Перепады температур для инженерной доски: Инженерная доска - что это такое?

Инженерная доска: особенности и преимущества —

Инженерная доска: особенности и преимущества

Инженерная доска — абсолютно новая разработка в сфере напольных покрытий из натуральной древесины. Взглянув на пол, собранный из инженерной доски, вы не найдёте значительных отличий от массивной доски. Но при этом она имеет множество преимуществ перед своими конкурентами.

ЧТО ТАКОЕ ИНЖЕНЕРНАЯ ДОСКА?

Инженерная доска состоит из двух слоев. Верхний слой выполнен из дуба (толщина лицевого слоя составляет 3,3 мм). Нижний слой выполнен из качественной фанеры, толщиной 12 мм. Такая конструкция защищена от влаги и терпит перепады температур. Такой пол более надёжен и долговечен, чем трехслойная паркетная доска и массивный паркет.

Купить инженерную доску для пола можно по приемлемым ценам, при этом у неё есть уйма преимуществ.

РАЗНОВИДНОСТИ ИНЖЕНЕРНОЙ ДОСКИ ПО ВИДУ ФИНИШНОГО ПОКРЫТИЯ

Инженерная паркетная доска подразделяется на три вида:

Лакированная. Ее главное отличие заключается в том, что в ходе производства она покрывается несколькими слоями лака (обычно это количество варьируется в диапазоне от 3-х до 7-ти слоев).
Покрытая маслом. Лицевая сторона таких досок обрабатывается тремя слоями масла.
Без покрытия. Такую доску шлифуют и покрывают финишным слоем после укладки на пол.

ПРЕИМУЩЕСТВА ИНЖЕНЕРНОЙ ДОСКИ

К основным преимуществам инженерной доски можно отнести:

Наименьшая деформация. Инженерная доска для пола, по сравнению с другими видами паркета, самая стабильная и менее всего деформируется при изменениях температуры и влажности в помещении.

Упрощенная укладка. Наличие замковых соединений на инженерной доске для пола Gran Parte делает её укладку простой и надежной. Для укладки такой доски не требуется фанера, ее можно стелить прямо на бетонное основание. Главное, чтобы основание было ровное и обработанное гидроизоляционным составом. Инженерную доску Gran Parte можно стелить на систему «тёплый пол».
Долговечность. Инженерная доска для пола, купить которую вы можете у нас, будет служить вам долгое время. К тому же через какое-то время, вы можете ее отшлифовать и покрыть лаком (выполнять подобные действия вы можете многократно).

Устойчивость. Появление зазоров, рассыхание и растрескивание у инженерной доски минимально.
Разнообразие выбора. Вы можете выбрать любой подходящий вам дизайн, с обработкой лицевой поверхности инженерной доски такими методами, как: состаривание, тонировка, брашировка, покрытие лаком или маслом.
Экологичность. Инженерная доска — материал полностью безопасный для окружающих. Он не вызывает аллергии или других негативных последствий для здоровья.
Высокие показатели теплоизоляции и шумоизоляции. Покупая инженерную доску, вы можете не беспокоиться о том, что, наступая на пол, вы и ваши соседи будете слышать скрипы и шаги. Материал также не пропускает тепло, а, наоборот, хорошо его сохраняет.

СПОСОБЫ УКЛАДКИ ИНЖЕНЕРНОЙ ДОСКИ

Инженерную доску для пола Gran Parte укладывают на бетонное основание или фанеру с помощью клея, а также «плавающим способом» на подложку, которая обеспечит ещё большую звуко- и теплоизоляцию.

Перед монтажом инженерной доске дают адоптироваться к условиям помещения, где ее будут укладывать, в течение двух дней.

Стелить инженерную доску

Gran Parte можно двумя способами:

На бетонное основание. Перед укладкой основание следует подготовить: выровнять и прогрунтовать составом с водоотталкивающим эффектом. Это поможет улучшить адгезивные свойства доски.
На фанеру. Для укладки таким способом толщина фанеры должна быть более 12 мм. Фанера не должна прогибаться, хорошо приклеена к основанию. Ширина технологического зазора между стенами и настилом из инженерной доски должен составлять около 10 мм. Шлифовка фанеры – обязательный этап перед настилом инженерной доски. Этот процесс производят для выравнивания и избежания деформации инженерной доски в процессе ее эксплуатации. Доска укладывается на полиуретановый клей.

Инженерная доска – лучший выбор для любого помещения. Выглядит такая доска просто превосходно, даже по прошествии нескольких десятилетий.

Инженерная доска Тарвуд

УХОД ЗА ПАРКЕТОМ

Грамотный уход за паркетной доской позволит сохранить эстетичный внешний вид и существенно увеличить срок эксплуатации. Паркетная доска способна прослужить долго. Для этого необходим ежедневный уход и периодическая генеральная уборка напольного покрытия в соответствие с инструкцией.

ПОСЛЕ УКЛАДКИ

После укладки паркетной доски, первые 2 недели не рекомендуется активно эксплуатировать покрытие. Конечно, по нему можно будет ходить, однако пускать по паркету животных, ставить мебель или постоянно менять степень освещения комнаты не рекомендуется.

Необходимо дождаться полного высыхания клея, а потом необходимо осуществлять регулярный уход за полом. Специальные средства для регулярного ухода наносятся, как правило, 1 раз в 2 месяца. При средней нагрузке на напольное покрытие, которая наблюдается, например, на лестницах и в коридорах, их можно использовать несколько чаще – раз в месяц или в 2 недели. В местах с повышенной степенью нагрузки на покрытие, специальные средства применяются так часто, чтобы на его поверхности всегда была тонкая защитная пленка. Такая плёнка имеет водоотталкивающие свойства и защищает покрытие от преждевременного истирания.

МЕБЕЛЬ НА ПАРКЕТЕ

Очень часто паркетная доска страдает от мебели. Поэтому приобретая новую мебель, лучше отдавать предпочтение той, которая снабжена особыми колёсиками для паркета. А старую мебель снабдить набойками из войлока или фетра, а также использовать специальные прозрачные коврики из пластика. Это надёжная защита от царапин. Двигайте мебель осторожно, чтобы не повредить пол.

Используйте только мягкую обувь, которая не оставляет механических повреждений. По покрытию нельзя ходить в обуви на каблуках, особенно с металлическими набойками. Такая обувь оставляет на древесине вмятины и царапины и образует сколы. Если дома присутствуют домашние животные, следите, за тем чтобы когти у домашних животных были аккуратно отстрижены, а лапы чистыми без грязи и песка.

ВОДА НА ПАРКЕТЕ

Попадание воды – губительно для паркетной доски. Натуральное дерево хорошо впитывает влагу, поэтому мыть и заливать паркетную доску нельзя. От большого количества воды не спасет даже поверхностная обработка лаком или маслом. Допускается протереть пол хорошо отжатой тряпкой. После влажной уборки паркетная доска должна быть хорошо просушена. Если паркетная доска уложена недавно, рекомендуется 2 недели подождать с влажной уборкой. Для регулярной уборки используйте специальные средства по уходу за паркетной доской. Правильный уход за паркетной доской и выбор чистящих средств, регулярность ухода продлят срок эксплуатации напольного покрытия.

Случайно пролитые жидкости необходимо сразу устранять во избежание ее проникновения в щели и под паркетную доску. Это приводит к короблению и вспучиванию что может негативно сказаться на качестве и долговечности. Образовавшиеся пятна сразу удаляйте. Для этого используйте мягкую ткань и специальные средства для ухода за покрытием. Средства с нейтральным pH создают защитную пленку и сохраняют цвет паркетной доски надолго.

В ЗИМНЕЕ ВРЕМЯ ГОДА

Паркетная доска TARWOOD™ – декоративное напольное покрытие, изготавливаемое из дуба. Изменения температуры и влажности в зимнее время при отопительном сезоне приводит к «сезонным» изменениям размеров, и как следствие к появлению небольших щелей. Поэтому рекомендуется поддерживать относительную влажность помещения 50±10% в течение года. Для этого необходимо регулярно проветривать помещение или использовать специальные увлажнители воздуха или обычные распылители. Установка кондиционера в помещении поможет избежать перепадов температур в летний и зимний период.

Следует так же следить за тем, чтобы взаимодействие доски и света было равномерным по всей площади, иначе цвет может стать не равномерным. Если паркетная доска уложена в помещении, где имеется вход с улицы, то у двери стоит разместить коврики для обуви. Один мягкий — для того, чтобы впитывал влагу в осенне-зимний период, второй жёсткий — для очищения твёрдой грязи с поверхности обуви. В местах, где паркетная доска изнашивается наиболее интенсивно, рекомендуется использовать мягкие коврики. Необходимо постоянно очищать коврики, под которыми быстро скапливаются пыль и грязь.

в чем разница от паркетной доски

Рынок современных покрытий для пола постоянно пополняется новыми интересными и универсальными материалами с улучшенными эксплуатационными и техническими характеристиками. Одним из уникальных новшеств является инженерная доска. Она набирает стремительную популярность, благодаря своей уникальной прочности и большому количеству преимуществ.

Инженерная доска – универсальное напольное покрытие, имеющее особенную конструкцию и структуру. Его основанием служит фанера, а верхний слой выполнен из шпона. Также сырьем может служить береза и традиционные породы древесины.

Что представляет собой покрытие

Данный напольный материал практически ничем не отличается от паркетного массива после укладки. В его производстве задействованы новейшие технологии, которые обеспечивают покрытию отличные эксплуатационные свойства. Покрытие изготавливается в два этапа. Вначале осуществляется производство шпона, после чего его слой клеится на фанеру. Для соединения материалов используются высококачественные специальные клеевые составы.

На заключительном этапе производства подготовленные панели оснащаются замковыми соединениями, которые включают пазы и шипы. Материал покрывается устойчивым качественным лаком, который наносится в пять слоев. Иногда вместо лака производители напольного покрытия применяют специальные масла. Эти средства обладают высокими техническими параметрами.

Готовая инженерная доска монтируется по технологии соединения ламината. То есть, при монтаже напольного покрытия не требуются никакие клеевые составы. Обязательно при укладке материала применение подложки – она позволит скрыть некоторые неровности основания пола.

Фактура и преимущества материала

Инженерная доска имеет другую ширину и длину, чем покрытие из массива. В этом состоит ее основная разница от паркетной доски. Массив древесины не позволяет изготавливать материал большой ширины.

Покрытия другого вида могут образовывать зазоры из-за того, что со временем изменяет свою влажность. Особенно это происходит в период отопительного сезона, когда в помещении изменяются параметры влажности. Точно также высыхают обычные деревянные половицы.

Инженерная доска не теряет собственную влажность при любых обстоятельствах. Это объясняется тем, что материал состоит из нескольких слоев, в его основе присутствует фанера, а сама структура многослойная. Такое преимущество значительно отличает инженерную доску от паркетной.

Разница между двумя материалами также заключается в их размерах. Формат инженерной доски может быть самым различным. Паркетная доска имеет намного меньшую ширину.

Инженерный пол очень легко монтируется. Такое преимущество не дает никаких ограничений в укладке материала. В то же время монтаж паркетной доски требует особого умения в затруднительных местах.

Паркетная доска не совсем удобна для укладки, если есть система теплого пола либо подвальное помещение. Низкие цены на монтажные работы делают инженерный пол сегодня наиболее востребованным на строительном рынке.

Технические характеристики

Главные достоинства инженерного пола – его высокая звукоизоляция, хорошая поглощаемость шумов, особая устойчивость к различным механическим воздействиям. Паркетная доска достаточно капризна в монтаже и требует особой технологии и отличных навыков укладки.

По внешнему виду инженерный пол нисколько не отличается от дерева. Основные преимущества инженерной доски:

эстетичность;
влагоустойчивость;
простая укладка;
звукоизоляция;
шумоизоляция;
доступная стоимость.

Штучный паркет требует очень сложного монтажа и восприимчив к влаге и перепадам температур. Этот материал является весьма чувствительным и требует определенных условий помещения. Инженерный пол более универсален, прочен и прекрасно переносит повышенную влажность. Безусловно, данное напольное покрытие не предназначено для бассейнов, но вполне может эксплуатироваться в ванной либо на кухне.

Красивый внешний вид инженерной доски позволяет укладывать ее в различных помещениях дома и квартиры. Материал эстетично смотрится в спальне, гостиной, прихожей. Он достаточно износоустойчивый и может применяться в холле офисов и гостиниц.

Монтаж

Существует два способа укладки инженерного покрытия. Специалисты применяют плавающий способ и клеевой. Второй метод монтажа используется только в особо крайних случаях, когда требуется застелить инженерной доской слишком большие площади.

Монтаж материала очень прост и не требует специализированных навыков. В нем не применяются никакие дополнительные крепежи и детали. Именно поэтому укладка инженерного пола стоит гораздо дешевле. Паркетная доска требует особого опыта в монтаже. Такое преимущество инженерного покрытия обеспечивает равномерную нагрузку по всей площади пола.

Специалисты считают более качественной укладку материала на фанеру. Основание позволяет максимально выровнять поверхность и сделать ее более прочной. Особенно это необходимо, если существуют лаги. На бетон укладывается один ряд фанеры. На лаговые полы – два ряда фанеры. Для основания требуется выбирать только влагостойкий материал.

Фанеру можно приклеить либо закрепить дюбелями. Затем фанерное основание оставляют на пять дней отлежаться, после чего необходимо его отшлифовать. Это позволит ликвидировать налёт грязи и устранит перепады поверхности.

Только после того, как фанерное основание пола будет полностью готово, можно приступать к монтажу инженерной доски. Предварительно на уровне предполагаемого напольного покрытия устанавливаются необходимые клинышки. Они обеспечивают нужный зазор. Затем проводится монтаж досок и их приклеивание.

Инженерная доска отличается от паркетной толщиной верхнего слоя. Ее толщина превышает параметры на один сантиметр. Паркетная доска не имеет размерной сетки, что является её минусом. Универсальный инженерный пол способен идеально заменить привычный деревянный пол и готов прослужить много лет.

Пока эта новинка только завоевывает свою нишу на строительном рынке и продолжает набирать свою популярность. Однако уже сегодня покрытие нового поколения занимает первые места в европейских ремонтах, благодаря своим особым достоинствам и характеристикам.

Отделай по полной! Обзор напольных покрытий

Плюсы и минусы паркета и инженерной доски, сколько прослужит массив?

Рынок отделочных материалов для пола – огромен. Самая разнообразная продукция призвана наилучшим образом удовлетворить спрос. Наиболее популярными для современного ремонта являются инженерная доска, паркет, массивная доска и ламинат. Все они имеют свои особенности и характеристики, в которых порой непросто сориентироваться, а значит, и сделать правильный выбор. В этом обзоре мы попытаемся расставить точки над «и» и разобраться, что и к чему подходит.

Паркет или инженерная доска?

Прежде всего, договоримся о терминах. Маркировка «инженерная доска» — целиком российский тренд. На западе покрытие имеет другое обозначение. Обычно ту же доску часто называют либо попросту паркетной, либо инженерной паркетной, либо двухслойной паркетной. Выходит, что покрытие — просто один из вариантов паркетной доски? Не все так просто. Это фактически новая категория со своими положительными и отрицательными моментами.

По классике паркет имеет трехслойную структуру, плюс финишное покрытие — лак или масло. В слоях среднем и нижнем обычно используют мягкую древесину вроде ели, правда, изредка в среднем слое ее заменяют высокопрочным ДВП.

Верхний слой состоит из ценной древесины как редких, так и обычных сортов. Ценный слой по толщине может начинаться от 0,6 мм (шпон) и доходить до 4 мм.

Укладка паркетной доски елочкой

Инженерная доска вступает в противоречие с паркетом чуть менее, чем полностью. Ее строение коренным образом отличается. В покрытии вместо трех слоев выделяется лишь два. Снизу это фанерные основания из березы или эвкалипта, а вот выше располагаются ценные сорта древесины.

И хотя сорта примерно те же, что и у паркета, главной характеристикой является их толщина. В «инженерке» она заметно больше, фактически, можно говорить о том, что верхняя часть состоит не из шпона, а из массива. Таким образом, «инженерку» всегда производят однополосной, поскольку ее верхний слой — ценные сорта дерева. Внешне однополосная паркетная и инженерная доска походят друг на друга, когда уже смонтированы на месте.

Но есть и различия. Это прежде всего характер замкового соединения. Не секрет, что в среднем слое паркета предусмотрены замки, которые просто прищелкивают одну ламель к другой в ряд. Замочные соединения известных марок (Uniclic, Multifit, Valinge, 5G) имеют свои особенные, запатентованные системы замыкания. Удобство такого подхода состоит в возможности быстро разобрать пол и собрать его заново.

В инженерной доске замковые соединения чаще всего отсутствуют, ведь укладка отличается своими особенностями. Если говорить просто, то «инженерка» крепится на шпунт и подгоняется по торцу.

Важно знать, что паркет и инженерку укладывают по-разному. Паркет непритязателен и может быть уложен как на клей, так и плавающим способом.

Инженерная доска (пусть в ней и есть замковые соединения) всегда укладывается строго клеевым методом. Причина проста: как мы уже говорили, нижний слой состоит из фанеры, а значит плавающий метод подгонки невозможен. При нем нельзя достичь конструктивной стабильности, а вот трещины и покоробленность материала обеспечены.

Зная основные правила, с укладкой паркета можно справиться и самостоятельно

Зато клеевой метод открывает дорогу маневру и фантазии — инженерная доска может быть положена по клею на стяжку, а можно использовать и дополнительные листы фанеры под основание, при этом закрепление по каждой ламели будет жестким, с саморезами.

Материалы имеют различия и по возможности шлифования. Если у паркета в верхнем слое тонкие слои шпона (0,6 мм) или (что чаще) покрытие уложили плавающим методом без приклеивания к основанию, то в этом случае шлифовка невозможна. Кстати, многие производители паркета, особенно если в речь идет об ограниченных коллекциях, вообще не дают гарантий на последствия шлифовки. Инженерная доска – ровная противоположность, за счет толстого массива она шлифутеся и циклюется легко.

