2024地热储层岩石对流换热试验测试方法

地热储层岩石对流换热试验测试方法ExperimentalmethodforconvectionheattransferofgeothermalreservoirNB/T11691-2024目次前言................................................................................IIIHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINK\l"br15"常见岩石对流换热系数HYPERLINK\l"br15"................................................HYPERLINK\l"br15"HYPERLINK\l"br15"12I参考文献.............................................................................13II地热储层岩石对流换热试验测试方法1范围结果处理方法与报告编写要求。本文件适用于天然裂缝地热储层以及人造裂缝地热储层岩石对流换热试验。2规范性引用文件文件。GB/T11615地热资源地质勘查规范GB/T15406GB/T50266NB/T10097NB/T10263SY/T5336SY/T6107岩土工程仪器基本参数及通用技术条件工程岩体试验方法标准地热能术语地热储层评价方法岩心分析方法油藏热物性参数的测定方法3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。导热系数thermalconductivity以热传导方式发生传热时，热传导遵守傅里叶定律，导热系数是介质某方向热流密度与该方向温度梯度之间的比例系数，表示该方向单位温度梯度引起的热流密度。渗透率permeability是指在一定温度和和压差条件下，传导流体能力的参数。对流换热convectivetransfer是指流体流经固体表面时发生在二者之间的热传递或热交换，是传热方式之一。对流换热系数convectiveheattransfercoefficient速率的一种经验度量。裂缝fracture岩石中含的天然或人工的裂缝。裂缝粗糙度fractureroughness是指裂缝结构面侧壁的起伏程度。4总则目的1系数等参数，用于地热储层开发潜力评价、取热技术方案设计等。基本原理5岩石导热系数试验试验条件热导线为轴心的长圆柱体瞬态温度场，利用所测长圆柱体某界面径向布置测点的温度随加热时间的变化，反算试样的导热系数。试样制备5.2.1标准试样为圆柱体，可用钻孔岩心或岩块制备，试样在采取、运输和制备过程中应避免产生扰动和损伤。555555.2.2圆柱体试样直径宜为48～54mm，且应大于岩石最大颗粒粒径的10倍。.2.3试样高度与直径之比宜为2.0～2.5。.2.4试样两端面的不平整度允许偏差为±0.05mm。.2.5试样高度、直径或边长的允许偏差为0.3mm。.2.6试样端面应垂直于试样轴线，允许偏差为0.25。.2.7试样应统一进行编号，相同试验条件下每组试样的数量应不少于3个。试样描述试样描述内容应符合附录的相关规定。主要仪器设备555.4.1钻石机、切石机、磨石机等，制样精度应满足5.2试样制备要求。.4.2养护箱工作温度应大于℃，真空泵真空压力应小于100kPa。.4.3导热系数仪，分辨率应小于0.01W/(m·K)。试验操作步骤5.5.1岩石导热系数试验原理见图1。图1岩石导热系数试验示意图.5.2将试样放入真空泵内饱和24h。55.5.3将导热系数仪的传感器表面用酒精擦拭，把试样放置于传感器上部中心位置。25.5.4保持热平衡状态，当温度波动度小于0.1K/10min时（常温测量至少静置3min，如果样品本身温度与室温差异较大，则至少需要静置10min30min），结束热平衡监测。5.5.5为避免层理、裂缝的方向性对导热系数测试的误差，增加多角度测试导热系数，求取平均值。试验结果处理方法试样中温度演化过程可采用瞬态导热微分方程（）来描述。