标作图 如图5所示。图中AB段表示通电以前系统与环境达到热平衡后的稳 定阶段,其稳定温度(即室温)也就是系统的初温70,BC段表示在 通电时间t内,系统温度的变化情况。由于温度的变化存在滞后的现 象,因而断电后系统的温度还将略为上升,如CD段所示,DE段表 示系统的自然冷却过程 T,LT(C) D T2 图5散热修正原理图 根据牛顿冷却定律,当系统的温度T与环境的温度θ相差不大时, 由于散热,系统的冷却速率 K(T-0)=FT-b (8)
5 为斜率, A 为 0℃时的电流值,该值恰好与冰点的热力学温度 273K 相对应。式中 B=1.012 A/oC， A=271.6 A； 1.4 散热修正 如果实验是在系统（量热器内筒及筒中的水等）的温度与环境的 温度平衡时，对电阻通电【8】，那么系统加热后的温度就高于室温 θ。 实验过程中将同时伴随散热作用，这样，由温度计读出的终止温度的 数值 T2 必定比真正的终止温度的数值 Tf 低。（即假设没有散热所应达 到的终温为 Tf）。为了修正这个温度的误差，实验时在相等的时间间隔 内，记下相对应的温度，然后以时间为横坐标，温度为纵坐标作图， 如图 5 所示。图中 AB 段表示通电以前系统与环境达到热平衡后的稳 定阶段，其稳定温度（即室温）也就是系统的初温 T0，BC 段表示在 通电时间 t 内，系统温度的变化情况。由于温度的变化存在滞后的现 象，因而断电后系统的温度还将略为上升，如 CD 段所示， DE 段表 示系统的自然冷却过程。 图 图 5 散热修正原理图 根据牛顿冷却定律，当系统的温度 T 与环境的温度θ相差不大时， 由于散热，系统的冷却速率 K T FT b dt dT = ( − ) = − （8） E － C T (℃) F P T0 A B D ΔT ΔT Tf T2 t t1 t t t (分) 2