Его величество ламинат

Сравнивать этот вид с двумя другими не приходится. Ламинаты просто превосходят два предыдущих типа по количеству слоев. Но вот парадокс – поскольку натуральной древесины для их выделки обычно не используется, ламинат все же принято относить к покрытиям искусственным. При этом, строится он обычно на фундаменте древесном – это, в основном, плиты МДФ.

Многослойность делает покрытие уникальным. В ламинат входит: специальная защитная пленка, бумажный слой для имитации декоративных эффектов, влагостойкая бумага со смоляной пропиткой, панели МДФ и близких материалов, меламин для защиты и стабилизации. При этом материал очень «толстый», толщина ламелей начинается от семи миллиметров.

У ламината — свои преимущества. Прежде всего — более доступная цена

Ламинаты делятся на бытовые и технические, последние в свою очередь подразделяются на коммерческие, офисные и т.д. Каждый ламинат снабжен специальной цифровой маркировкой для определения допустимых нагрузок.

Прочность ламината рассчитывается исходя из класса. Наиболее популярные (бытовые) варианты высокими характеристиками похвастаться не могут. Материалы же высоких ценовых категорий имеют прочность на уровне массива. Впрочем, об этом виде напольного покрытия мы поговорим ниже.

Массивная доска — капризный фаворит

Все новое — хорошо забытое старое. В 2020-х года в тренде будет именно старый добрый массив, считают некоторые эксперты. Массив – это натуральное напольное покрытие, которое максимально экологично, ведь изготавливается оно из цельного куска древесины ценных пород. Массив может покрываются специальными составами, которые с одной стороны, защищают покрытие, а с другой, передают ему шарм стиля natural.

При толстом верхнем слое порядка 6 – 8 мм, такой пол можно шлифовать и циклевать многократно. Благодаря толщине материала свыше 12 мм обеспечены как предельная надежность, так и завидные характеристики по твердости.

Массив гораздо прочнее своих деревянных «собратьев»

Правда, массивы, как покрытия, отличаются своими особенностями.

Во-первых, это цена, она много дороже ламината, и дороже традиционного паркета. Насколько – говорить не будем, ведь породы дерева могут быть разные, а у читателя может быть плохо с нервами.

Во-вторых, капризный фаворит более требователен к подготовительным работам и самим процедурам монтажа. Массив не слишком хорошо переносит влажность и перепады температур. Мастера рекомендуют использовать покрытие только на объектах, где планируется необходимый микроклимат (например, специальные увлажнители воздуха в квартире).

Что выбрать

Правда, главный плюс массива – долговечность. Если брать оптимальные значения, то он наиболее стоек и «непробиваем». При правильной укладке и уходе срок до первого циклевания может составлять порядка 35 — 50 лет, а общая продолжительность службы массива может перевалить за умопомрачительные для покрытия 100 лет. Воистину, крепче лишь камень. Собственно, именно из деревянного массива делали полы в русских избах – сохранялись веками!

А вот инженерная доска и паркет значительно уступают в этой гонке. Они износостойки примерно на одном уровне, но «инженерка» обычно более долговечна за счет более толстых ламелей и технологий склеивания. Срок службы в обоих вариантах – от 25 до 30 лет, но лишь в том случае, если соблюдены все технологические нормы.

Если вам нужна устойчивость в условиях температурных перепадов, выбирайте инженерную доску. «Инженерка» — передовая технология по соединению клейких пластов, да и сами клеи обычно — высококачественные. Инженерные покрытия, безусловно. обладают большим преимуществом в условиях беспощадного российского климата. Ни знойное лето, ни суровая зима не станут последними в жизни покрытия, его восприимчивость к механическим изменениям близка к нулевой. Вкупе с влагостойкостью нижнего фанерного слоя это подкупает. По сути, инженерная доска является оптимальным вариантом при устройстве системы теплых водяных полов.

Паркет выглядит «старым, добрым», аристократичным покрытием. Быстрая и легкая перекладка пола тоже однозначно играет в плюс паркету. Поэтому делать выбор в пользу одного или другого материала нужно, исходя из конкретны ситуаций, а главное из конкретных потребностей заказчика.

Инженерная доска прекрасно выдерживает перепады температур. К тому же она просто красива

По ламинату разброс огромен. Ламинаты бывают самых разных семейств. И долговечность напрямую зависит от класса: бытовые варианты прослужат от 7 до 9 лет, коммерческие ламинаты могут продержаться порядка 20-25 лет.

Итак, современные покрытия многообразны, каждый выбирает себе материал по душе. И все же, в трендах ближайшего времени – инженерная доска и массив. Первая обеспечивает максимальную быстроту, прочность и возможность подновить вид пола, не перекладывая его. Ведущие дизайнеры уже положили глаз на этот материал, и внедряют его в свои проекты масштабно и смело. Второй перспективный материал – массив. Он экологичен, он неубиваем. Это стиль GreenWay, и это экономия средств на ремонт в долгосрочной перспективе. Таким образом, материал объединяет два главных тренда посткризисных 2020-х: экологичность и долговечность.

Что ж, новое время вместе с новыми вызовами предлагает и новый выбор.

Даниил МАЦЕЙКО

Какая разница между паркетной и инженерной доской – Блог Stroyremontiruy

Про паркетную доску не слышал только глухой, а об инженерной доске известно немного. При наличии общих свойств эти напольные покрытия серьёзно отличаются, поэтому хозяевам перед покупкой неплохо узнать, какая разница между паркетной и инженерной доской. Об этом речь и пойдёт ниже.

Покупать материалы для ремонта нельзя в последний момент, но и покупка напольного покрытия ещё до начала отделки создаёт сложности. В этом случае придётся постоянно переносить покрытие из одной комнаты в другую, и велик риск повреждения материалов. Оптимально покупать ламинат, линолеум или паркетную доску ближе к завершению отделки – так они не будут мешать и не придётся бежать в магазин в последний момент.

Паркетная доска

Об этом материале знают все – паркетная доска состоит из трёх слоёв натурального дерева. Для нижнего слоя используется чаще всего бесшовный шпон хвойного дерева, средний слой состоит из хвойных реек, а верхний слой декоративный с лаковым покрытием. Для верхнего слоя используется износостойкая древесина, а количество слоёв лака доходит до шести.

Нижний слой – это основание материала, средний слой придаёт доске физическую прочность, а верхнее покрытие материалу необходимо для красивого внешнего вида. Все слои склеены между собой в условиях производства, поэтому паркетная доска представляет собой единое целое и практически не уступает по характеристикам массиву и паркету.

Преимущества и недостатки

Внутреннее напряжение в ПД гасится за счёт взаимоперпендикулярности слоёв, что позволяет укладывать покрытие без жёсткой фиксации к полу, то есть, без клея. Такая укладка позволяет быстро разобрать покрытие и переложить его при необходимости. Отметим и простоту укладки – паркетную доску «положит» на пол любой хозяин с правильно растущими руками.

Есть у материала и недостатки, это:

— Большая толщина (до 15 мм),
— Укладка только палубным способом,
— Шлифовка разрешена лишь специальными невибрирующими машинками,
— Доска с замковым соединением пазов не отличается большой шириной.

Толщина материала создаёт неудобства при стыковке его с другими видами покрытий, а один способ укладки, палубный, заставляет забыть о привычной ёлочке и оригинальность интерьера теряется. Так как материал не имеет жёсткой сцепки с основанием, то шлифовать его обычными вибромашинками нельзя, а вызов мастера с невибрирующей машинкой обойдётся в копеечку. Маленькая ширина паркетного материала при замковом способе его крепления не всегда удобна, да и на укладку потребуется больше времени. Бывают варианты материала с пазогребневым соединением, но его укладка требует приклеивания к полу, что нивелирует другие преимущества паркетной доски.

Из брендов рекомендуем немецкий WoodPecker, эстонский ESTA PARKET и Tarkett.

Инженерная доска

Этот вид материала встречается только в России, поэтому не ищите инженерную доску в иностранных каталогах. Похожий материал у буржуев есть, он называется – двухслойная паркетная доска, хотя от классической ПД серьёзно отличается.

В инженерной доске два слоя – нижний эконом-класса, фанера, и верхний из дорогих пород дерева с высокой износостойкостью. Фанера, чаще всего, берёзовый шпон, а для декоративного слоя используют ясень или дуб. Нижний слой выполняет функции основания и усиливает физическую прочность доски, а верхний слой декоративный. Если взять процентное соотношение, то фанера занимает 75%, а дорогая древесина до 25%. Так задумано производителем для удешевления материала.

Фанера склеена из 6-8 слоёв и они зафиксированы в разных направлениях волокон, что избавит от деформации доски по ширине и длине, однако не защищает материал от коробления. Последний фактор не допускает укладки инженерной доски плавающим способом – материал укладывается только на клей!

Плюсы и минусы

К плюсам инженерной доски отнесём:

— Стойкость к перепадам температуры и влажности,
— Лёгкость вывода на пороги и стыковки с другими напольными покрытиями за счёт минимальной (до 10 мм) толщины,
— Хорошее шумопоглощение за счёт прослойки паркетного клея,
— Циклёвку обычными вибромашинками,
— Укладку разными способами, в том числе, квадратами и ёлочкой.

Из недостатков «инженерки» выделим:

— Укладку только на клей (Bostik, Bona или Sika),
— Шлифовку специальным невибрирующим оборудованием,
— Невозможность разборки и перекладки покрытия,
— Укладка за счёт сложности стоит дорого, своими руками за неё лучше не браться.

Отметим производителей HKS, ArtDeco и Solidfloor.

Как видим, разница между покрытиями есть и она существенна. Какому материалу отдать предпочтение решать вам, плюсы и минусы есть у обоих.

Паркетная доска или инженерная доска что лучше и в чем отличия

Два популярных напольных покрытия имеют многослойную схожую структуру. Паркет и инженерная доска – продукты натуральной древесины, имеющие природный неповторяющийся рисунок. Что выбрать — ответы здесь

Но характеристики каждого материала различны, в зависимости от условий помещений, где их требуется стелить. В чем разница – статья даст ответы.

Что такое паркет

Подробное описание паркета и его видов – в том числе и паркетной доски – смотрите здесь. Суть покрытия – доска из натуральной древесины, состоящая из нескольких слоев.

Многослойность повышает стабилизационные качества, прочность к внешним факторам. Несмотря на это, идеального напольного покрытия – не существует:

Преимущества паркетной доски

• Натуральность. Паркетная доска производится из ценных сортов древесины, среди которых преобладает дуб, ясень, клен и прочие. Нижние слои – хвойная, менее дорогая древесина, обладающая всеми качествами «здорового» покрытия, даже в период эксплуатации. Паркетная доска не катализирует аллергические реакции, не статична. • Гостиные и иные комнаты с ней приобретают респектабельный вид.

Паркетная доска создает определенный стиль дома – эко, кантри, ретро и прочие. Художественные композиции из паркета устраивают в конференц-залах, переговорных, кабинетах – покрытие подчеркивает статусность комнаты. • Паркетную доску в отличие от других видов паркета легко укладывать. Ламели имеют пазогребневый механизм. Не возбраняется стелить ее на клей. Штучные или художественные планки лучше отдать в руки профессионалов.

• Ремонтопригодность. В случае порчи, один элемент легко заменить на другой, если использовалась укладка «плавающий пол», то есть без клея. Верхний слой для поддержания внешнего вида регулярно циклюют и покрывают лаком или маслом. За счет нехитрой обработки паркет красив всегда.

Недостатки

Древесина – капризный материал. Она боится влаги, огня, перепада температур.

Ввиду этого уход за паркетной доской – специфический, без использования паровых швабр и моющих пылесосов. Как ухаживать за паркетом правильно – смотрите здесь. На паркете со временем могут появиться продольные трещины, он восприимчив к давлению каблуков, ножек мебели, скрипит. Под него нельзя устраивать теплый пол – перепады температур влияют на структуру доски. Кроме того, паркетная доска – недешевое удовольствие.

Паркетная или инженерная доска, что выбрать?

Терминология

Паркетная доска — это устоявшийся термин для обозначения трехслойного паркета. Сегодня более 90% паркетной доски имеет замковое соединение и схожее строение из взаимоперпендикулярных слоев. В статье мы не будем рассматривать паркетную доску на основе древесноволокнистой плиты (HDF), т.к. это технологически другой продукт.
Инженерная доска — устоявшийся термин только в России. В мире чаще употребляется «двухслойная паркетная доска». Международный термин содержит множество противоречий, поэтому словосочетание «инженерная доска», далекое от технической точности, более понятное. Под инженерной доской обычно подразумевается паркет с фанерным основанием.

Строение

Паркетная доска похожа на замкнутую эко-систему. Она стабильна сама по себе, весь пол, соединенный замками, неплохо препятствует естественному выкручиванию древесины. Как только добавляется новая сила (в данном случае — приклеивание к основанию), весь баланс меняется.

Инженерная доска — это классическая фанера с приклеенным на нее декоративным слоем. Важно понимать, что лицевой слой из ценных пород — это всего около 25% толщины всей конструкции и принципиально не влияет на свойства фанеры. Фанера — это тонкие слои из березового шпона (обычно 7-8 слоев), которые расположены перпендикулярно друг другу. Перпендикулярное расположение слоев неплохо препятствует изменению длины и ширины доски, но никак не способно повлиять на коробление и выкручивание древесины. Если положить фанерный лист, не зафиксировав его к основанию — скорее всего, через некоторое время его «выкрутит», поэтому инженерную доску даже с замковым соединением все же лучше приклеить к основанию.

Плюсы и минусы паркетной доски

Плюсы:

Конструкция с взаимоперпендикулярными слоями после укладки прекрасно гасит внутренние напряжения, появляющиеся в древесине, поэтому не требует приклеивания к основанию. Укладка паркетной доски бесклеевым способом требует значительно меньших затрат (примерно в 6 раз дешевле укладки инженерной доски).
Паркетную доску можно разбирать и собирать — это пригодится при переезде или, например, для того, чтобы заменить поврежденные планки в центре комнаты.
Уложить паркетную доску можно самостоятельно или доверить монтаж разнорабочим. В большинстве случаев исправить ошибки монтажа легко.

Минусы:

При приклеивании паркетная доска менее стабильна, чем инженерная доска. Сила склеивания нижнего шпона к основанию всегда выше, чем сила соединения нижнего и среднего слоев паркетной доски. При сильном внутреннем напряжении (например, при резкой смене влажности) существует риск отрыва брусков в среднем слое. Чем дешевле паркетная доска, тем больше производитель экономит на составе клея и его количестве.
Паркетная доска не может быть тонкой. Подавляющее большинство производителей выпускают паркетную доску толщиной 14-15 мм. Это ограничивает возможность легкого совмещения по высоте паркетной доски с керамогранитом и другими напольными покрытиями.
Значительная толщина паркетной доски и небольшая площадь проклеивания слоев делает этот материал не слишком подходящим для использования с теплым полом — больше рисков и меньше КПД, по сравнению с инженерной доской.
При укладке паркетной доски бесклеевым способом невозможно избежать порожков в дверных проемах или на стыках с другими напольными покрытиями; есть ограничение и по объему зала (как правило, ограничение на размер зала шириной 8м и длиной 20м), иначе потребуется использование порожков.
Паркетную доску можно уложить только палубной укладкой — никаких узоров елкой и т.д.
Не все, но многие люди, способны ощущать эффект плавающей укладки, когда пол жестко не закреплен.
Паркетную доску, уложенную плавающим способом, можно шлифовать или циклевать только специальными дорогостоящими невибрирующими машинками, которые перечеркивают всю экономическую целесообразность проведения работ. Однако, паркетную доску под натуральным маслом или маслом с воском можно реставрировать без шлифования.
Замковую паркетную доску невозможно сделать очень широкой, сохранив стабильность. Очень широкая паркетная доска выпускается, но с пазогребневым соединением и требует приклеивания к основанию, перечеркивая отличительные особенности материала.

Плюсы и минусы инженерной доски

Плюсы:

Благодаря тому, что все слои конструкции тонкие и волокна древесины расположены в разные стороны, у уложенной инженерной доски самая высокая геометрическая стабильность среди всех видов паркета, на 100% состоящих из древесины. Инженерная доска меньше склонна к щелению, меньше реагирует на перепады температуры и влажности.
При укладке инженерной доски по всей квартире можно добиться монолитного пространства без порожков в дверных проемах или в объемных залах. При стыковке с керамогранитом и другими напольными покрытиями можно вместо порожков использовать пробковые компенсаторы.
Приклеиваемые полы обладают большим акустическим комфортом, независимо от конструкции. Даже если одну и ту же паркетную доску укладывать разными способами, в приклеенном варианте шумопоглощение будет выше. Считается, что чем эластичнее используемый паркетный клей, тем больше поглощение звуков. Также существуют специальные акустические подложки с прорезями для клеевой укладки.
Инженерная доска выпускается в разных вариантах толщины, что позволяет легко выводить уровень всех напольных покрытий в квартире.
Инженерная доска может выпускаться в тонком варианте. Небольшая толщина и высокая стабильность конструкции позволяет рекомендовать инженерную доску для использования с теплым полом.
Уложенная инженерная доска визуально никак не отличается от массивной доски.
Инженерную доску можно неоднократно циклевать.
Инженерную доску при необходимости можно приклеивать на стяжку, в отличие от паркета из массива, т.к. в конструкции инженерной доски уже есть фанерное основание.
Существуют модели, которые можно укладывать ёлкой, французской ёлкой, квадратами, дополнять декоративными вставками и т.д.

Минусы:

Инженерную доску не рекомендуется укладывать плавающим способом из-за риска коробления.
Инженерную доску укладывать немного дороже чем паркетную, плюс к стоимости работ также прибавляется клей.
В укладке инженерной доски существуют нюансы, поэтому выполнение работ можно доверять только специалистам.
Инженерную доску нельзя разобрать и собрать. Можно, но сложнее заменить поврежденные планки, чем в паркетной доске.

Что такое инженерная доска

Чем отличается паркетная доска от инженерной доски? Структура аналогична – оба покрытия многослойны. Однако, паркетная доска – это натуральный продукт, а для инженерной доски используются продукты деревообработки – фанера, шпон.