∇2························································(1)=式中：T——温度，单位为开尔文（）；——时间，单位为秒（sα——试样的热扩散系数，单位为平方米每秒（2/s）。试样的导热系数可按式（）计算。λ=··························································(2)ρ式中：λ——试样的导热系数，单位为瓦每米开尔文（W/））；ρ——试样的密度，单位为千克每立方米（kg/m3）；Cp——试样的定压比热容，单位为焦耳每千克开尔文（J/（））。试验记录试验数据记录表见附录BB.1扩散系数、导热系数等。6岩石裂缝渗透率试验试验条件态法基于达西定律，在试样上下游施加稳定的压差，通过测量流经试样的流量计算试样的渗透率。试样制备6.2.1标准试样为圆柱体，试样可分为天然裂缝试样和人工裂缝试样。对于有天然裂缝的岩样，可直取裂缝表面粗糙程度特征，建立裂缝面三维数字模型，利用线切割、三维雕刻技术，制作人工裂缝面。666666.2.2圆柱体试样直径宜为48～54mm，且应大于岩石最大颗粒粒径的10倍。.2.3试样高度与直径之比宜为2.0～2.5。.2.4试样两端面的不平整度允许偏差为±0.05mm。.2.5试样高度、直径或边长的允许偏差为0.3mm。.2.6试样端面应垂直于试样轴线，允许偏差为0.25。.2.7试样应统一进行编号，相同试验条件下每组试样的数量应不少于3个。试样描述试样描述内容应符合附录的相关规定。主要仪器设备6.4.1钻石机、切石机、磨石机、线切割机、三维雕刻机等，制样精度应满足6.2试样制备要求。36666.4.2养护箱工作温度应大于℃，真空泵真空压力应小于100kPa。.4.3实时高温岩石多场耦合三轴试验仪，温度应大于℃，围压应大于60MPa。.4.4渗透仪，渗流压力应大于60MPa。.4.5三维光学面扫描仪，扫描精度应小于0.05mm。试验操作步骤6.5.1岩石裂缝渗透率试验原理见图。21123456783546978图2岩石裂缝渗透率试验示意图6.5.2裂缝粗糙度表征过粗糙度指标进行定量表征。6666.5.3试验操作流程.5.3.1试验前将试样放入真空泵内饱和24。.5.3.2安装试样，检查试验装置，将三轴压力室充满液压油。.5.3.3启动各个子系统并检查，检查完毕后在控制软件中设置合适的参数，检查所有阀门，确保它们处于正确的状态。.5.3.4将试样温度加热至试验设计温度，此过程需打开出油口，释放热应力。当油温至少在变化不超过℃，认为试样已被加热均匀。施加围压至所需压力值，同时施加下游背压阀压力（根据需要）。上游采用恒压泵施加恒定的渗流压力，待渗流达到稳定状态，记录一段时间内流经试样的流量。试验结果处理方法岩石裂缝渗透率可采用Darcy方程（）来计算。∆=··············································································(3)∆∆式中：k——渗透率，单位为长度的平方（）；μ——渗透介质的粘滞系数，单位为帕秒（Pa·s——试样的长度，单位为米（）；A——试样的横截面积，单位为平方米（4∆∆——∆t时间内通过试样流体体积，单位为立方米（）；P——上、下游渗透压差，单位为帕斯卡（Pa）。试验记录试验数据记录表见附录BB.2直径、上下游压差、∆时间内体积流量、粘滞系数和渗透率。7岩石裂缝对流换热试验试验条件度岩石裂缝对流换热系数的测量。试样制备7.2.1标准试样为单裂缝圆柱体，可用钻孔岩心或岩块制备。试样在采取、运输和制备过程中应避免产生扰动和损伤。777777.2.2圆柱体试样直径宜为48～54mm，且应大于岩石最大颗粒粒径的10倍。.2.3试样高度与直径之比宜为2.0～2.5。.2.4试样两端面的不平整度允许偏差为±0.05。.2.5试样高度、直径或边长的允许偏差为±0.3。.2.6试样端面应垂直于试样轴线，允许偏差为±0.25°。.2.7在距离试样上下端面5处，使用金刚石钻头钻取φ2孔洞共225对岩石裂缝通道进出口处流体温度进行实时监测。7.2.8试样应统一进行编号，相同试验条件下每组试样的数量应不少于3个。