Файл: Щербань, А. Н. Прогноз и регулирование теплового режима при бурении глубоких скважин.pdf

следующим переходом к теплопроводности раствора. Для осущест­ вления такого перехода может служить классическая формула Макс­ велла для разбавленных суспензий

К. Орр и Дж. Далла Валле установили хорошее соответствие опытных данных по теплопроводности жидкостных суспензий с фор­ мулой (8.3).

В. И. Кофаиов также использовал формулу (8.3) для определе­ ния теплопроводности при расчете свойств различных жидкостных

Таким образом, теплофизическпе свойства глинистых растворов, как следует из изложенного выше, ие зависят от структурообразования и подчиняются правилу аддитивности, что позволяет опреде­ лять их расчетным путем, используя зависимости (8.3)—(8.6). Кроме того, теплоемкость глинистых растворов не зависит от природы гли­ нистого минерала, следовательно, она может определяться также по формуле (8.1). Одиако справедливость аддитивного закона для теплопроводности систем глина — вода требует экспериментальной проверки, для чего необходимо иметь в наличии данные о теплопро­ водности твердой фазы — глинистого минерала для широкого тем­ пературного диапазона, что в свою очередь можно получить только экспериментальным путем.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ГЛИНОПОРОШ КОВ

Для приготовления термосолеустойчивых промывочных жидко­ стей при бурении глубоких скважин широко применяются палыгорскитовые глины Черкасского месторождения [45], в связи с чем представляет интерес изучение их теплопроводности, а также про­ верка аддитивного метода определения теплопроводности растворов, приготовленных из этих глии.

159

Исследования проводились на лабораторном стенде отдела ана­ литических исследований переноса тепла и вещества ИТТФ АН УССР. Степд представляет собой вакуумную установку с индиви­ дуальной схемой электрического питания. На жестком каркасе смонтирован рабочий участок стенда с нагревателем и испытуемым

12 мм с толщиной стенки 0,1—1 мм.

В установке применена регулируемая электрическая схема, которая может отдавать большой ток при низком напряжении. В ос­ нову схемы положен трехфазный выпрямитель со стандартными выпрямителями ВСГ-ЗА в каждой фазе. Нагрев регулировался из­ менением напряжения на входе выпрямителя в каждой фазе при помощи лабораторных автотрансформаторов ЛАТР-1. Для устране­ ния переноса фазных нагрузок в каждой фазе контролировались напряжение и ток с помощью амперметров и вольтметров.

Рабочий ток в цепи нагревателя устанавливался по амперметру постоянного тока М-362. Падение напряжения на рабочем участке измерялось через потенциальные отводы при помощи прибора М-106. Потенциальные отводы были изготовлены из вольфрамовой проволоки диаметром 0,2 мм; оии изолировались трубочками из окиси бериллия в горячей воде и за зоной высокой температуры подключались к ли­ нии, выполненной проводом ПТЛ.

Температура рабочей ампулы в процессе опыта фиксировалась

160

с помощью хромель-копелевых термопар, покрытых стекловолок­ ном, корольки которых приваривались внутри ампулы к наруж­ ной и внутренней трубкам в 10 точках с помощью точечно-сва­ рочной машины ТКМ-12. Провода термопар закреплялись в отвер­ стиях крышек ампул, после чего отверстия заделывались термостойким цементом.

Для исследований отбирались пробы глин, свободные по внеш­ ним признакам от посторонних включений (песок, марганец), кото­ рые растирались до порошкообразного состояния и выдерживались в сушильном шкафу при температуре 120—150° С, после чего опре­ делялась их пористость. Количество порошка, достаточное по объему для заполнения рабочей ампулы, подвергалось взвешиванию до и после опыта на аналитических весах с точностью до 0,01 г. Рабочая ампула, подготовленная к прове­

термопар во всех контрольных точках фиксировались периодически после выхода рабочего участка в стационарный тепловой режим.

Теплопроводность исследуемых глин определялась по формуле

Ulln-Sl

где U — напряжение в В; / — сила тока в А; Аt — перепад темпе­

в результате опытов, представляет собой так называемую эффектив­ ную теплопроводность системы глина — воздух, заключенной в ра­ бочей ампуле.

Вычисленные по данным опытов значения теплопроводности в зависимости от температуры и пористости для палыгорскита при­ ведены в табл. И и на рис. 39. Как видно из рис. 39, эффективная

теплопроводность палыгорскита возрастает с повышением темпера­ туры. Прн этом при температурах до 200° С эффективная теплопро­ водность убывает с возрастанием пористости. Это объясняется уве­ личением с ростом пористости объема пустот, в которых теплообмен между частицами глины происходит только за счет лучеиспускания. Результаты опытов совпадают в этом смысле с данными других авто­ ров. При температурах 300—500° С отмечается слабое возрастание эффективной теплопроводности образцов с увеличением пористости,

*Усредненная.

**Полученная экстраполированием.

162