В этой связи плюсы и минусы пола разнятся.

Преимущества инженерной доски

• Многослойная фанера лучше переносит негативные влияния на древесину благодаря перпендикулярно уложенным волокнам материала. Стабилизация пола – отличная. На таком покрытии редко появляются трещины, возникает скрип. • Аналогично паркету, инженерная доска красива.

Важно только сразу подбирать нужное количество ламелей, иначе потом найти подходящий тон – проблематично. • Несмотря на не совсем экологичную структуру за счет клеев, вредных испарений можно не бояться. В состав входят силиконовые добавки, инертные для здоровья человека. • Для настила не требуется дополнительного выравнивания полов, так как фанерный слой уже дает ровное основание.

В отличие инженерной доски от паркетной, последняя требует многочисленных этапов по изготовлению новой стяжки, гидроизоляции и компенсации линейных расширений. • Ремонтопригодность верхнего слоя инженерной доски высока благодаря его толщине. В отличие от доски паркета, где он составляет 4 мм минимум, минимальный параметр инженерной доски – 8 мм. Циклевать и покрывать лаком возможно в 2–3 раза дольше, чем паркет. • Цена инженерной доски ниже дорогостоящего паркета.

Недостатки

Они аналогичны натуральному паркету. Кроме того, инженерная доска всегда стелется на клей, что повышает расходы на монтаж и делает материал неремонтопригодным в случае порчи участка пола.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНЖЕНЕРНЫХ ДОСОК

На российском рынке строительных материалов инженерные доски появились относительно недавно, но в США и в европейских странах такое напольное покрытие уже давно может похвастаться огромным спросом. Производители инженерных досок не могут нарадоваться своему изобретению, ведь оно грамотно сочетает в себе всевозможные достоинства более ранних строительных разработок и натуральную древесину. Различают двухслойные и трехслойные инженерные доски. На данный момент самым популярным вариантом являются именно двухслойные строительные материалы.

Самый верхний слой инженерных досок в толщину может достигать 6,2 миллиметра, а минимальное значение его толщины составляет 4 миллиметра. Под ним располагается еще один слой толщиной в 12-15 миллиметров, выполненный из специальной фанеры, которая обладает влагостойкостью. Как и в случае с паркетными досками, верхнее покрытие строительных элементов делается из дорогих и ценных древесных пород. Чаще всего российские производители используют дуб. Дубовые инженерные доски не только отличаются привлекательным внешним видом, но и могут похвастать лучшими качествами строительной породы. Дубовые полы прекрасно переносят механическую нагрузку и не меняют свои свойства при перепадах температур, они не боятся массивной мебели и повреждений.

Инженерные доски обладают длительным сроком эксплуатации, но даже в случае нанесения серьезных царапин или повреждений такое покрытие можно быстро и легко отшлифовать, не потеряв при этом заданных характеристик и товарного вида. Аналогичную процедуру можно без последствий проводить приблизительно четыре раза. Высокое качество данного строительного материала появляется не только за счет высококлассных производственных материалов, но и благодаря применению современных технологий позволяющих избежать возникновения трещин и царапин на поверхности досок еще в процессе производства. По внешнему виду инженерные доски очень сильно напоминают массивные строительные покрытия и обладают такими же качествами, но отличаются приемлемой стоимостью.

Стоит также упомянуть, что нижний слой в инженерной конструкции досок в свою очередь насчитывает пять или семь влагостойких слоев из фанеры, расположенных перпендикулярно друг к другу, что придает данному строительному материалу максимально возможный уровень прочности и устойчивости к температурным изменениям. Между собой рабочие слои инженерных досок соединяются при помощи полиуретанового клея. Такое сочетание влагостойких материалов позволяет таким доскам сохранять все свои свойства даже в условиях чрезмерной сырости. Более того, все составляющие элементы и вещества инженерных досок отличаются экологической чистотой, а также неподвластны сезонным колебаниям.

Монтаж инженерных досок можно выполнить практически любым удобным для вас способом. Довольно часто их устанавливают поверх бетонных стяжек, древесного покрытия, чернового пола или любого другого плотного основания. Доски садятся на специальный водостойкий клей или же привинчиваются саморезами к фанерной основе. Иногда применяется также конструкция теплого пола, а в некоторых случаях полотна инженерных досок устилаются на специальную подложку. Также довольно популярным считается плавающий тип установки таких досок.

Сравнение двух материалов

Итак, паркетная доска или инженерная доска что лучше? Давайте сравним напольные покрытия по основным конкретным показателям, интересующим потребителя:

Долговечность

В зависимости от толщины паркетной или инженерной доски – понятие долговечности варьируется. Производители паркета заявляют о нескольких десятках лет для собственного продукта, изготовители инженерной доски – то же самое. Реальные отзывы говорят о положительных результатах во время эксплуатации второго варианта ввиду многослойности не только самой доски, но и стабилизационного слоя – фанера сама по себе многослойна.

Прочность

Прочность напольного покрытия зависит от его изначальных параметров и своевременного специфического ухода. Большей толщиной верхнего слоя обладает инженерная доска, следовательно, она меньше подвержена давлению, перепадам температур и прочим факторам.

Прочность паркета зависит от твердости породы древесины и окончательного покрытия – масла или лака. Последний более устойчив к негативным влияниям, так как слой полимеризован.

Способ укладки

Паркетную доску укладывают разнообразными способами. Для этого ламель снабжена замковыми механизмами. Палубная укладка сокращает срок монтажа, увеличивает или уменьшает объем комнат.

Аналогично укладывают и инженерную доску, но она монтируется только на клей, следовательно, работа затянется.

Паркетная доска

Как уже упоминалось выше, паркетная доска состоит из трех слоев древесины различных сортов и назначения. Такая конструкция обеспечивает высокую прочность половиц, а также их устойчивость к изменению температур и высокой влажности. Как правило, лицевой слой паркета (ламель толщиной 1-4 мм) изготавливается из ценных пород древесины, обладающих достаточной прочностью и красивым рисунком волокна.

Для придания поверхности более оригинального внешнего вида лицевая часть может подвергаться различным видам обработки, включая тонировку лаками и маслами, а также брашированию. Паркетная доска, предназначенная для укладки полов с высокой интенсивностью эксплуатации, подвергается многоразовому лакированию, повышающему износостойкость поверхности. Средний слой изготавливается преимущественно из хвойной древесины с толщиной реек от 8 до 9 мм. Также он имеет элементы замковых соединений, облегчающих процесс укладки пола.

Нижний слой или основа выполнены из сплошного массива древесины хвойных пород. Его толщина составляет всего 1 -1.5 мм, что позволяет не утяжелять конструкцию пола. Таким образом, к основным преимуществам паркета можно отнести высокую надежность, практичность в эксплуатации и привлекательный внешний вид, позволяющий создавать сложные узоры или рисунки в зависимости от нюансов оформления интерьера.

Выводы

Итак, что же выбрать? Подытожим: оба покрытия красивы и экологичны. Но стоит помнить, что они одинаково капризны в уходе. По прочности и долговечности лидирует инженерная доска, легче укладывать паркетную. Цена при определении собственного напольного покрытия – важна, но не определяет выбора. Например, паркет, ввиду натуральной ценной древесины – дорог, хотя обладает меньшими износоустойчивыми качествами, в отличие от инженерной доски. Решать вам!

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Как выбрать паркетную доску | Студия Envy Home

● Kahrs (Швеция) — компания Черс считается одним из мировых лидеров по производству паркетной доски. Среди достоинств отмечаются широкий выбор товара разных ценовых сегментов, безопасное покрытие, прочность сцепления и высокая износостойкость. Самой востребованной серией является Linnea;

● Haro (Германия) — одна из крупнейших компаний в Европе с 140-летним опытом. Haro производит паркетную доску премиум-класса, а оценки специалистов и покупателей говорят об отменном качестве паркета, его долговечности и гигиеничности. Компания сочетает современные технологии и старинные обычаи деревообработки;

● Weitzer Parkett (Австрия) — фабрика с 180-летней историей, в ассортименте которой около 3500 наименований, в том числе паркетная доска со встроенной шумоизоляцией. Weitzer активно сотрудничает с Greenpeace, подтверждая звание самого экологически ответственного производителя;

● Boen — крупная международная компания с широким ассортиментом качественных напольных покрытий. История компании насчитывает 470 лет, поэтому о паркете её инженеры знают практически всё. Boen управляется норвежскими менеджерами, но основное производство сосредоточено в Германии и Литве;

● Quick-Step – производства находятся в Малайзии и Чехии и их главное отличие состоит в сорте древесины для среднего слоя паркетной доски. В Малайзии используют гевею, а на чешском производстве – хвойные породы. Гевея твёрже и подходит для использования в условиях повышенной влажности, а вот при низкой влажности хвоя показывает себя лучше.

Верхний слой паркетной доски Quick-Step обрабатывается ультрафиолетом, благодаря чему продукт не дает заметных изменений цвета;

● Tarkett/Sinteros (Швеция-Сербия-Россия) — компания выпускает напольные покрытия под двумя марками совместно с Россией и Сербией. Таркетт производит продукцию высокого класса, но на российском рынке изредка встречается брак по геометрии. Синтерос, хотя и принадлежит к бюджетной категории, выпускает достойные внимания продукты, которые отличаются высоким качеством;

● Upofloor/Karelia (Финляндия-Россия) — по качеству Upofloor не отличается от продуктов Карелии, но требования к селекции у Upofloor не такие высокие. Концерн обладает широким ассортиментом продукции на любой вкус и для разного ценового сегмента;

● Polarwood — паркетная доска Polarwood производится российским подразделением концерна Upofloor/Karelia. Фирма позиционируется как бюджетное решение и хорошо зарекомендовала себя, так как технология изготовления не отличается от паркетной доски премиум-сегмента Karelia. Отличия заключаются в небольшом количестве расцветок и низкой селекции;

● Barlinek (Польша-Украина) — насчитывает более чем вековую историю. Коллекции, которые производятся на польских заводах, благодаря высоким европейским стандартам, обладают лучшим качеством, чем выпускаемые на украинском производстве. Барлинек можно поставить в один ряд с такими производителями, как Таркетт и Упофлор. Недостатки, в виде слабых замков, встречаются у украинского производства — такую доску используют при бюджетных ремонтах;

● Amber Wood (Россия) — молодая фабрика, начавшая свою деятельность в 2005 году. В кротчайшие сроки завоевала доверие покупателей. Благодаря качественной просушке и современному оборудованию завод предлагает неплохую продукцию по доступным ценам.

Температурная адаптация асфальтового покрытия к высоким температурам и значительным перепадам температур

Температурная адаптируемость асфальтовых покрытий очень важна из-за их потенциального влияния на конструкцию дорожной одежды, особенно в районах, где наблюдаются значительные перепады температур. В этой статье была разработана модель конечных элементов (КЭ), и шоссе Турфан-Сяокао-Лейк в южном Синьцзяне было взято в качестве примера проектирования, которое имеет тенденцию испытывать неблагоприятные условия окружающей среды (разница температур: 25.5°С; 14 июля 2008 г.). В этой модели использовались обобщенная модель Кельвина и модель Бюргерса. Учитывалось изменение давления в шинах во времени. Для руководства проектированием конструкции дорожного покрытия и контроля повреждений дорожного покрытия в этом районе были выбраны семь альтернативных конструкций дорожного покрытия для моделирования и анализа температурных полей дорожного покрытия и механических реакций. Было замечено, что влияние температуры воздуха оказало наибольшее влияние на Стр-1, возможно, из-за самого тонкого слоя асфальта. Кроме того, когда в качестве показателей оценки были взяты глубина колеи, максимальное напряжение сдвига асфальтового покрытия, прогиб на поверхности покрытия и сжимающие деформации на верхней поверхности земляного полотна, адаптируемость асфальтовых покрытий с составными слоями основания имела очевидное преимущество благодаря их сильное поглощение и отражение ударной нагрузки.Адаптивность семи структур, проанализированных в этой статье, уменьшалась в следующем порядке: Str-5 > Str-6 > Str-4 > Str-2 > Str-m > Str-1 > Str-3. Кроме того, это нарушило традиционное представление о том, что асфальтобетонное покрытие с гибким основанием обладает плохой устойчивостью к колееобразованию. Кроме того, это также предполагает, что при одинаковой толщине слоев асфальтобетонного покрытия увеличение толщины химически обработанных базовых слоев могло бы повысить устойчивость к деформации, и наоборот.

1.Введение

Асфальтовые смеси чувствительны к температуре, поэтому значительные перепады температур всегда являются неблагоприятными факторами для строительства и ремонта асфальтобетонного покрытия. Однако они не считаются обязательными при проектировании асфальтового покрытия в таких районах, что является фундаментальным недостатком теоретической системы проектирования дорожного покрытия в Китае. Более того, при одновременном воздействии климатических характеристик со значительными перепадами температур и высокими температурами конструкции дорожной одежды будут подвергаться более неблагоприятным условиям, что, скорее всего, приведет к преждевременному разрушению асфальтобетонного покрытия, что отрицательно скажется на его эксплуатационных характеристиках и долговечности.Например, Синьцзян-Уйгурский автономный район Китая (далее Синьцзян), в его южной части, характеризуется большим суточным и годовым перепадом температур и постоянными высокими температурами воздуха. В высокотемпературный сезон суточный перепад температур мог составлять более 20°С, а максимальная температура могла достигать 47,7°С [1]. В этом районе под влиянием высоких температур и значительных температурных перепадов повреждения асфальтового покрытия, такие как колейность и толкание, очень серьезны.На национальной трассе нет. 314, разрез Акесу-Кашгар, средняя глубина колеи составила 10,5 мм, максимальная глубина колеи могла достигать 17 мм.

При анализе воздействия значительных температурных перепадов и высоких температур на асфальтовые покрытия основное внимание уделялось следующим двум аспектам: температурным полям дорожного покрытия и индуцированным механическим реакциям дорожного покрытия. В этих двух аспектах первый был основой для расчета и оценки теплового воздействия на конструкции асфальтового покрытия, а второй был прямым отражением приспособляемости конструкций дорожного покрытия к значительным температурным перепадам и высоким температурам.

Для анализа температурных полей дорожной одежды существует два подхода [2]: метод теоретического анализа и метод статистического анализа. Первый заключался в расчете температурных полей асфальтового покрытия с помощью теории теплообмена на основе климатологических данных. Второй заключался в установлении связи между температурными полями дорожного покрытия и условиями окружающей среды, такими как температура воздуха и радиация, посредством статистической регрессии на основе температур дорожного покрытия и метеорологических данных, полученных от полевого оборудования.

Поскольку в 1950-х годах исследования температурных полей дорожного покрытия были тщательно изучены, их можно разделить на три этапа в зависимости от целей, содержания и методов. Первый этап длился с 1950-х по 1990-е годы, и исследования в основном были сосредоточены на закономерностях изменения и распределении температур дорожного покрытия [2–6]. Однако из-за ограниченных экспериментальных условий и полевого оборудования данных, полученных в этот период, было недостаточно, и их репрезентативность была недостаточно сильной.Таким образом, в большинстве случаев был выбран метод теоретического анализа. Результаты исследований в основном ограничивались теоретическим анализом на основе одномерной модели теплопроводности и редко применялись на практике. Второй этап пришелся на 1990-е годы, и в этот период Superpave был предложен и тщательно изучен. Требовалось, чтобы битумное вяжущее удовлетворяло определенным показателям производительности при максимальных и минимальных расчетных температурах, что стало важной вехой в изучении температуры дорожного покрытия.Однако этот подход (уровень производительности) подвергся серьезной критике из-за невозможности правильно охарактеризовать битумное вяжущее [7–10]. Отсутствовала корреляция между высокотемпературным параметром () и характеристиками асфальтобетонной смеси или покрытия, особенно модифицированной асфальтобетонной смеси [7]. Кроме того, в США и Канаде был собран значительный объем данных о температуре дорожного покрытия и метеорологических данных, а также была создана база данных, которая на раннем этапе заполнила пробел в отношении ограниченных полученных данных.На этом этапе цель была в значительной степени ясна: определить самые экстремальные температурные условия, которые асфальтовое покрытие может выдержать за свой срок службы. Третий этап обозначил 21 век. Исследования по методу теоретического анализа и методу статистического анализа достигли быстрого и блестящего прогресса. Благодаря базе данных, созданной в 1990-х годах, совершенствовались и совершенствовались модели прогноза температуры [11–14]. Кроме того, было смоделировано изменение температуры за короткий период, например, 1 день или 1 час, как правило, с помощью метода конечных элементов (КЭ) [15–17].

Однако, несмотря на большую базу данных и теоретические расчеты в настоящее время, все еще оставались две проблемы: первая заключалась в том, что адаптируемость моделей прогнозирования и теоретического анализа была сомнительной и, вероятно, ограниченной, поскольку условия значительных температурных перепадов и высоких температур были ограничены. специальные и редко реконструируемые в других районах. Во-вторых, влияние конструкции и материалов не могло быть отражено в предлагаемых моделях прогнозирования, которые имели ограниченные рекомендации по проектированию дорожного покрытия в таких районах. В этом случае по сравнению с методом статистического анализа был рекомендован метод теоретического анализа; однако особые условия значительных температурных перепадов и высоких температур требуют детального анализа.

Кроме того, для моделирования механических реакций дорожного покрытия исследования можно условно разделить на две категории: механические свойства асфальтобетонных смесей при различных температурах [18–20], т. е. посредством разрушающего испытания при определенной температуре, и механическое моделирование асфальтобетонных покрытий при температуре окружающей среды [16, 21–24], то есть с помощью обоснованной методологии китайского проектирования конструкций дорожного покрытия или конечно-элементного анализа.

Ключом к точному прогнозированию механики дорожного покрытия является более реалистичное моделирование реакции дорожного покрытия с точки зрения условий нагрузки, характеристик материала и условий окружающей среды. Однако в существующей теоретической системе проектирования дорожных покрытий в Китае принята теория многослойной упругости, которая имеет ряд ограничений, приводящих к неточным механическим характеристикам, включая предположение о температуре окружающей среды, постоянных транспортных нагрузках и анализе линейной упругости асфальта. бетон и основные материалы.Напротив, метод КЭ более точно моделирует реакцию дорожного покрытия.