试样描述试样描述内容应符合附录的相关规定。主要仪器设备77777.4.1钻石机、切石机、磨石机、线切割机、三维雕刻机等，制样精度应满足7.2试样制备要求。.4.2养护箱工作温度应大于105℃，真空泵真空压力应小于100kPa。.4.3实时高温岩石多场耦合三轴试验仪，温度应大于℃，围压应大于60MPa。.4.4温度数据记录仪，采集通道应大于2个，采集精度应小于0.1℃。.4.5三维光学面扫描仪，扫描精度应小于0.05mm。试验操作步骤7.5.1岩石裂缝对流换热试验原理见图3。5图3岩石裂缝对流换热试验示意图7.5.2裂缝粗糙度表征过粗糙度指标进行定量表征。7.5.3试验流程粘接试样。用棉签蘸取酒精，擦拭试样边缘处浮尘，擦拭面积略大于粘贴面积；待酒精晾干30安装试样。安装上下端部垫块，将饱和试样放置于热缩套中。把2只铠装热电偶分别插入预样后，要施加一定的围压，防止流体直接从试样外表面和热缩套中间流过，确保流体经过裂缝面。当油温至少在内变化不超过，便认为试样已被均匀加热，此时可关闭出油口。围压加载。施加围压至所需压力值，同时施加下游背压阀压力（根据需要）。.5.3.5注入流体。在试验设计的温度、压力水平下，施加第一级渗流流量，注入压力应小于围压，以避免裂缝漏水。测量不同流速或不同围压下的对流换热系数，需在上一个试验完成的基础上，改变流速或围骤。试验结果处理方法岩石裂缝对流换热系数可采用方程（4）来计算。(2−1+)ℎ=1··································································(4))22[−(]2式中：h——对流换热系数，单位为瓦每平方米开尔文（（））；cw——注入流体的比热容，单位为焦耳每千克开尔文（J/(kg·K）)；ρw——注入流体的密度，单位为千克每立方米（）；qw——注入流体的体积流量，单位为立方米每秒（）；、R——试样的长度和半径，单位为米（）；Tc——试样外壁温度近似为油温，单位为开尔文（）；Tw1——试样入口处流体温度，单位为开尔文（）；Tw2——试样出口处流体温度，单位为开尔文（）。6试验记录试验数据记录表见附录BB.3直径、流速、入口温度、出口温度和对流换热系数。8试验报告编写试验报告编写提纲和编写要求见附录A，试验原始数据记录表格见附录B。7附录A规范性）地热储层岩石对流换热试验报告编写要求（A.1报告提纲第一章试验条件第二章试样制备第三章试样描述第四章主要仪器设备第五章试验操作步骤第六章试验结果整理A.2报告编写要求第一章，应简述试验背景，明确试验条件（如温度、压力等），合理设置试验组数。应不少于个。第三章，应详细描述试样名称、颜色、矿物成分、结构、构造、风化程度、胶结物性、颗粒大小、层理裂缝发育程度和方向、含水状态等特征，以及试样加工过程中出现的问题。第四章，应简述试验所需的主要仪器设备，介绍主要仪器设备的使用功能、适用范围、参数设置、测量精度等。第五章，依据标准正文规定的试验操作步骤开展试验，并记录所有测量数据。第六章，依据标准正文规定的计算方法处理数据，合理分析评估试验结果。8附录B（规范性）试验数据记录表表B.1建议了岩石导热系数试验原始数据记录表,表B.2建议了岩石裂缝渗透率试验原始数据记录表,表B.3建议了岩石裂缝对流换热试验原始数据记录表。表B.1岩石导热系数试验原始数据记录表试验日期：试验人员：试样尺寸（）密度（3）热扩散系数（2/s）导热系数（W/(m·K)）试样编号岩石名称表B.2岩石裂缝渗透率试验原始数据记录表试验日期：试验人员：渗透率试样长度（）试样直径（）上下游压差∆t时间内体积（MPa）流量（3）粘滞系数（Pa·s）试样编号岩石名称（2）表B.3岩石裂缝对流换热试验原始数据记录表试验日期：试验人员：试样长度（）试样直径（）流速（ml/min）入口温度（K）出口温度对流换热系数（K）（-2·）试样编号岩石名称9附录C（资料性）不同热储层类型表C.1、表C.2分别介绍了碳酸盐岩热储层、火成岩热储和变质岩热储的孔隙分布类型。表C.1碳酸盐岩热储孔隙度类型孔隙度φ热储孔隙度类型（）高孔中孔低孔≥2020＞≥12＜12表C.2火成岩热储和变质岩热储孔隙度类型孔隙度φ热储孔隙度类型（）高孔中孔低孔≥55＞≥2＜2表C.3、表C.4分别介绍了碳酸盐岩热储层、火成岩热储和变质岩热储的渗透率分布类型。