Однако в настоящее время в моделировании высокотемпературного климата со значительными перепадами температур имеются фатальные недостатки, поскольку этой климатической характеристике не уделяется достаточного внимания. На пороге, в текущих исследованиях, такие условия окружающей среды не могли быть реалистично смоделированы. В теории многослойной упругости температура окружающей среды принималась равной 20°С.Во-вторых, асфальтобетонная смесь обладает как вязкоупругостью, так и пластичностью. В случае значительных температурных перепадов и высоких температур происходит переход от доминирующей вязкоупругости к доминирующей пластичности. Что касается асфальтовых покрытий, то при многократном воздействии транспортных нагрузок накопленная в дневное время вязкоупругая деформация трансформируется в пластическую. Однако в настоящее время в КЭ-анализе просто связаны температура и транспортные нагрузки, и эта материальная характеристика преобразования вязкоупругости и пластичности коммутативно не может быть представлена.

Таким образом, при проектировании дорожного покрытия в районах, испытывающих значительные перепады температур и высокие температуры, крайне важно специально изучить адаптируемость асфальтового покрытия. Расположенный в Центральной Азии и Северо-Западном Китае, вдали от моря, южный Синьцзян является типичным районом значительных температурных перепадов и высоких температур. В этой статье в качестве примера инженерии было взято шоссе Турфан-Сяокао-Лейк в южной части Синьцзяна. Были выбраны семь альтернативных конструкций асфальтового покрытия, обычно используемых в Китае и на юге Синьцзяна, а их температурные поля и механические характеристики были смоделированы и проанализированы с помощью программы FE (ANSYS).

Этот документ организован следующим образом: (1) Введение климатических характеристик в южной части Синьцзяна и районах вдоль шоссе Турфан-озеро Сяокао (называемых районом озера Турфан-Сяокао), который является типичным представлением области, испытывающей большие температурные перепады и высокие температуры(2)Исследование типичных повреждений дорожного покрытия в южном Синьцзяне(3)Предлагаемые модели КЭ и тепловые и механические граничные условия для дорожного покрытия(4)Характеристика материала и конститутивная модель асфальтовой смеси(5)Результаты моделирования дорожного покрытия Температурные поля и механические реакции асфальтовых покрытий, подверженных значительным температурным перепадам и высоким температурам(6)Выводы и предложения по будущей конструкции дорожного покрытия для районов, испытывающих большие перепады температур и высокие температуры.

2. Климатические характеристики района озер Турфан-Сяокао

По географическому признаку Синьцзян расположен в Центральной Азии (показан на рис. 1), а южный Синьцзян состоит из южного Акесу, Турфана, Байинголина, Хотана, Кашгар и так далее. Он испытывает постоянные высокие температуры, обильное солнце, значительные перепады температур и нечастые осадки. Расположение шоссе Турфан-озеро Сяокао показано на рисунке 2.

2.1. Постоянные высокие температуры и значительные перепады температур
В южном Синьцзяне лето длится 4-5 месяцев, а климатические характеристики включают значительные перепады температур, обилие солнечного света, палящую жару и продолжительный сезон высоких температур. Годовая продолжительность солнечного сияния может достигать 3000–3500 часов, а среднегодовая радиация составляет примерно 6000 МДж/м ² [25]. Из рисунков 3(а)–3(в) видно состояние постоянных значительных температурных перепадов и высоких температур на юге Синьцзяна и в районе озера Турфан-Сяокао, особенно в Турфане.
Из рис. 3 видно, что максимальные температуры воздуха в Турфане, Хотане и Кашгаре в июле 2013 г. составили 43,9°С, 40,2°С и 39,4°С соответственно. За весь высокотемпературный сезон в Турфане среднее число дней с температурой воздуха выше 35°С составило 98, а среднее число дней с температурой воздуха выше 40°С – 34. суточная разница температур может достигать 17,3°C. Таким образом, в данном исследовании под этим температурным режимом понимается климат со значительными температурными перепадами и высокими температурами.
2.2. Экстремальная засуха
В южной части Синьцзяна среднегодовое количество осадков составляет менее 100 мм; однако годовое испарение составляет около 1000–4500 мм. В Турфане количество осадков в 1998 г. составило 33,4 мм, что было самым высоким показателем за последние шесть десятилетий; в 1976 г. она составляла 4,3 мм, что было самым низким показателем [26]. В результате исследования осадков в крупных городах вдоль национальных автомагистралей на юге Синьцзяна с 1997 по 2006 год [27] на рис. 4 можно было обнаружить, что осадков в Кашгаре в январе было больше, чем в других городах, но все же меньше, чем в других городах. 18 мм.Осадков в Турфане было мало, менее 4 мм. Отсюда можно сделать вывод, что крайняя засушливость была одной из климатических характеристик южного Синьцзяна.

3. Исследование повреждений дорожного покрытия в Южном Синьцзяне
Были исследованы участки 314 (участок Хотан и участок Акесу-Кашгар), 315 (участок Корла) и 30 (участок Кумул) в южном Синьцзяне. По результатам расследования было установлено, что деформация асфальтового покрытия, такая как колейность и толкание, является основной проблемой в этом районе.
3.1. Колейность
Результаты исследования колейности представлены на рисунке 5 и в таблице 1. 314, 315 и 30 были средними.
2925 + 350
PK RUTTING Длина (M) Глубина рутинга (CM) PK Rutting Длина (M) Глубина подъемки (см)
K2923 + 700-K2924 + 150 450 450 3 K2942 + 300-K2943 + 000 700 2. 0-4.0
K2924 + 150-K2924 + 900 750 3.5-5.5 K2944 + 40063 K2944 + 400-K2944 + 700 300 1
K2924 +
450 11 K2945 + 500-K2946 + 200 700 1,0-2,0 1,0-2,0
K2925 + 350-K2925 + 600 250 4.0-6.0 K2947 + 000-K2948 + 000 1000 2
К2925 + 600–К2927 + 300 1700 2.0-3.0 K2949 + 600-K2950 + 400 800 1.0-2.0
K2932 + 900- K2933 + 500 600 2.0-3.0 K2951 + 400-K2951 + 800 450 2.0-3.0
K2933 + 500-K2933 + 800 300 4.0-5.0 K2951 + 850-K2952 + 050 200 5
K2933 + 800-K2934 + 000 200 7 K2952 + 050–K2952 + 500 450 3. 0-3.5
K2934 + 000-K2934 + 150 150 10.0-13.5 K2954 + 500-K2955 + 800 1300 4,5
K2934 + 150-K2934 + 300 + 300 150 7 7 K2979 + 000 — K2980 + 200 1200 2
K2934 + 300-K2934 + 500 200 6 K2991 + 000-K2991 + 800 800 4
К2934 + 500–К2934 + 950 450 2.0-3.0 K2999 + 000-K2999 + 300 + 300 300 2.0-3.0 2.0-3.0
Через расследование страданий тротуара в Нос. 314 и 315, можно обнаружить, что средняя глубина колеи нет. 314 (участок Акесу-Кашгар) составляла 10,5 мм, а максимальная глубина колеи составляла 17 мм, возможно, из-за того, что толщина асфальтового слоя была относительно небольшой. Более того, нет. 315 (участок Корла) состоял из двух слоев асфальта.Средняя глубина колеи составила 9,7 мм, а максимальная глубина колеи — 12,3 мм. Таким образом, можно сделать вывод, что основной причиной серьезной колейности в южном Синьцзяне было совокупное воздействие суровых условий окружающей среды (чрезвычайно высокие температуры и значительные температурные перепады) и транспортных нагрузок. Кроме того, на развитие колейности будет влиять прочность асфальтобетонной смеси на сдвиг.
3.2. Толкание
По результатам расследования толкание на национальной трассе нет.30 (Разрез Кумуля) показан на Рисунке 6, и он был очень сильным. Было замечено, что толщина асфальтового покрытия трассы республиканского значения №. 30 (разрез Кумуль) был очень тонким и менее 15 см. Таким образом, можно сделать вывод, что относительно тонкий слой асфальта может легко спровоцировать толкание.

4. Конструкция дорожного покрытия и модель КЭ
4.1. Структура дорожного покрытия
В соответствии с местным стандартом Руководства по проектированию асфальтового покрытия шоссе Синьцзян и конструкциями асфальтового покрытия, обычно используемыми в Китае, для автомагистрали Турфан-озеро Сяокао было выбрано семь конструкций дорожного покрытия. Они показаны в Таблице 2. Str-m и Str-1 часто используются в южном Синьцзяне, и толщина их асфальтового покрытия относительно мала по сравнению с другими конструкциями.
50738, . ,
2003б
Цилиндрический зонд с постоянной температурой — определение пластовой теплопроводности и контактного термического сопротивления
,
Геотермия
, том.
32
(стр.
187
—
93
)http://dx.doi.org/10.1016/S0375-6505(03)00014-203756505, . ,
1959
Рассеивание температурного эффекта бурения скважины в арктической Аляске
,
US Geol. Surv. Бык.
, том.
1083-C
(стр.
74
—
109
). ,
1982
,
Испытание скважин
Серия монографий SPE
Нью-Йорк
Общество инженеров-нефтяников
(стр.
106
—
7
), ,
1967
,
Испытания на восстановление давления и притока в скважинах
Серия Генри Л. Доэрти, том 1
Нью-Йорк
Общество инженеров-нефтяников
.,
1971
Геотермальные аспекты захоронения радиоактивных отходов в недра
,
Ж. Геофиз. Рез.
, том.
76
(стр.
8563
—
8
). ,
1946
,
Поток гомогенных жидкостей через пористую среду
Анн-Арбор, Мичиган
JW Edwards
. ,
1982
,
Термическое восстановление
Серия монографий SPE № 7
Нью-Йорк
Общество инженеров-нефтяников
. ,
1991
,
Анализ скважинных испытаний
Вклад в нефтегазовую геологию и инженерию
Хьюстон, Техас
Gulf Publishing
.,
1984
,
Основы интерпретации ГИС
, том.
тома 1 и 2

Амстердам
Elsevier
. ,
1992
,
Термические свойства и температурно-зависимое поведение систем порода/флюид
Разработки в области нефтяной науки
Амстердам
Elsevier
. ,
1978
Температуры и тепловые потоки в системе цилиндрической симметрии, включая границу раздела фаз
Серия геотермальных исследований, Отдел физики Земли, Энергия, шахты и ресурсы
Оттава, Канада
, vol.
том 7
(стр.
38
—
43
). ,
1986
,
Геофизический каротаж
Нью-Йорк
Академический
, . ,
1949
Применение преобразования Лапласа к задачам фильтрации в резервуарах
,
Trans. AIME
, том.
186
(стр.
305
—
24
), , . ,
2005
Распространение ошибок в оценках статической пластовой температуры в скважинах
Пр.Теплообмен в компонентах и системах для технологий устойчивой энергетики
Гренобль, Франция, 5–7 апреля 2005 г.
(стр.
435
—
42
), . ,
2003
Влияние температуры на теплопроводность, теплоемкость и температуропроводность для различных типов горных пород
,
Физ. хим. Земля
, том.
28
(стр.
499
—
509
)
© 2006 Нанкинский институт геофизической разведки
Конструктивная термодинамика в сочетании с инфракрасными экспериментами для оценки разницы температур в клетках
Термодинамический подход: клеточные потоки и конструктивный закон
Как упоминалось выше, транспорт через мембраны играет решающую роль в клеточном метаболизме.Чтобы разработать новый термодинамический подход открытых систем к метаболическому поведению клеток, важно учитывать, что явления переноса могут быть эффективно исследованы путем применения конструктивного закона. Действительно, конструктивный закон — это новый подход, введенный в термодинамику для объяснения оптимальных форм природных конфигураций ^{32,33,34,35,36,37,38} .
В клетке часть энергии теряется в виде оттока тепла. Кроме того, при описании модуляции метаболических путей известны только результирующие биохимические молекулы, без какой-либо информации об отдельных этапах биохимических и биофизических процессов ⁶ .Поэтому был введен конструктивный подход для анализа поведения ячеек, начиная с взаимосвязи между потоками и необратимостью в ячейках ¹⁴ . Действительно, конструктивная теория подчеркивает фундаментальную роль потоков через границу системы в любом термодинамическом процессе. Более того, таким образом мы также можем получить информацию о взаимодействиях между клетками и средами, которые состоят из реальных потоков через клеточные мембраны. Для этого мы считаем, что клетки являются открытыми и сложными системами, и поэтому их можно анализировать с использованием количественного описания необратимости путем введения конструктивного подхода к клеточному анализу и развития количественного расчета с использованием концепции генерации энтропии ^{. 14,20,21,22,23,24,25} , определяемый как ³³ :
где τ — время жизни процесса, которое можно определить как диапазон времени, в течение которого происходит процесс ^{20,21 ,22,23,24,25} ; Q обозначает теплообмен, T — температуру источника тепла, s — удельную энтропию и G — массовый расход.Генерация энтропии относительно клеток недавно была оценена как 1
S _g,tf – генерация энтропии за счет теплового потока, вызванного разностью температур;
2
S _g,dc — генерация энтропии за счет диффузионного тока, обусловленного градиентами химического потенциала;
3
S _g,vg — генерация энтропии за счет градиента скорости в сочетании с вязким напряжением;
4
S _g,cr — генерация энтропии из-за скорости химической реакции, обусловленной сродством;
5
S _g,de – генерация энтропии за счет необратимости за счет взаимодействия с возможными внешними полями, присутствующими в окружающей среде;
, где τ _i , i ∈ [1,5], – время жизни любого процесса, являющееся временем наблюдения наименьшего общего кратного времен жизни процессов, а L – характерная длина ячейки (что можно оценить как ее диаметр, если ее аппроксимировать сферой) и Δ T – разность температур между клеткой и окружающей ее средой; μ _i – химические потенциалы i -го вида, V _m и d _{m 9068, где – глубина химпотенциала, а градиент мембраны _I ρ I I} (μ I , os , — μ I , IS , — ) / D _M, происходит особенно в цитоплазме, является термическим скорость, ρ _i — концентрация i -го вида, а os и — обозначают снаружи и внутри клетки, соответственно, а T — среднее значение температуры мембрана; η – средний коэффициент вязкости, обозначает скорость центра масс всех компонентов в клетке, d _e слой цитоплазмы и r средний радиус клетки; наконец, N — количество в единицу времени и объема i -й химической реакции, A — сродство, F — сила, возникающая при взаимодействии с внешним полем, Дж — связанный поток.Кроме того, эксергия системы определяется как максимальная работа вала, которая может быть выполнена системой и заданной эталонной средой, которая предполагается бесконечной, находящейся в равновесии и в конечном итоге заключающей в себе все другие системы: среда определяется его температура, давление и химический состав.
Исходя из этих результатов, зависимость между разностью температур между клеткой и окружающей средой и диаметром клетки была получена следующим образом (Lucia, 2014a–f): при ее рождении и Δ T ₀ – разность температур клетки и ее микроокружения в зародыше; константы в уравнении (4) определяются следующим образом ¹⁴ :
1
, с τ ₁ в диапазоне 15–269 мс.
2
, с τ ₂ ≈ 10 с.
3
, с , с в ∼ 1540 м с ⁻¹ .
4
, с τ ₄ в диапазоне 17–1283 нс.
5
, при этом τ ₅ зависит от рассматриваемого взаимодействия.
Кроме того, объем клетки аппроксимируется средней клеточной сферой с диаметром
, где V является объемом клетки. Среднюю температуру ячейки можно принять равной T = 310 K; Δ Т = 0.4 °C, но эту величину следует оценить экспериментально для разных клеточных линий. Характеристическую длину можно оценить как L = 2 r ; плотность внутренней энергии можно оценить как отношение между средней внутренней энергией клетки, которая считается такой же, как у АТФ, U = 3 × 10 ⁻⁷ Дж и средним объемом клетки, принимаемым равным V = 7600 мкм ³ , при этом объем клеток в организме человека находится в пределах 200–15000 мкм ³ , что приводит к u = 3.95 × 10 ⁷ Jm ⁻³ ; средняя тепловая молекулярная скорость внутри цитоплазмы принимается равной = 5 × 10 ⁻⁵ мс ⁻¹, а объем мембраны оценивается как
. Отметим, что градиент химического потенциала можно оценить как отношение между ¹⁴ Среднее значение химического потенциала μ = 1,20 × 10 ^-9 J KG ^-1 и мембрана длины D _м = 0,01 мкм, со средней плотностью ρ = 1000 кг м ^{— 3} ; вязкость оценивается как 6.91 × 10 ⁻³ N с м ⁻² ; d _e можно оценить как d _e = 0,2 r ; η ∼ 2,07 × 10 ⁻³ Н с м ⁻² при 30 °C; оценивается как 3,0 × 10 ^-6 м с ^-1 .
Внешние поля теоретически взвешиваются константой κ. Их вклады зависят от типа рассматриваемых полей, например электромагнитной волны. Рассматривая уравнение (4), можно утверждать, что при внешних полях коэффициент (β − κ)/α становится β/α, а при наличии внешних полей остается равным (β − κ)/α.Это изменение коэффициента определяет изменение разности температур Δ T − Δ T ₀ . Как следствие этого термодинамического анализа, разумно заключить, что разница температур между клетками, которые демонстрируют отличное поведение, может быть усилена взаимодействием между клетками и внешними полями. Этот результат важен, потому что он предлагает два принципа, которые могут иметь отношение к биомедицинским исследованиям:
1
Работа с характеристиками окружающей среды усиливает разницу температур между отдельными типами клеток
2
Оценка различных клеточных фенотипов возможна путем измерения различного количества тепла, обмениваемого с окружающей средой.
Экспериментальная оценка теплового рассеивания с помощью инфракрасной термографии
Мы решили применить два вышеупомянутых принципа к экспериментальной установке, чтобы проверить их. Мы изменили характеристики окружающей среды, подвергнув клетки воздействию КНЧ-ЭМП. Выбранными клеточными моделями были первичные фибробласты и иммортализованная клеточная линия NIH 3T3. Первый является представителем нормальной дифференцированной ткани; последний рассматривается как модель трансформированной пролиферирующей предраковой ткани.Первичные фибробласты и NIh4T3 имеют одинаковое мезенхимальное происхождение. В то время как первичные фибробласты имеют ограниченную продолжительность жизни, таким образом имитируя способность к самообновлению нормальной ткани, NIH 3T3 представляют собой спонтанно иммортализованные клетки, созданные из дезагрегированных эмбриональных фибробластов в 1962 году, и с тех пор стали стандартной клеточной линией фибробластов. Эти два типа клеток имеют одинаковое время удвоения и оба контактно-ингибированы. Первичные фибробласты и NIh4T3 — это две клеточные модели, используемые для сравнения биологических эффектов фармакологического лечения ³⁹, в исследованиях реэпителизации кожи или заживления ран ⁴⁰, при изучении каркасов тканевой инженерии ⁴¹ или в биологических приложениях нанотехнологий ^{42 ,43} .
Получая тепловые инфракрасные изображения, мы оценили рассеивание тепла клетками от 37 °C до комнатной температуры. Как показано на рис. 1, различия в падении температуры были очевидны в течение первых 90 с. Важно подчеркнуть, что, когда клетки не подвергались воздействию электромагнитного поля, картина рассеивания тепла была одинаковой для двух клеточных моделей. Разность температур между двумя образцами, подвергнутыми воздействию электромагнитного поля, рассчитывали как Δ T = ( T _{клеток NIh4T3} − T _{первичных фибробластов} ).Значения Δ T рассчитывали для каждой лунки. Значения, полученные для первичных фибробластов, сравнивали со значениями, относящимися к NIh4T3, высеянному в тот же планшет. Результаты этой оценки были нанесены на график, показанный на рис. 2, который демонстрирует одинаковую картину, полученную в разных экспериментах. Из рис. 2 также видно, что разница температур между двумя клеточными моделями является самой высокой в первые 90 с, а клетки NIh4T3 в первые 120 с показывают значение на T выше, чем для первичных фибробластов на той же пластине.Из данных, относящихся к клеткам, подвергнутым воздействию магнитного поля, видно, что клетки NIh4T3 имеют более высокий уровень внутренней энергии, чем первичные фибробласты. Разница сохраняется только тогда, когда клетки подвергаются воздействию электромагнитного поля; если нет, то разность температур остается постоянной на минимальных значениях, как показано на рис. 3. Для количественной оценки величины разности температур, вызванной магнитным полем, мы выразили такую разность как:
Рисунок 1
модели.
Термическую дисперсию оценивали при комнатной температуре с помощью инфракрасной термографической камеры. Два разных препарата первичных фибробластов (Fb1 и Fb2) и клеток NIH 3T3 анализировали в одинаковых условиях, подвергая их воздействию электромагнитного поля (ELF) в течение 6 дней или не подвергая их воздействию. Рисунок представляет набор из трех независимых экспериментов.
Рисунок 2
Различия в термической дисперсии клеток, подвергнутых воздействию электромагнитного поля.
Два разных препарата первичных фибробластов (Fb1 и Fb2) и клеток NIH 3T3 анализировали после 6 дней воздействия электромагнитного поля.Значения Δ T рассчитывали для каждой лунки. Значения клеток NIh4T3 сравнивали со значениями первичных фибробластов, высеянных на тот же планшет. Разность температур: T _NIh4T3 − T _Fb .
Рисунок 3
Различия в тепловом рассеивании клеток внутри и вне электромагнитного поля.
Первичные фибробласты (FB1) и клетки NIh4T3 анализировали после 6 дней воздействия электромагнитного поля или обычных условий культивирования.Значения Δ T рассчитывали для каждой лунки. Значения клеток NIh4T3 сравнивали со значениями первичных фибробластов, высеянных на тот же планшет. Разность температур: T _NIh4T3 − T _Fb .
и получили график, показанный на рис. 4. Это соотношение является показателем того, насколько первичные фибробласты более эффективны в термической дисперсии, чем клетки NIh4T3, и было определено как индекс термической дисперсии: этот индекс представляет неспособность клеток приспособить свою тепловую мощность к изменениям окружающей среды.
Рисунок 4
Показатель тепловой дисперсии сотовых моделей.
Первичные фибробласты (Fb1) и клетки NIH 3T3 были проанализированы после 6 дней воздействия электромагнитного поля. Значения Δ T рассчитывали для каждой лунки. Значения клеток NIh4T3 сравнивали со значениями первичных фибробластов, высеянных на тот же планшет, и выражали в процентах. Ставка представлена.
Первичные фибробласты демонстрируют высокий индекс дисперсии с максимальным значением 800% по сравнению с NIh4T3, что означает, что первичные фибробласты более эффективно регулируют свое тепловыделение или диссипацию, чем клетки NIh4T3.
Результаты этого экспериментального подхода демонстрируют, что при выборе условий окружающей среды можно оценить различные клеточные фенотипы; эти различия можно оценить по картинам тепловой дисперсии, измеренным с помощью инфракрасной термографии.
Инженеры создали искусственную кожу, которая «чувствует» изменения температуры
Группа инженеров и ученых из Калифорнийского технологического института и ETH Zurich разработала искусственную кожу, способную обнаруживать изменения температуры, используя механизм, аналогичный тому, который используется в органе, который позволяет гадюкам чувствовать свою добычу.
Материал может быть пересажен на протезы конечностей для восстановления температурной чувствительности у людей с ампутированными конечностями. Его также можно наносить на повязки для оказания первой помощи, чтобы предупреждать медицинских работников о повышении температуры — признаке инфекции — в ранах.
Статья о новом материале будет опубликована в журнале Science Robotics 1 февраля. лаборатория.Оказалось, что компонентом, ответственным за температурную чувствительность, был пектин, молекула с длинной цепью, присутствующая в клеточных стенках растений.
«Пектин широко используется в пищевой промышленности в качестве желирующего агента; из него делают варенье. Поэтому его легко достать, а также он очень дешев», — говорит Дарайо, профессор машиностроения и прикладной физики в Инженерном отделе. и прикладная наука.

Кьяра Дарайо, профессор машиностроения и прикладной физики в Отделе инженерии и прикладных наук, объясняет, как работает новая термочувствительная искусственная кожа.
Заинтригованные, команда переключила свое внимание на пектин и в конечном итоге создала тонкую прозрачную гибкую пленку из пектина и воды, толщина которой может составлять всего 20 микрометров (что эквивалентно диаметру человеческого волоса). Молекулы пектина в пленке имеют слабосвязанную двухцепочечную структуру, содержащую ионы кальция. При повышении температуры эти связи разрываются, и двойные нити «расстегиваются», высвобождая положительно заряженные ионы кальция.
Либо повышенная концентрация свободных ионов кальция, либо их повышенная подвижность (вероятно, и то, и другое, предполагают исследователи) приводит к снижению электрического сопротивления по всему материалу, что можно обнаружить с помощью мультиметра, подключенного к электродам, встроенным в пленку.
Пленка определяет температуру с помощью механизма, похожего, но не идентичного, на органы ямок у гадюк, которые позволяют змеям ощущать теплую добычу в темноте, обнаруживая излучаемое тепло. В этих органах ионные каналы в клеточной мембране чувствительных нервных волокон расширяются при повышении температуры. Это расширение позволяет ионам кальция течь, вызывая электрические импульсы.
Существующие электронные скины могут ощущать изменения температуры менее чем на одну десятую градуса Цельсия в диапазоне 5 градусов.Новая кожа может воспринимать изменения, которые на порядок меньше, и имеет чувствительность, которая на два порядка больше, чем у других электронных скинов в диапазоне температур 45 градусов.
На данный момент кожа способна обнаруживать эти крошечные изменения в диапазоне температур примерно от 5 до 50 градусов по Цельсию (от 41 до 158 градусов по Фаренгейту), что полезно для робототехники и биомедицинских приложений. Затем команда Дарайо хотела бы повысить ее до 90 градусов по Цельсию (194 градуса по Фаренгейту).Это сделало бы датчики пектина полезными для промышленных применений, таких как тепловые датчики в бытовой электронике или роботизированные скины для улучшения взаимодействия человека и робота. Для этого им нужно будет изменить процесс изготовления, который они сейчас используют для создания материала, поскольку этот процесс приводит к присутствию воды, которая имеет тенденцию пузыриться или испаряться при высоких температурах.
В ETH Дарайо сотрудничал с исследователем с докторской степенью Раффаэле Ди Джакомо; аспиранты Лука Бонаноми и Винченцо Костанца; и приглашенный профессор Бруно Мареска из Университета Салерно, Италия.Их статья называется «Биомиметический термочувствительный слой для искусственной кожи». Это исследование финансировалось Швейцарским национальным научным фондом.
Высокотемпературная электроника создает проблемы проектирования и надежности
Введение
Многие отрасли нуждаются в электронике, которая может надежно работать в суровых условиях, включая чрезвычайно высокие температуры. Традиционно инженерам приходилось полагаться на активное или пассивное охлаждение при проектировании электроники, которая должна функционировать за пределами нормального температурного диапазона, но в некоторых приложениях охлаждение может оказаться невозможным — или может быть более привлекательным, чтобы электроника работала в горячем состоянии для повышения надежности системы. или снизить стоимость.Этот выбор создает проблемы, которые затрагивают многие аспекты электронной системы, включая кремний, корпус, методологию квалификации и методы проектирования.
Высокотемпературные приложения
Старейшим и в настоящее время крупнейшим пользователем высокотемпературной электроники (>150°C) является скважинная нефтегазовая промышленность (рис. 1). В этом случае рабочая температура зависит от глубины скважины. Во всем мире типичный геотермальный градиент составляет 25°C/км глубины, но в некоторых районах он выше.
Рис. 1. Операция бурения скважины.
В прошлом максимальное бурение проводилось при температуре от 150°C до 175°C, но сокращающиеся запасы легкодоступных природных ресурсов в сочетании с достижениями в области технологий побудили промышленность бурить глубже, а также в регионах мира. с более высоким геотермическим градиентом. Температура в этих враждебных скважинах может превышать 200°C, а давление выше 25 kpsi. Активное охлаждение непрактично в этих суровых условиях, а методы пассивного охлаждения неэффективны, если нагрев не ограничивается электроникой.
Применение высокотемпературной электроники в скважинной промышленности может быть весьма сложным. Во-первых, во время бурения электроника и датчики управляют буровым оборудованием и следят за его исправностью. С появлением технологии наклонно-направленного бурения высокоэффективная геонавигационная аппаратура должна направлять положение ствола скважины к точной геологической цели.
Во время бурения или вскоре после него сложные скважинные приборы собирают данные об окружающих геологических формациях.Этот метод, известный как каротаж скважины , измеряет удельное сопротивление, радиоактивность, акустическое время распространения, магнитный резонанс и другие свойства для определения характеристик пласта, таких как литология, пористость, проницаемость и насыщенность водой/углеводородами. Эти данные позволяют геологу судить о типах горных пород в формации, типах присутствующих флюидов и их местонахождении, а также о том, можно ли на самом деле извлечь достаточное количество углеводородов из флюидоносных зон.
Наконец, на этапах заканчивания и производства электронные системы контролируют давление, температуру, вибрацию и многофазный поток, а также активно контролируют клапаны. Для удовлетворения этих потребностей требуется полная сигнальная цепочка из высокопроизводительных компонентов (рис. 2). Надежность системы имеет первостепенное значение, поскольку стоимость простоя из-за отказа оборудования может быть весьма серьезной. На извлечение и замену вышедшего из строя блока электроники бурильной колонны, работающей на много миль под землей, может уйти больше суток, а стоимость эксплуатации сложной глубоководной морской буровой установки составляет порядка 1 миллиона долларов в день!
Фигура 2.Упрощенная цепочка сигналов скважинных каротажных приборов.
Другие пользователи: Помимо нефтяной и газовой промышленности, появляются и другие области применения, такие как авионика , для высокотемпературной электроники. В авиационной промышленности сейчас наблюдается растущее движение к «более электрическим самолетам» (MEA). Частью этой инициативы является замена традиционных централизованных контроллеров двигателей распределенными системами управления. ¹ Для централизованного управления требуются большие и тяжелые жгуты проводов с сотнями проводников и множеством разъемов.При переходе к распределенной схеме управления органы управления двигателем располагаются ближе к двигателю (рис. 3), что снижает сложность взаимосвязей в 10 раз, экономит сотни фунтов веса самолета, ² и повышает надежность системы ( частично оценивается как функция количества контактов разъема (согласно MIL-HDBK-217F)). ³
Рисунок 3. Органы управления, установленные на двигателе самолета.
Компромисс, однако, заключается в том, что температура окружающей среды в непосредственной близости от двигателя колеблется от –55°C до +200°C.Хотя электроника в этом приложении может охлаждаться, это нежелательно по двум причинам: охлаждение увеличивает стоимость и вес самолета, и, что наиболее важно, отказ системы охлаждения может привести к выходу из строя электроники, управляющей критическими системами.
Еще одним аспектом инициативы MEA является замена гидравлических систем силовой электроникой и электронным управлением для повышения надежности и снижения затрат на техническое обслуживание. Управляющая электроника в идеале должна быть очень близко к исполнительным механизмам, которые также создают среду с высокой температурой окружающей среды.
Автомобильная промышленность представляет собой еще одно новое приложение для использования высокотемпературной электроники. Как и в случае с авионикой, автомобильная промышленность переходит от чисто механических и гидравлических систем к электромеханическим или мехатронным системам . ⁴ Для этого необходимо расположить датчики, систему обработки сигналов и управляющую электронику ближе к источникам тепла.
Максимальная температура и время воздействия зависят от типа автомобиля и расположения электроники на автомобиле (рис. 4).Например, более высокая степень интеграции электрических и механических систем, например совместное размещение трансмиссии и контроллера трансмиссии, может упростить производство, испытания и техническое обслуживание автомобильных подсистем. ⁵ Для электромобилей и гибридных электромобилей требуется силовая электроника с высокой плотностью энергии для преобразователей, элементов управления двигателем и цепей зарядки, которые также связаны с высокими температурами.
Рис. 4. Типичные диапазоны максимальных температур для автомобилей. ⁵
Использование интегральных схем, выходящих за пределы температурных спецификаций, указанных в листе технических данных
В прошлом разработчики высокотемпературной электроники, например, в нефтегазовой промышленности, были вынуждены использовать компоненты со стандартной температурой, значительно превышающей их номинальные характеристики, из-за отсутствия высокотемпературных ИС.Некоторые ИС со стандартной температурой действительно будут работать при повышенных температурах, но их использование является трудным и рискованным занятием. Например, инженеры должны определить потенциальных кандидатов, полностью протестировать и охарактеризовать рабочие характеристики в зависимости от температуры, а также оценить надежность детали в течение длительного периода времени. Производительность и срок службы детали часто существенно снижаются. Это сложный, дорогой и трудоемкий процесс:
Квалификационные компоненты требуют тестирования в лабораторной печи с высокотемпературной печатной платой (PCB) и приспособлениями, по крайней мере, в течение времени, требуемого профилем миссии.Трудно ускорить тестирование, потому что могут возникнуть новые механизмы отказа. Сбои во время тестирования требуют еще одной итерации выбора компонентов и долгосрочного тестирования, что приводит к задержке сроков проекта.
Работа за пределами технических характеристик не гарантируется, и производительность может различаться в зависимости от партии компонентов. В частности, изменения процесса IC могут привести к неожиданным отказам при экстремальных температурах.
Пластиковые упаковки устойчивы только при температурах до 175°C, что сокращает срок их службы.Вблизи этого температурного предела может быть трудно отличить отказ, связанный с упаковкой, от отказа, связанного с кремнием, без дорогостоящего и трудоемкого лабораторного анализа отказа. Наличие стандартных компонентов в керамических корпусах ограничено.
Часто компоненты, используемые в суровых условиях, должны выдерживать не только высокие температуры, но и сильные удары и вибрацию. Многие инженеры предпочитают использовать корпуса с выводами, такие как DIP или SMT типа «крыло чайки», поскольку они обеспечивают более надежное крепление к печатной плате.Это еще больше ограничивает выбор устройств, поскольку в других отраслях наблюдается тенденция к меньшим размерам безвыводных корпусов.
Было бы желательно получать детали в виде штампов, особенно если компонент доступен только в пластиковой упаковке. Затем кристалл можно переупаковать в герметичный корпус, совместимый с высокими температурами, или в многокристальный модуль. Тем не менее, из нескольких компонентов, которые будут работать при повышенных температурах, доступно небольшое подмножество в виде протестированных кубиков.
Из-за нехватки времени и нехватки тестового оборудования инженеры в отрасли могут стремиться ограничить квалификацию устройства конкретной прикладной схемой, не охватывая все ключевые параметры устройства, что ограничивает повторное использование компонентов для других проектов без дальнейшего тестирования.
Ключевые свойства ИС, не указанные в технических характеристиках, такие как электромиграция в металлических межсоединениях, могут привести к отказам при высоких температурах.
ИС, разработанные и сертифицированные для работы в условиях высоких температур
К счастью, последние технологии ИС позволили создать устройства, которые могут надежно работать при повышенных температурах с гарантированными техническими характеристиками. Были достигнуты успехи в технологических процессах, схемотехнике и методах компоновки.
Управление многими ключевыми характеристиками устройства имеет решающее значение для успешной и высокопроизводительной работы при повышенных температурах.Одна из наиболее важных и известных проблем связана с повышенным током утечки подложки . Некоторыми другими являются снижение подвижности носителей , изменение параметров устройства, таких как V _T , β и V _SAT , увеличение электромиграции металлических межсоединений и снижение прочности диэлектрика на пробой . ⁶ Несмотря на то, что стандартный кремний может работать далеко за пределами военных требований 125°C, утечка ⁷ в стандартных кремниевых процессах удваивается на каждые 10°C повышения, что делает его неприемлемым для многих прецизионных применений.
Изоляция канавок, кремний на изоляторе (SOI) и другие разновидности стандартного кремниевого процесса значительно снижают утечку и обеспечивают высокопроизводительную работу при температуре значительно выше 200°C. На рис. 5 показано, как биполярный процесс КНИ уменьшает площадь утечки. Широкозонные материалы, такие как карбид кремния (SiC), поднимают планку еще выше; ИС из карбида кремния работали при температурах до 600°C в лабораторных исследованиях. Однако SiC представляет собой новую технологию обработки, и в настоящее время коммерчески доступны только простые устройства, такие как силовые выключатели.
Рис. 5. Сравнение механизмов утечки в объемном кремнии и КНИ.
Инструментальный усилитель: Инструментальные усилители требуют высокой точности при бурении скважин для усиления очень слабых сигналов в шумной среде. Этот специальный тип усилителя, как правило, является первым компонентом входной части измерительного каскада, поэтому его производительность имеет решающее значение для производительности всей сигнальной цепи.
Команда разработчиков Analog Devices с самого начала ориентировала инструментальный усилитель AD8229 на работу при высоких температурах и проектировала его для этой цели с нуля.Для удовлетворения своих уникальных требований к производительности была выбрана запатентованная биполярная технология SOI. Разработчики внедрили специальные схемные методы, чтобы гарантировать работу в широком диапазоне параметров устройства, таких как напряжение база-эмиттер и коэффициент усиления по прямому току.
Компоновка ИС также критически влияет на производительность и надежность AD8229. Чтобы поддерживать низкое смещение и высокий CMRR во всем диапазоне температур, компоновка компенсирует различия в межсоединении и температурном коэффициенте.Кроме того, тщательный анализ плотности тока в ключевых секциях смягчил последствия электромиграции, способствуя повышению надежности в экстремальных условиях. Точно так же конструкторы предусмотрели условия отказа, чтобы предотвратить преждевременный выход из строя.
Сочетание надежного процесса, схемотехники и компоновки позволяет устройству соответствовать самым строгим требованиям к точности и надежности при изменении температуры.
Рекомендации по упаковке
Когда высокотемпературный функциональный кремний находится в руках, битва выиграна только наполовину.Упаковка кристалла, а затем его крепление к печатной плате при высоких температурах не является тривиальной задачей. На целостность упаковки при температуре влияет множество факторов (рис. 6).
Рис. 6. Элементы корпуса и монтажа ИС.
Материал для прикрепления к кристаллу прикрепляет кремний к корпусу или подложке. Многие материалы, проверенные для использования в стандартных диапазонах температур, имеют низкую температуру стеклования ( T _G ) и не подходят для работы при высоких температурах. Особое внимание необходимо уделить согласованию коэффициента теплового расширения (КТР) между матрицей, креплением матрицы и подложкой, чтобы матрица не подвергалась напряжению или разрушению в течение циклов с широким диапазоном температур.Даже незначительное механическое воздействие на матрицу может привести к сдвигу электрических параметров до неприемлемого уровня для прецизионных приложений. Для силовых устройств, требующих теплового и электрического соединения с подложкой корпуса, могут потребоваться металлические материалы для крепления кристаллов.
Проволочное соединение — это метод соединения матрицы со штифтами путем прикрепления металлических проводов от выводной рамки к контактным площадкам на поверхности матрицы. При рассмотрении надежности соединения проволоки при повышенных температурах большое значение имеет совместимость металлов, используемых для металлизации проволоки и контактной площадки.Отказы, связанные с плохой совместимостью склеиваемых металлов, носят двоякий характер: рост интерметаллического соединения (ИМС) (ИМС) на границе раздела, что создает хрупкую связь; и диффузионный (эффект Киркендалла), который создает пустоты на границе раздела, ослабляя прочность соединения и увеличивая его сопротивление. К сожалению, одна из самых популярных комбинаций металлов в промышленности — золотая проволока и металлизация алюминиевых контактных площадок — подвержена этим явлениям при повышенных температурах. Рисунок 7, сечение связи Au/Al, показывает рост IMC, который ставит под угрозу целостность связи после 500 часов при высокой температуре.
Рис. 7. Связь Au/Al через 500 часов при 195°C.
На рис. 8 показан существенный рост интерметаллидов Au/Al и пустоты Киркендалла после разрушения связи при высокой температуре. Что еще хуже, галогены, такие как бром и хлор, иногда содержащиеся в формовочных смесях, могут вызывать коррозию на границе раздела при повышенной температуре, увеличивая время до отказа (хотя, к счастью, промышленность переходит на «зеленое» безгалогенное формование). соединения). Таким образом, существует сильный стимул использовать один и тот же металл для соединительной проволоки и контактной площадки (монометаллическая связь ), чтобы избежать этих негативных эффектов.Если это невозможно, инженеры должны выбирать металлы с достаточно медленными темпами роста и диффузии IMC, чтобы обеспечить надежность в течение требуемого срока службы.
Рис. 8. Рост интерметаллидов с пустотами.
На рис. 9 показана прочность монометаллической связи при повышенной температуре. Участок соединения не показывает признаков роста IMC через 3000 часов при 195°C.
Рисунок 9. Монометаллическая связь через 3000 часов при 195°C.
Корпус IC также должен выдерживать нагрузки, возникающие в суровых условиях.Пластиковые упаковки, хотя и являются отраслевым стандартом, исторически рассчитаны только на температуру 150°C для длительного использования. В связи с недавним интересом к высокотемпературным приложениям исследования показали, что этот рейтинг может достигать 175 ° C, но только в течение относительно коротких периодов времени. В зависимости от конструкции упаковки 175°C — это точка, при которой некоторые материалы, такие как формовочная масса, превышают температуру стеклования. Эксплуатация выше T _G может вызвать значительные механические изменения ключевых параметров, таких как коэффициент теплового расширения и модуль изгиба, и привести к таким отказам, как расслоение и растрескивание из-за повышенной термической деформации.⁸
По этой причине герметичные керамические корпуса предпочтительнее для высокотемпературных применений (рис. 10). Герметичность обеспечивает барьер для проникновения влаги и загрязнений, вызывающих коррозию. К сожалению, герметичные упаковки обычно крупнее, тяжелее и значительно дороже своих пластиковых аналогов. В приложениях с менее экстремальными температурными требованиями (<175°C) можно отдать предпочтение пластиковым корпусам, чтобы сохранить площадь печатной платы, снизить стоимость или обеспечить лучшую устойчивость к вибрациям.Для систем, требующих герметичной упаковки и с высокой плотностью компонентов, подходящим решением могут быть высокотемпературные многокристальные модули . Однако это решение требует, чтобы были доступны заведомо хорошие кости.
Рис. 10. Герметично запаянный керамический DIP-корпус с боковой пайкой.
Конфигурация выводов пакета и металлизация также должны быть оценены. Компоненты для поверхностного монтажа зависят исключительно от площади контактной площадки и качества клея между медным слоем и предварительно пропитанным материалом (препрегом).С другой стороны, сквозная конфигурация DIP, одна из самых проверенных и надежных в отрасли, также обеспечивает устойчивые ударные и вибрационные характеристики. В экстремальных случаях прочность крепления можно еще больше повысить, согнув штифты на нижней стороне платы, чтобы «прикрепить» ее к печатной плате, но сквозное расположение выводов не позволяет размещать компоненты на нижней стороне платы, что, возможно, является серьезной проблемой. забота о таких приложениях, как скважинные инструменты, которые имеют жесткие ограничения по пространству.
Конфигурация выводов SMT
Gull-wing во многих случаях является жизнеспособной альтернативой, но SMT без выводов может быть недостаточно прочным в условиях сильных ударов и вибрации, возникающих во многих средах с высокой температурой. При использовании компонентов SMT разработчик должен учитывать их высоту и массу. Применение высокотемпературных эпоксидных смол повысит надежность крепления, но увеличит производственные затраты и ограничит возможность выполнения ремонта. Во всех случаях свинцовая металлизация должна быть совместима с высокотемпературными припоями.
Наиболее популярные стандартные припои имеют температуру плавления ниже 200°C. Однако есть некоторые легкодоступные сплавы, попадающие в категорию «высокоплавких» (HMP) с температурой плавления значительно выше 250°C. Даже в таких случаях максимальная рекомендуемая рабочая температура для любого припоя, подвергающегося нагрузкам, составляет примерно , что на 40°C ниже его точки плавления . Например, стандартный состав припоя HMP, состоящий из 5 % олова, 93,5 % свинца и 1,5 % серебра, имеет температуру плавления 294°C, но рекомендуется для использования только при температуре примерно до 255°C.⁹ Обратите внимание, что корпуса BGA (массив шариков) снабжены шариками припоя, прикрепленными на заводе, которые могут иметь низкую температуру плавления.
Наконец, сама плата является потенциальным источником отказа. Стандартный FR4 достигает стеклования при температуре от 130°C до 180°C, в зависимости от конкретного состава. При использовании выше этой температуры — даже в течение короткого времени — он может расширяться и расслаиваться. Хорошей зарекомендовавшей себя альтернативой является полиимид , тот же материал, который используется в каптоне, температура которого достигает 250°C, в зависимости от состава.Однако полиимид обладает очень высоким влагопоглощением, что может быстро привести к выходу из строя печатной платы по целому ряду механизмов, поэтому важно контролировать воздействие влаги. В последние годы промышленность представила экзотические ламинаты, которые меньше впитывают влагу и сохраняют целостность при высоких температурах.
Проверка, квалификация и испытание
Проверка высокотемпературных компонентов в лаборатории — нетривиальная задача, поскольку она требует от инженеров использования всех ранее упомянутых методов для проверки работоспособности при экстремальных температурах.Помимо использования специальных материалов в конструкции испытательного стенда, инженеры-испытатели должны тщательно эксплуатировать климатические камеры, позволяя системе приспосабливаться к требуемым изменениям температуры. Из-за несоответствия коэффициентов расширения быстрые изменения температуры могут привести к повреждению паяных соединений на печатной плате, деформации и, в конечном итоге, к преждевременному выходу системы из строя. В промышленности принято поддерживать скорость изменения температуры ниже 3°C в минуту.
Чтобы ускорить испытания на срок службы и надежность, общепринятой практикой для электронных компонентов является проведение испытаний при повышенной температуре.Это вводит коэффициент ускорения α, определяемый уравнением Аррениуса:
, где E _a — энергия активации, k — постоянная Больцмана, T _a — ожидаемая рабочая температура во время использования, а T _s — температура напряжения. Хотя ускоренное старение хорошо работает для стандартных продуктов, повышение температуры напряжения значительно выше номинальной температуры может привести к новым механизмам разрушения и привести к неточным результатам.Поэтому, чтобы гарантировать надежность в течение всего срока службы высокотемпературных устройств, таких как AD8229, тест на срок службы при высоких температурах (HTOL) проводился при максимальной номинальной температуре 210 °C в течение 1000 часов (примерно шесть недель). Для более низких температур ожидаемый срок службы можно спрогнозировать, используя зависимость ускорения, показанную на рис. 11.
Рисунок 11. Срок службы AD8229 в зависимости от рабочей температуры, 1000 часов при 210°C. ¹¹
Существуют дополнительные препятствия для надежного определения характеристик высокотемпературных ИС.Например, используемая система испытаний и измерений надежна настолько, насколько надежна ее самое слабое звено. Это означает, что каждый элемент, подвергающийся длительному воздействию повышенных температур, должен быть по своей природе более надежным, чем сама ИС. Ненадежная система будет давать данные, которые не отражают долговременную надежность компонента, что приведет к дорогостоящим и трудоемким повторениям процесса. Статистические методы повышения вероятности успешных испытаний включают в себя точное увеличение размера тестовой выборки для добавления предела погрешности для преждевременных отказов системы, не вызванных отказом тестируемого устройства (тестируемого устройства).
Еще одним препятствием являются производственные этапы, необходимые для обеспечения максимальных рабочих параметров, такие как проверка, измерение и обрезка. Группе разработчиков необходимо настроить эти шаги для высокотемпературных продуктов.
Рекомендации по проектированию высокотемпературных систем
Разработчик схем, работающих при высокой температуре, должен учитывать изменения параметров ИС и пассивных компонентов в широком диапазоне температур, обращая пристальное внимание на их поведение при экстремальных температурах, чтобы обеспечить работу схемы в заданных пределах.Примеры включают дрейф смещения и входного смещения, погрешности усиления, температурные коэффициенты, номинальное напряжение, рассеиваемую мощность, утечку платы и собственную утечку других дискретных устройств, таких как те, которые используются в устройствах защиты от электростатического разряда и перенапряжения. Например, в ситуациях, когда источник с высоким импедансом последовательно подключен к входной клемме усилителя, нежелательные токи утечки (кроме собственного тока смещения усилителя) могут создать смещения, которые вызовут ошибку измерения тока смещения (рис. 12).
Рисунок 12. Как смещение и утечка вызывают ошибки смещения.
Во всех случаях работа при высоких температурах усугубляет протечки платы из-за таких загрязнителей, как припой, пыль и конденсат. Правильная компоновка может помочь свести к минимуму эти эффекты, обеспечив достаточное расстояние между чувствительными узлами, например, отделив входы усилителя от шумных шин питания.
Стандартная распиновка операционных усилителей и инструментальных усилителей размещает одну из входных клемм рядом с отрицательной клеммой питания.Это значительно снижает устойчивость к остаткам флюса после сборки печатных плат, которые могут вызвать повышенную утечку. Чтобы уменьшить утечку и увеличить CMRR на высоких частотах, в AD8229 используется та же высокопроизводительная схема расположения выводов, что и в других прецизионных инструментальных усилителях, созданных Analog Devices (рис. 13).
Рис. 13. Изменение цоколевки устройства помогает свести к минимуму паразитные утечки.
Утечка диодов, ограничителей переходного напряжения (TVS) и других полупроводниковых устройств экспоненциально увеличивается с температурой и во многих случаях может быть на много порядков больше, чем входной ток смещения усилителя.В таких случаях разработчик должен убедиться, что утечка при экстремальных температурах не приведет к ухудшению технических характеристик схемы сверх желаемых пределов.
В настоящее время доступно несколько пассивных компонентов для работы при высоких температурах. Резисторы и конденсаторы используются повсеместно в любой схемотехнике. Некоторые имеющиеся в продаже опции показаны в таблице 1.
Таблица 1. Примеры высокотемпературных резисторов и конденсаторов
0