表C.3碳酸盐岩热储渗透率类型渗透率K热储渗透率类型（mD）高渗中渗低渗K≥100100＞KK＜12表C.4火成岩热储和变质岩热储渗透率类型渗透率K热储渗透率类型（mD）高渗中渗低渗K≥5050＞KK＜10表C.5介绍了热储有效厚度类型。表C.5热储有效厚度类型有效厚度H热储有效厚度类型（）厚层中层薄层H≥100100＞HH＜20表C.6介绍了单井地热流体产量分类。表C.6单井地热流体产量分类表流体产量Q地热流体产量类型（3/d）高产中产低产Q≥24002400＞Q≥1200Q＜1200表C.7介绍了热储储集空间类型。10表C.7热储储集空间类型孔洞直径D（）热储储集空间类型长宽比孔隙洞穴D＜2D≥2孔洞1：1~101裂缝≥10：111附录D（资料性）常见岩石对流换热系数表D.1D.2给出了不同工况条件下碳酸盐岩试样对流换热系数数值。表D.170℃碳酸盐岩试样对流换热系数数值（单位：W/-2·K0MPa5MPa80.0710MPa78.6715MPa78.9136979.74151.61174.56216.03238.46260.3035160.82162.59228.22270.59306.80157.92169.53228.38285.12326.72152.93170.78253.51309.79355.82111258表D.290℃碳酸盐岩试样对流换热系数数值（单位：W/-2·K0MPa5MPa79.06136.60174.46232.22278.45308.5010MPa75.52138.91177.64239.51295.81339.8615MPa76.15149.84201.77249.68296.24323.6236976.96147.76143.89205.43253.70288.47111258表D.3D.4给出了不同工况条件下花岗岩试样对流换热系数数值。表D.370℃花岗岩试样对流换热系数数值（单位：（-20MPa5MPa119.50227.58308.64315.09363.67404.58415.4810MPa5107.61204.78281.62284.86332.19369.13385.24128.18237.25303.19327.98376.57421.93431.60112233050505表D.490℃花岗岩试样对流换热系数数值（单位：（-20MPa5MPa116.28240.47303.19350.54397.14419.69447.9610MPa124.96236.36333.43344.09407.79438.04462.835050505120.74209.24270.72295.51349.55384.25411.0211223312钢丝绳用润滑剂LubricantsforropesNB/SH/T0387—2023NB/SH/T0387—2023钢丝绳用润滑剂1范围种添加剂所制得的钢丝绳浸渍和表面防护的润滑剂。用润滑脂和维护油。2规范性引用文件文件。GB/T259石油产品水溶性酸及碱测定法GB/T265石油产品运动粘度测定法和动力粘度计算法GB/T2361防锈油脂湿热试验法GB/T3536石油产品闪点和燃点的测定克利夫兰开口杯法GB/T4510石油沥青脆点测定法弗拉斯法GB/T4929润滑脂滴点测定法GB/T21856化学品快速生物降解性二氧化碳产生试验SH/T0081防锈油脂盐雾试验法NB/SH/T0164石油及相关产品包装、储运及交货验收规则SH/T0204润滑脂抗磨性能测定法（四球机法）SH/T0229固体和半固体石油产品取样法SH/T0331润滑脂腐蚀试验法SH/T046919947407号齿轮润滑脂333术语和定义下列术语和定义适用于本文件。钢丝绳用润滑剂lubricantsfor应用于各种气候条件下工作的钢丝绳及负载拉索的润滑与防护的油脂。常温环境钢丝绳用润滑剂lubricantsforinenvironment应用于常温条件下钢丝绳的润滑剂。1NB/SH/T0387—202333333333333333寒冷环境钢丝绳用润滑剂lubricantsforincoldenvironment应用于寒冷环境下钢丝绳的润滑剂。