8 4 см 90 064
1 Базовый курс
Str-M Str-1 Str-2 Str-3 Str-4 Str-5 STR-6
4 см 5 см 4 см 4 см 5 см 4 см 4 см
AC-13 AC-16 SMA-13 AC-13 AC-13 AC-13 AC-13 SMA-13
5 см 7 см 6 см 6 см 7 см 6 см 6 см
AC-20 AC-20 AC-20 AC-20 AC-20 AC-20 AC-20 AC-20
70064 8 см 8 см 8 см 8 см
AC-25 AC-25 AC-25 AC-25 AC-25 AC-25
34 см, обработанный цементным гравием 35 CEM PEAD, обрабатываемый цементным песчаным гравием 36 CM 14 см ATB30 10 см ATB25 12 см ATB25 12 см ATB25 12 см ATB25
18 см Природный песчаный гравий 26 CM Натуральный песчаный гравий 20 см натуральный песчаный гравий 26 см Оцененные MacAdam 36 CM 20 Cement, обработанный цементным песчаным гравием 20 см, обрабатываемый цементным песчаным гравием 18 см цементный песчаный гравий
20 см натуральный песок гравия 26 см натуральный песок гравия натуральный песок гравия
Total de pth (cm) 68 73 74 58 78 76 68
4.
2. Модель КЭ дорожного покрытия
. В этом исследовании использовалась программа КЭ ANSYS. Модель FE показана на рисунке 7. Направление глубины дорожного покрытия составляет y -направление, а направление движения — z -направление. SOLID70 использовали для анализа температурных полей, а SOLID164 использовали для анализа механических откликов. Размеры модели составляют 10 м × 10 м × 10 м ( x × z × y ).

5. Граничные условия
5.1. Тепловые граничные условия
Излучение, теплопроводность и конвекция являются тремя основными путями теплопередачи в конструкции дорожного покрытия, а солнечное излучение является основным фактором, влияющим на температурное поле дорожного покрытия [28].
5.1.1. Излучение
При анализе температурных полей дорожного покрытия видно, что общее излучение в основном состоит из солнечного излучения и излучения дорожного покрытия.
Суточный ход солнечной радиации в Китае определяется следующим образом [2]:где — максимальная солнечная радиация в полдень, , , — время, в течение которого присутствует солнечный свет в течение одного дня, — общая солнечная радиация в один день, а также .
Излучение дорожного покрытия подчиняется закону Стефана–Больцмана и выражается формулой где (°C) – температура воздуха; (°C) – температура поверхности дорожного покрытия; – постоянная Стефана–Больцмана, ; и – коэффициент излучения поверхности дорожного покрытия; в этом исследовании [29]. Температура воздуха и температура поверхности дорожного покрытия будут подробно описаны в разделах 5.1.5 и 5.1.6 соответственно.
5.1.2. Конвекция
Уравнение конвективной теплопередачи имеет следующий вид: где (°C) – температура поверхности дорожного покрытия, (°C) – температура воздуха, а – коэффициент конвективной теплопередачи, который зависит от скорости ветра и может можно рассчитать по следующей формуле [16]: где скорость ветра, а в южном Синьцзяне она равна 3.8 м/с [30].
5.1.3. Проводимость
Пусть температура любой точки конструкции дорожного покрытия равна , где , , и – координаты точки, а – время. Уравнение нестационарной теплопроводности записывается следующим образом: где – теплопроводность, – плотность материала, – удельная теплоемкость.
5.1.4. Термическая граница в нижней части дорожной одежды Модель
Принято считать, что влияние окружающей среды ослабевает с увеличением глубины дорожной одежды, а на глубине в несколько метров изменение температуры грунта не является очевидным, только с сезонными колебаниями. .По словам Ли [31], в Синьцзяне колебания температуры в земляном полотне ниже глубины 150 см были довольно небольшими. Следовательно, в этом исследовании температура грунтового основания на глубине 1,5 м в земляном полотне была принята постоянной.
Поскольку условия значительных температурных перепадов и высоких температур очень специфичны, возможно, что текущая модель прогнозирования температуры грунтового основания не подходит. Для определения тепловой границы в нижней части модели дорожного покрытия использовалось исследование Танга [32].В рамках этого исследования тестовая дорога была построена в автономном округе Яньци-Хуэй (называемом Яньци), который также находится на юге Синьцзяна и недалеко от Турфана. Расположение Yanqi показано на рисунке 8.

В исследовании Тана датчики температуры были установлены на глубине 1 м и 1,5 м ниже поверхности грунтового основания, а температура грунтового основания на глубине 1,5 м составляла приблизительно 20°. С. Таким образом, температурная граница в нижней части модели дорожного покрытия в этом исследовании была установлена равной 20°C в высокотемпературный сезон.
5.1.5. Выбор репрезентативной даты
В этом исследовании 14 июля 2008 г. было выбрано в качестве репрезентативной даты для обеспечения достоверности и репрезентативности анализа приспособляемости конструкций асфальтового покрытия в районе озера Турфан-Сяокао в сезон высоких температур. Как упоминалось ранее, Турфан является одним из самых палящих уездов в районе озера Турфан-Сяокао, а температура воздуха 14 июля 2008 г. (максимальная температура: 47,7°C) была одной из самых высоких измеренных температур воздуха за последнее десятилетие. .Продолжительность солнечного света 14 июля 2008 года, приведена в таблице 3, а температура воздуха показана на рисунке 9.
2 = 15,525 = 378 (футов) = 132 (м).
7 Испытание скважины на понижение температуры
Процесс бурения сильно изменяет температуру пласта, непосредственно окружающего скважину. На изменение температуры влияет продолжительность циркуляции бурового раствора, разница температур между пластом и буровым раствором, радиус скважины, коэффициент температуропроводности пласта, применяемая технология бурения. С учетом этих факторов точное определение пластовой температуры на любой глубине требует определенного времени бездействия скважины.Теоретически это время закрытия бесконечно велико, чтобы достичь исходного состояния. На практике, однако, при заданной относительной точности пластовой (невозмущенной) температуры можно оценить требуемое время остановки (Буллард, 1947 г., Лахенбрух и Брюэр, 1959 г., Тейлор, 1978 г., Кутасов, 1999 г.). Далее будем считать, что перед испытанием ствол скважины был остановлен на необходимое время. Однако на практике применение аналитических методов оценки статической пластовой температуры ( T _i ) по данным каротажа забойной температуры (BHT) и их точность очень сильно зависят от количества промысловых измерений, от неопределенности в продолжительность циркуляции бурового раствора и ошибки в полевых измерениях (Andaverde et al 2005, Verma et al 2005).Авторы (Andaverde et al. 2005) оценили три широко используемых метода для оценки значений T _i по каротажам BHT: (1) метод линейного источника (Хорнера), (2) сферический и радиальный тепловой поток метод и (3) метод цилиндрического источника тепла. Обычные тесты модели линейной регрессии методом наименьших квадратов использовались для оценки для шести наборов данных взаимосвязи между BHT и функцией времени. Было обнаружено, что квадратичная регрессия является наиболее подходящей моделью для оценки значения T _i .Также было показано, что метод сферического и радиального теплового потока завышает значение T _i . Теория распространения ошибок использовалась для получения уравнений для ошибок оценки в T _i из начальных экспериментальных ошибок как во времени закрытия, так и в измерениях BHT (Verma et al 2005). Эти авторы пришли к выводу, что важно получить большое количество (> 30) наборов данных и использовать более длительные периоды измерений в журналах BHT.
В этом разделе мы представляем рабочие формулы для испытания на понижение температуры. Будем считать, что объемная теплоемкость пласта известна.
Рассмотрим два случая.
7.1 Значение начальной пластовой температуры известно
Для расчета теплопроводности пласта, скин-фактора и термического контактного сопротивления необходимы как минимум два измерения температуры стенки нагревателя (в момент времени t = t ₁ и t = t ₂ ).
7.2 Значение начальной (невозмущенной) пластовой температуры неизвестно
Не менее трех измерений температуры ( T _H, T , T _H_H и T и T _H₃) по T = T 1 , t = t ₂ и t = t ₃ необходимы для расчета теплопроводности пласта, начальной температуры пласта и теплового контактного сопротивления.Из уравнения (42) получаем 4849. Процедура решения последнего уравнения и расчета значения t _Da1 аналогична процедуре уравнения (43). Из следующего уравнения можно определить значение м , 50, а из уравнений (34), (40) и (42) определить значения начальной температуры пласта, теплопроводности пласта и теплового контактного сопротивления, выраженные через скин-фактор .
7.2.1 Пример имитации
В вертикальную открытую (необсаженную) скважину помещают металлический электронагреватель (рисунок 3).Нагреватель генерировал тепловой поток в пласт мощностью 80,0 Вт·м ^-1 и работал в течение 10 часов. Регистрировалась температура стенки переходного нагревателя (табл. 4). Радиус скважины r _w = 0,10 м, радиус зонда r _h = 0,08 м. Затрубное пространство состоит из глинистой корки и бурового раствора. Мы приняли, что эффективная теплопроводность кольцевого пространства r _w — r _h равна λ _ef = 0.9741 Вт·м ^-1 °C ^-1, а тепловое контактное сопротивление равно R = 1/λ _ef = 1,027 м °C Вт ^-1 . Начальная температура пласта ( T _i) равна 40 °С. Пласт представляет собой песчаник с ρ = 2300 кг м ^-3 , λ = 2,000 Вт м ^-1 °C ^-1 и c = 783 Дж кг ^-1 °C ^-1 . Используя таблицу Chatas (Lee 1982) T _D = f ( t _D), мы получили данные для этого смоделированного примера.Входные данные были выбраны таким образом, чтобы избежать интерполяции значений T _D. Результаты расчетов по уравнениям (34) и (40)–(50) представлены в таблицах 4 и 5. Пример показывает, что основное уравнение (6) можно использовать для расчета теплопроводности пластов, контактного термического сопротивления и начальная температура. Действительно, предполагаемые и рассчитанные значения λ, R и T _i хорошо согласуются.
Таблица 4
Сравнение предполагаемых и расчетных значений теплопроводности пласта и теплового контактного сопротивления.Принято: λ = 2,000 Вт · м ^-1 °C ^-1 , R = 1,027 м · °C Вт ^-1 .
Дата Солнечный свет длительность 14:54
Местоположение
Время восхода
Турпан 14/7/2008 6:45 21:39

Почасовые условия солнечной радиации в репрезентативную дату в Турфане были рассчитаны на основе (1), табл. 3, и дневных условий солнечной радиации, измеренных в исследовании Лю [33].Он показан на рисунке 10.

5.1.6. Температура поверхности дорожного покрытия
Для расчета излучения и конвекции дорожного покрытия предварительным условием является определение температуры поверхности дорожного покрытия, и на исследование Танга [32] ссылались по следующим двум причинам: Температуры являются особыми, и, возможно, текущая модель прогнозирования температуры поверхности дорожного покрытия не будет применима. Во-вторых, инженерное исследование автомагистрали Турфан-Сяокао-Лейк не было завершено, потому что было трудно измерить непосредственно температуру поверхности дорожного покрытия.
В исследовании Tang температуру поверхности дорожного покрытия в Яньци можно было оценить с помощью следующего уравнения: где (°C) — температура поверхности дорожного покрытия, (°C) — температура воздуха, а — толщина дорожного покрытия.
5.2. Механические граничные условия и транспортные нагрузки
В этой статье Dongfeng EQ-140 был выбран в качестве репрезентативного транспортного средства, а его технические параметры показаны в исследовании Ли [34]. Нагрузка на шину была упрощена как равномерно распределенная прямоугольная нагрузка, поскольку в этой статье изучалась реакция всей дорожной одежды на воздействие значительных температурных перепадов, высоких температур и транспортной нагрузки.
В процессе движения из-за неровностей поверхности дорожного покрытия и вибрации транспортных средств воздействие транспортных средств на дорожное покрытие можно разделить на четыре категории, как показано на рисунке 11.
В этой статье для упрощения расчет и моделирование, транспортные нагрузки могут быть оценены с использованием функции гаверсинуса следующим образом [35]:где пиковое значение вибрационной нагрузки; – период транспортных нагрузок; это время; – равномерно распределенная транспортная нагрузка в Китае; и – коэффициент динамического усиления.Задается где скорость; в этом исследовании, основанном на изучении скорости автомобиля в южной части Синьцзяна [36]. является фактором оценки качества езды, коррелирующим с IRI, и в этом исследовании [37].
можно рассчитать по следующей формуле: где эквивалентный радиус одноколесной нагрузки, где длина равномерно распределенной прямоугольной нагрузки; в этом исследовании , а – скорость.
6. Параметры материалов асфальтового покрытия
6.1. Вязкоупругость асфальтовой смеси
Асфальтовая смесь проявляет сильную вязкоупругость при температуре окружающей среды, и в этой статье используется обобщенная модель Кельвина, показанная на рисунке 12. Ее податливость ползучести может быть выражена в виде ряда Прони [38]: где , , и — жесткость пружины, вязкость демпфера и время замедления элемента Кельвина. Кроме того, , и являются параметрами ряда Прони.

На практике было установлено, что обобщенная модель Кельвина должна состоять из шести элементов Кельвина для правильной характеристики поведения асфальтовых материалов [39], что означает, что функция ряда Прони содержит 14 неизвестных параметров (, , , и ) в (11).
В этом случае для упрощения расчетов была использована модель из исследования Хо и Ромеро [39] для обращения преобразования Лапласа функции ряда Прони и для прогнозирования модулей релаксации асфальтовых смесей с помощью модели Бюргерса, как показано на рис. Рис. 13.

С помощью преобразования Лапласа из (11) можно получить следующее уравнение: 12) можно переписать следующим образом:
При использовании модели Бюргерса (14) можно переписать следующим образом: где , , и .
В соответствии с принципом факторизации (15) можно переформулировать следующим образом: где и
Учитывая первую теорему о сдвиге преобразования Лапласа, где – параметр преобразования Лапласа, – константа, а .
Следовательно, правая часть (16) может быть решена напрямую, и первый член в правой части (16) принимает вид где определяется как единичная ступенчатая функция, показанная следующим образом:
Второй член в правая часть (16) вычисляется следующим образом:
Кроме того, гиперболические функции синуса и косинуса можно заменить экспоненциальной функцией:
Следовательно, обратное преобразование Лапласа (16) принимает вид где и .
согласно [40-42] и анонимных авторов, ценности показаны в таблице 4.
40109_{, . , 2005
Определение пластовой температуры по забойным термометрам – обобщенный метод Горнера
, J. Geophys. англ.
, том. 2
(стр. 90
— 6
)http://dx.doi.org/10.1088/1742-2132/2/2/0021742213217422140, , . , 1966
1966
Скорость восстановления температурного поля в скважинах на Кольском полуострове
, Проблемы Глубинного теплового потоки (Проблемы теплового потока на глубине)
Москва
Nauka
(стр. 74
— 87
), . , 1959
Рассеивание температурного эффекта бурения скважины в арктической Аляске
, US Geol. Surv. Бык.
, том. 1083-C
(стр. 74
— 109
). , 1962
Теплопередача ствола скважины
, J. Petrol. Технол.
, том. 14
(стр. 427
— 435
). , 1969
Распределение температуры в циркулирующем буровом растворе
, J. Petrol. Технол.
, том. 21
(стр. 333
— 41
), , , , . , 2000
Тепловая оценка скважины LV-3 на геотермальном месторождении Трес Вирхенес, Мексика
Proc.Всемирный геотермальный конгресс
Кюсю-Тохоку, Япония, 28 мая – 10 июня 2000 г.
(стр. 2177
— 82
), , , . , 1982
Сбор геотермальных данных Канады — Северные скважины 1981
Серия Geothermal
, vol. vol 13
Ottawa
Отделение физики Земли Energy Mines and Resources
, . , 1976
Канадский сбор геотермальных данных — Северные скважины 1975
Geothermal Series
, vol. том 6
Оттава
Отдел физики Земли, энергетика, горнорудная промышленность и ресурсы
, ., 1972
Влияние температуры и давления в скважине на бурение
, World Oil
, vol. 175
(стр. 73
— 8
) © 2006 Нанкинский институт геофизической разведки
Гидродинамические испытания скважин на депрессию: сходства и различия | Журнал геофизики и инженерии
Реферат
Температура и давление являются наиболее часто наблюдаемыми физическими параметрами в скважинах.Одно и то же дифференциальное уравнение диффузии описывает нестационарное течение несжимаемой жидкости в пористых средах и теплопроводность в твердых телах. Обсуждаются сходства и различия в методиках гидродинамических и температурных испытаний скважин. Показано, что математическая модель ГДИС, основанная на представлении скважины как бесконечно протяженного линейного источника с постоянным расходом жидкости в бесконечно действующем однородном пласте, не может быть использована при температурных ГДИС.Разработана новая методика определения теплопроводности пласта, начальной температуры, скин-фактора и контактного термического сопротивления. Предполагается, что известна объемная теплоемкость пластов и имеются данные о мгновенной температуре стенки нагревателя и времени для цилиндрического зонда с постоянной скоростью теплового потока, помещенного в скважину. Полуаналитическое уравнение используется для аппроксимации безразмерной температуры стенки нагревателя. Представлен смоделированный пример для демонстрации процедуры обработки данных.
Номенклатура
+
+ Б
+ гр
+ гр _р
удельная теплоемкость при постоянном давлении
+ гр _т
Ei
Ei
Q
Тепловой расход на единицу длины
Q *
Жидкостный расход на единицу длины
Q _H
Q
Q
Q
‘Песок лица «
1
h
Q
Кумулятивная тепловая продукция на единицу длины
Q *
Совокупный дебит жидкости на единицу длины
k 914 97
к _сек
проницаемость зоны кожи
г
г _в
радиуса термического влияния
г _дг
+
г 91 497 _ж
+
г 91 497 _ч
+
г 91 497 _га
видимый радиус нагревателя
+
г 91 497 _ва
Видимый радиус скважины
R
Тепловое сопротивление на единицу длины
R _в
безразмерный радиус термического воздействия
R _DR
безразмерный радиус дренажной цилиндрической координаты
Т
Т _ч
температура нагревателя
Т _я
начальная (без помех) формирование температуры
Т _ж
Т _D
безразмерная стены температура
Т _Д
безразмерное распределение температуры
р
р _я
P
P

теплая нижняя дыра давления
P _D
безразмерный настенный давление
P _DR
безразмерный распределение давления
T
T T
87 D
1
S
Коэффициент кожи (Температура)
S *
Коэффициент кожи (Тест на температуру) (Тест давления)
Греческие символы
α
β
χ
Тепловая диффузия образований
ε
Φ
γ
Коэффициент температуры (((43), (48))
η
λ
λ
Теплопроводность
λ _EF
Эффективная теплопроводность R _W — R _H Annulus
μ
ρ
ψ
Индекс
Верхний индекс
1 Введение
В настоящее время широко признано, что скважинные геофизические измерения не менее важны, чем наземные геофизические наблюдения.Скважинный геофизический каротаж используется для поиска различных полезных ископаемых, пресной и горячей воды, тектоно-структурных исследований, экологического анализа (Gretener 1981, Jorden and Campbell 1984, Bourdarot 1998). Исследования температуры и давления относятся к области наиболее применимых физических параметров (Serra 1984, Tittman 1986). Знание термических свойств пластов (Kappelmeyer and Haenel 1974, Somerton 1992, Vosteen and Schellschmidt 2003) и начальной температуры пласта необходимо для оценки энергоемкости геотермальных резервуаров.Прогноз дебита флюида из добывающих и нагнетательных геотермальных скважин требует оценки подвижности (проницаемости пласта и коэффициента вязкости флюида), пористости, общей сжимаемости пласта, скин-фактора и начального пластового давления (Earlougher 1977, Elder 1981). При разработке месторождений нефти и геотермальных месторождений для определения этих параметров обычно проводятся испытания напорных и потоковых скважин (Earlougher 1977, Lee 1982, Prats 1982, Edwards и др. 1982, Sabet 1991, Horne 1995).В силу схожести законов Дарси и Фурье одно и то же уравнение дифференциальной диффузии описывает нестационарное течение несжимаемой жидкости в пористой среде и теплопроводность в твердом теле. В результате существует соответствие между следующими параметрами: объемный расход, градиент давления, подвижность, коэффициенты водопроводности и теплопроводности, градиент температуры, теплопроводность и температуропроводность. Таким образом, разумно предположить, что методы, аналогичные методам и процедурам обработки данных при испытаниях скважин под давлением, могут быть применены к испытаниям скважин под давлением (Muskat 1946, Carslaw and Jaeger 1959).Однако, как будет показано ниже, такой подход можно использовать только в некоторых случаях (большие безразмерные времена). В общем случае математическая модель ГДИС основана на представлении ствола скважины как бесконечно длинного линейного источника с постоянным расходом жидкости в бесконечно действующем однородном резервуаре. Для этого случая известное решение дифференциального уравнения диффузии выражается через экспоненциальный интеграл (Карслоу и Джагер, 1959). При температурных испытаниях скважину (или цилиндрический нагреватель) нельзя рассматривать как бесконечно длинный линейный источник тепла.Это связано с низкими значениями коэффициента температуропроводности пластов (по сравнению с коэффициентом температуропроводности) и соответствующими низкими значениями безразмерного времени. Как было показано в нашей недавней работе (Кутасов, 2003), сходимость решений уравнения диффузии для цилиндрических и линейных источников происходит за безразмерное время около 1000.
Ранее мы предложили полутеоретическое уравнение для аппроксимации безразмерного расхода тепла от бесконечного цилиндрического источника с постоянной температурой на торце канала (Кутасов, 1987).Это уравнение было использовано для обработки данных ГДИС и разработки методики определения проницаемости пласта, скин-фактора, теплопроводности и термического сопротивления ствола скважины (Кутасов, 1998, Кутасов и Каган, 2003а, 2003б, Кутасов и Эппельбаум, 2005). ).
В этой статье мы предлагаем новую методику, основанную на полуаналитическом уравнении (Кутасов 2003), для определения теплопроводности пласта, контактного термического сопротивления и температуры пласта.Общепринято, что первым шагом в валидации предлагаемого нового метода является использование «точного» решения (числового) и получение данных для симулированного теста. После этого полуаналитическое уравнение используется для обработки результатов смоделированного теста и сравнения полученных и предполагаемых входных параметров. Завершающим этапом проверки предлагаемого метода является проведение ряда полевых испытаний и сравнение результатов этих испытаний с результатами, полученными при использовании других методов.
В этой статье преследуется двоякая цель: обсудить сходства и различия в методах испытания скважин давлением и температурой при постоянном расходе тепла (расхода жидкости) и представить рабочие формулы для испытания скважины температурой депрессии. На модельном примере представлена процедура обработки данных для определения теплопроводности пласта, начальной температуры, скин-фактора и контактного термического сопротивления.
2 Математические модели
2.1 Колодец цилиндрический источник
Предположим, что скважина работает с постоянным дебитом из безгранично действующего пласта и что пласт представляет собой однородную и изотропную пористую среду одинаковой толщины, а пористость и проницаемость постоянны. Мы предполагаем жидкость с малой и постоянной сжимаемостью, постоянной вязкостью жидкости, малыми градиентами давления, пренебрежимо малыми силами гравитации и ламинарным течением в резервуаре, и что можно применить закон Дарси (Muskat 1946, Matthews and Russell 1967).Для скважины как цилиндрического источника необходимо получить решение уравнения диффузии при следующих граничных и начальных условиях: _h ) имеет положительный знак, а к нагнетательным скважинам применяется отрицательный знак. Хорошо известно, что в этом случае уравнение диффузии имеет решение комплексной интегральной формы (Ван Эвердинген и Херст, 1949, Карслоу и Джагер, 1959).Для забойного давления (по давлению и расходу жидкости) получаем следующее полуаналитическое уравнение (Кутасов, 2003): 45Аналогично для скважины как цилиндрического источника тепла _w ), температура стенки равна 67. Введем безразмерное давление стенки и безразмерную температуру стенки 89. Тогда 1011. Сравнивались чаты (Ли, 1982) (Кутасов, 2003).Согласие между значениями T _D, рассчитанными этими двумя методами, было очень хорошим. По этой причине принцип суперпозиции можно использовать без ограничений. 2.2 Колодец как линейный источник
Рисунок 1
Безразмерное давление в зависимости от безразмерного времени. Сплошная линия представляет (14), а точки — точное решение Чатаса (Lee 1982).
Рисунок 1
Безразмерное давление в зависимости от безразмерного времени.Сплошная линия представляет (14), а точки — точное решение Чатаса (Lee 1982).
3 Соответствующие параметры
Мы упоминали во введении, что одно и то же дифференциальное уравнение диффузии описывает нестационарное течение несжимаемой жидкости в пористых средах и теплопроводность в твердых телах. В результате существует соответствие между параметрами, представленными в таблице 1.
Таблица 1 Соответствие между течением несжимаемой жидкости через пористую среду и теплопроводностью в твердых телах.Система скважина–пласт.}
E E + 08 E E + 08 E + 07 η ₀ (PA k a) E + 07 E + 07
60 ° C E + 07 E + 07 E + 07 E + 07 E + 07 E + 07 E + 07 E + 07 E + 07 E + 07
AC-13 AC-16 AC-20 AC-25 ATB-25 ATB-25
7 0 (PA) 9. 92 E + 08 8.68 Е + 08 7.56 E + 08 7.15 7.155 E + 08 + 08 + 08 2,35 + 08
7 1 (PA) 5.64 E + 08 1.53 E + 08 2.04 2.04 E + 08 + 08 5.42 4,89 + 07