极寒环境钢丝绳用润滑剂lubricantsforincoldenvironment应用于极寒环境下钢丝绳的润滑剂。高温环境钢丝绳用润滑剂lubricantsforinhightemperatureenvironment应用于高温环境下钢丝绳的润滑剂。普通钢丝绳用润滑剂lubricantsforordinary应用于环境良好，负载轻，运动速度低的钢丝绳的润滑剂。重型起重机钢丝绳用润滑剂lubricantsforheavycrane应用于重型起重机钢丝绳的润滑剂。港机钢丝绳用润滑剂lubricantsforportmachinery应用于港口岸桥、塔吊等设备和其他近海潮湿环境下钢丝绳的润滑剂。工程机械钢丝绳用润滑剂lubricantsforconstructionmachinery应用于工程机械上钢丝绳的润滑剂。.6渔业海工钢丝绳用润滑剂lubricantsforsteelforfisheryMarineengineering应用于海洋、淡水渔业、海上工程钢丝绳的润滑剂。电梯钢丝绳用润滑剂lubricantsforelevator应用于电梯钢丝绳的润滑剂。钢芯铝绞线用润滑剂lubricantsforsteelaluminumstranded应用于钢芯铝绞线润滑和防护的润滑剂。环保型钢丝绳用润滑剂environment-friendlylubricantsfor以植物油脂、合成油脂为主要成分，在自然环境下能被降解，环境友好的钢丝绳用润滑剂。纤维芯用润滑剂lubricantsforfiber应用于钢丝绳纤维芯的润滑剂。钢丝绳维护油maintenanceoilforcontainingvolatilesolvent含挥发性溶剂的钢丝绳维护用润滑剂。钢丝绳维护脂maintenancesolventformaintenance不含挥发性溶剂的半流体的钢丝绳维护用润滑剂。2NB/SH/T0387—202344分类和标记.1产品分类本文件将钢丝绳用润滑剂分为钢丝绳生产用润滑剂和钢丝绳维护用润滑剂两大类。91列出了不同品种的特征指标和主要用途。挥发性溶剂），表1列出了不同品种的特征指标和主要用途。表1钢丝绳用润滑剂分类分类品种特征指标润滑性和防锈性极压抗磨性能主要用途普通钢丝绳使用普通钢丝绳用润滑剂重型起重机钢丝绳用润滑剂应用于高强度起重机应用于近海潮湿环境下钢丝绳的润滑保护港机钢丝绳用润滑剂抗盐雾性能工程机械钢丝绳用润滑剂渔业海工钢丝绳用润滑剂极压抗磨性能抗盐雾和油膜强度应用于工程机械钢丝绳的润滑钢丝绳生产用润滑剂应用于水下渔业、海上工程钢丝绳的润滑保护电梯钢丝绳用润滑剂钢芯铝绞线用润滑剂润滑性防锈性应用于电梯钢丝绳的润滑保护应用于钢绞线的润滑保护应用于有生物降解性要求的钢丝绳用润滑剂环保型钢丝绳用润滑剂可自然降解，环境友好浸湿性和防锈性纤维芯用润滑剂钢丝绳维护油应用于钢丝绳纤维绳芯的润滑剂防锈性好、渗透性好附着力强、防锈性好和极压润滑性好应用于润滑性要求高的钢丝绳的维护应用于重负荷钢丝绳的维护钢丝绳维护用润滑剂钢丝绳维护脂4.2产品标记钢丝绳用润滑剂应标记为：产品名称品种名称标准号。示例：钢丝绳用润滑剂港机钢丝绳用润滑剂NB/SH/T03872023。5要求和试验方法.1一般要求5钢丝绳用润滑剂应满足以下一般要求：a）应防止钢丝、纤维芯的腐蚀；b）应减少钢丝绳结构内部和外部的摩擦，即具有良好的润滑性；3NB/SH/T0387—2023c）有好的包覆性能；d）是防水的，并且不含有在水中易乳化的复合物；e）不易出现明显脆裂；f）无沙砾、研磨物质、故意增重的物质、水、氯化物或类似不纯洁物；g）的任何添加剂或复合物；h）绳的纤维芯有损害的添加剂或复合物。5.2特殊要求钢丝绳用润滑剂还应满足以下特殊要求。a）材料的状态在溶解之前溶剂蒸发之后实质应是相同的。b）状态，即其应具有热可逆性。要特别注意的是，加热温度不宜过高或加热持续时间不宜过长，否则会导致润滑剂降低性能。5.3钢丝绳生产用润滑剂的技术要求和试验方法钢丝绳生产用润滑剂的通用技术要求和试验方法应符合表2绳生产用润滑剂还应满足表3中滴点和脆点的要求。4NB/SH/T0387—20235NB