2016431 3817940 4227813 4134785 2601785 2403658
η ₁ (Па · с) 136472 334712 433027 416589 284716 271648
50°C E ₀ (Па) 78 E + 08 9.80 9.80 E + 07 7. 37 7.12 E + 07 3.68 E + 07 3.23 + 07
E ₁ (PA) 6.83 6.83 E + 07 3.05 E + 07 3.42 E + 07 + 07 1.05 E + 07 9.68 + 06
η ₀ (Па · с) 476312 шестьсот восемьдесят одна тысяча двести сорок семь 731707 714025 384625 347851
η ₁ (Па · с) 36712 54138 61424 58963 32478 30126 30126
E ₀ (PA) 305 E + 08 6.35 5.36 4.85 E + 07 2. 34 E + 07 1.35
E E ₁ (PA) 5.52 E + 07 + 07 3.04 E + 07 + 07 8.76 E + 06 8,01 Е + 06
η ₀ (Па · с) 164235 471236 566247 531 786 1 +261789
η ₁ (Па · с) 58764 86172 89974 87423 53762 56134
70 ° С Е ₀ (Па) 2.03 E + 08 3.90 + 07 + 07 9.45 E + 06 9.26 E + 06
E E _{1 (PA)} 4. 28 + 07 2.77 E + 07 2.56 E + 07 6.72 E + 06 6,17 Е + 06
η ₀ (Па · с) 117804
η ₁ (PA · S) 76128 123634 146463 128936 74126 74126 70756
6.2. Теплофизические и механические параметры
Теплофизические и механические параметры приведены в таблицах 5 и 6 [43] соответственно на основе китайских технических условий на проектирование асфальтобетонного покрытия автомобильных дорог (JTG D50-2017). Динамический модуль асфальтобетонной смеси в Таблице 6 такой же, как при 20°C и 10 Гц. Хотя влажность может влиять на теплофизические и механические параметры, ее влияние не учитывалось, учитывая крайнюю сухость в южной части Синьцзяна.
Материал Плотность (кг / м ³) Удельное тепло (J / (кг · ° C)) Теплопроводность (W / (м ° C )) Коэффициент тепловой экспансии (M ^-3 / M) динамический модуль (MPA) Соотношение Poisson
AC-13 2400 1168 0.8-1.0 2 E -5 8000-12000 0.25
AC-16 2450 975 0.9-1.2 2 E -5 9000-13500 0.25 0.25
AC-20 2480 785 0.91.2 2 E -5 9000-500500 0.25
AC-25 2505 815 1,2–1,4 2 д -5 9000∼13500 0. 25
ATB-25 2500 815 815 2 E -5 7000-50 0.35
ATB-30 2505 520 1.2-1.4 2 е -5 7000~11000 0,35
100.1-1,3 E -5 E -5 E -5
Материал Плотность (кг / м ³ ) Удельная теплоемкость (Дж/(кг·°C)) Теплопроводность (Вт/(м·°C)) Коэффициент теплового расширения (м ⁻³ /м) Динамический модуль (МПа) Коэффициент Пуассона
Песчано-гравийный раствор, обработанный цементом 2300 825
1 -5 14000-20000 0.25
Натуральный песчаный гравий 1600 875 1. 3-1.6 1.5 350 0.35
MacAdam 2250 820 1.2-1.4 1 2 150 0.35
Субнад 1700 860 1.2-1.4 50 65 65 0,4
7. Результаты и анализ
Для анализа адаптации семи структур тротуаров, тепловых нагрузок и движениях оба применялись. Во-первых, путем стационарного анализа была определена исходная температура конструкции. Затем с часовыми интервалами применялись переходные температурные нагрузки и транспортные нагрузки. Из-за серьезного деформационного стресса в южной части Синьцзяна температурное поле в фазе повышения температуры было тщательно смоделировано, и в этом исследовании были проанализированы механические реакции, связанные с деформацией.
7.1. Анализ полей температуры дорожного покрытия в районе озера Турфан-Сяокао
Результаты моделирования полей температуры дорожного покрытия в районе озера Турфан-Сяокао на репрезентативную дату, то есть 14 июля 2008 г., показаны на рисунках 14(a)– 14(г).
На рисунках 14(a)–14(d) было обнаружено, что изменение температуры конструкции имеет временную задержку по сравнению с изменением температуры воздуха, которое увеличивается с увеличением толщины дорожного покрытия. Например, в Str-m запаздывание по подошве верхнего слоя асфальта составило 2 часа; однако это было 5 часов в нижней части нижнего слоя асфальта и 7 часов в нижней части верхнего слоя основания.Кроме того, было обнаружено, что изменение температуры становится все более нечетким с увеличением толщины дорожного покрытия. Например, в Стр-м изменение температуры в нижней части верхнего слоя асфальтобетона составило более 10°С; однако в нижней части верхнего слоя основания она была ниже 3°C.
Кроме того, влияние температуры воздуха на каждую конструкцию было разным, и среди семи строений она оказала наибольшее влияние на Str-1. Возможно, это произошло из-за самого тонкого асфальтового покрытия ул.-1.Диапазоны изменения температуры в нижней части нижнего слоя асфальта уменьшались в следующем порядке: Стр-1 > Стр-2 > Стр-3 > Стр-м > Стр-6 > Стр-4 > Стр-5.
Кроме того, было установлено, что температуры Str-3, Str-5 и Str-6 в нижней части верхнего слоя основания были выше, чем у других конструкций. Вероятно, эти три структуры состояли из четырех слоев асфальтовой смеси, а теплопроводность асфальтовых смесей была лучше, чем у химически обработанных материалов.Следовательно, они имели преимущество в передаче температуры вниз. Однако при глубине 60 см не было явных различий в температуре дорожного покрытия между семью конструкциями, что означает, что выбор формы конструкции дорожной одежды мало влияет на температуру земляного полотна.
7.2. Анализ приспособляемости дорожного покрытия к температуре в районе озера Турфан-Сяокао
Из-за серьезных деформационных повреждений в южном Синьцзяне в сезон высоких температур в этой статье для оценки использовались колейность, прогиб и деформации сжатия на верхней поверхности земляного полотна. приспособляемость конструкций дорожных одежд к значительным температурным перепадам и высоким температурам.
По результатам моделирования температурных полей в разделе 7.1, на ул.-м, ул.-1 и ул.-2 были применены эффекты сопряжения транспортных нагрузок и температуры в 16:00; применены эффекты транспортной нагрузки и температуры в 14:00 на ул.3; а влияние транспортной нагрузки и температуры в 15:00 применялось на Улицах-4, Улицах-5 и Улицах-6, потому что для каждой конструкции в это время температура в нижней части верхних слоев асфальта была самой высокой.
7.2.1. Колейность и напряжение сдвига асфальтового покрытия
Совокупность транспортных нагрузок является одной из важнейших причин быстрого развития колейности в районах с высокими температурами и значительными температурными перепадами.Таким образом, впервые в этой статье кумулятивные стандартные осевые нагрузки (0,7 МПа) в миллион раз применялись к семи конструкциям дорожного покрытия. Результаты моделирования колейности показаны на рисунке 15.

Кроме того, во всем мире существует точка зрения, что одной из важнейших причин колейности является недостаточное сопротивление сдвигу. Таким образом, максимальные напряжения сдвига асфальтовых покрытий под воздействием высоких температур и транспортной нагрузки извлечены и показаны на рисунке 16.

Семь конструкций дорожных одежд можно разделить на три категории: дорожные покрытия с использованием только химически обработанных оснований, то есть Str-m, Str-1 и Str-2; покрытие с использованием гибкого основания, то есть Str-3; и тротуары с использованием составных оснований как из химически обработанных оснований, так и из гибких оснований, то есть Стр-4, Стр-5 и Стр-6.
Из Рисунка 15 видно, что глубина колеи в конструкциях с составными основаниями была наименьшей, а в конструкциях с химически обработанными основаниями – самой высокой, что согласуется с результатами максимальных напряжений сдвига на Рисунке 16.
Из рисунка 15 также видно, что в покрытиях с использованием только химически обработанных оснований глубина колеи увеличивалась с увеличением толщины асфальтового слоя. Глубина колеи Str-1, Str-m и Str-2 составляла 5,073 мм, 4,722 мм и 3,765 мм соответственно. Следовательно, можно сделать вывод, что при использовании надлежащего основания и подстилающего слоя с увеличением толщины асфальтовых слоев можно эффективно контролировать развитие глубины колеи.
В покрытиях с составным основанием глубина колеи Str-4 была наименьшей (3.315 мм), но максимальное напряжение сдвига Стр-4 было самым большим (0,261 МПа). Возможно, это было связано с формой конструкции мостовой. Во-первых, его химически обработанная основа была относительно толще по сравнению с Str-5 и Str-6, что, возможно, приводило к меньшей глубине колеи. Во-вторых, толщина асфальтового слоя Str-4 была относительно меньше, а его механическое поведение, вероятно, было таким же, как и у конструкций, использующих только химически обработанные основания, что приводило к максимальным напряжениям сдвига Str-4, Str-m, Str. -1 и Str-2 близко друг к другу.Кроме того, несмотря на одинаковую глубину слоев асфальта на Стр-5 и Стр-6, глубина колеи у Стр-6 (4,55 мм) была выше, чем у Стр-5 (4,416 мм), вероятно, из-за сочетания основания и подбаза у Стр-5 была лучше, чем у Стр-6. Внешне адаптивность Str-4 была лучше, чем у Str-5 и Str-6. Однако причины колейности на практике оказались сложными и не могут быть полностью учтены при моделировании. Тем не менее, одной из важнейших причин колейности была недостаточная сопротивляемость сдвигу.Приспособляемость в этом случае целесообразнее было определять через касательные напряжения. Следовательно, из-за меньших максимальных напряжений сдвига Str-5 и Str-6 были лучше, чем Str-4.
Из-за наличия четырех слоев асфальта на Str-3, включая гибкое основание, по сравнению с другими конструкциями, в которых использовалось химически обработанное основание, в долгосрочной перспективе в Китае существует точка зрения, что одним из недостатков асфальтового покрытия с гибким основанием плохая способность к сопротивлению деформации. Однако путем моделирования было обнаружено, что глубина колеи Str-3 была ниже, чем у Str-1, у которого была химически обработанная основа.Таким образом, можно сделать вывод, что когда состав поверхностного слоя, основания и подстилающего слоя был правильным и приемлемым, возможно, что дорожное покрытие с использованием гибкого основания могло бы также иметь хорошие характеристики по сопротивлению колееобразованию.
Таким образом, в соответствии с глубиной колеи и максимальными напряжениями сдвига асфальтобетонных слоев при совокупном воздействии транспортной нагрузки и высоких температур приспособляемость семи конструкций дорожных одежд снижалась в следующем порядке: Str-5 > Str-6 > Str-4 > Стр-2 > Стр-3 > Стр-м > Стр-1.
7.2.2. Прогиб на поверхности покрытия
Результаты моделирования прогиба на поверхности покрытия показаны на рисунке 17.

Из рисунка 17 видно, что прогиб покрытия с использованием гибкого основания был максимальным, т.е. Стр-3. Например, прогиб Str-3 был в 3,26 раза выше, чем у Str-5, и в 1,22 раза выше, чем у Str-1. Следовательно, в условиях климата с высокими температурами и значительными температурными перепадами наиболее устойчивыми оказались покрытия на составных основаниях.Возможно, что при воздействии гаверсиновых транспортных нагрузок рассеяние сил зависело прежде всего от поглощения самой конструкции и отражения нижележащего слоя. Поскольку жесткость химически обработанных оснований была лучше, чем у гибких оснований, их рассеивание сил в основном зависело от отражения. Таким образом, под воздействием транспортных нагрузок деформация дорожных одежд, в которых использовались только химически обработанные основания, в основном происходила на асфальтовом покрытии.Что касается покрытия с гибким основанием, то оно не могло отражать воздействие транспортных нагрузок так же хорошо, как покрытия с химически обработанным основанием, в результате чего рассеивание сил в основном зависело от поглощения самой конструкции. Поэтому деформация всей конструкции была относительно выше. Более того, покрытия, в которых используются как химически обработанные основания, так и гибкие основания, обладают характеристиками двух упомянутых выше категорий покрытий, то есть способностью как поглощать, так и отражать свет.Поэтому деформационные реакции были вялыми.
Несмотря на одинаковую форму базовых слоев Ст-4, Ст-5 и Ст-6, т.е. составные основания из химобработанных оснований и гибких оснований, прогиб Ст-4 существенно отличался от прогиба Стр-4. -5 и Стр-6; однако он был близок к Str-m, Str-1 и Str-2, которые имели только химически обработанные основы. Возможно, причиной тому был относительно тонкий слой асфальта, составляющий 22 см. При этом усиливалось отражение химически обработанных оснований и ослаблялось поглощение гибких оснований, что ухудшало преимущество покрытий с составными основаниями и приводило к большему прогибу Стр-4.
Кроме того, Str-4 и Str-2 имеют одинаковую толщину химически обработанного основания; однако прогиб Стр-4 был меньше, чем у Стр-2. Следовательно, можно сделать вывод, что увеличение толщины асфальтобетонных слоев поможет интегрировать дорожное покрытие и уменьшит прогиб на поверхности дорожного покрытия. Кроме того, для сравнения Str-5 и Str-6 было обнаружено, что прогиб Str-5 был меньше. Таким образом, при условии одинаковой толщины асфальтобетонного слоя увеличение толщины химически обработанных оснований также способствовало бы сопротивлению деформациям.
Таким образом, по прогибу на поверхности дорожной одежды приспособляемость семи конструкций дорожной одежды уменьшалась в следующем порядке: Ст-5 > Стр-6 > Стр-4 > Стр-2 > Стр-м > Стр-1 > Стр -3.
7.2.3. Деформация верхней поверхности грунтового основания
Результаты моделирования деформаций сжатия на верхней поверхности грунтового основания семи конструкций дорожной одежды показаны на рис. 18.

Из рис. № 3 был самым большим и значительно отличался от других конструкций дорожного покрытия.Кроме того, сжимающие деформации на верхней поверхности земляного полотна дорожных одежд с составными основаниями были наименьшими. Например, деформация сжатия Str-3 была в 7,20 раза выше, чем у Str-4. Следовательно, можно предположить, что покрытия с использованием гибких оснований могут не подходить для условий высоких температур и значительных температурных перепадов. Возможно, химически обработанные основания остальных шести сооружений эффективно выдерживали транспортные нагрузки и ослабляли воздействие динамических нагрузок.Более того, путем сравнения конструкций, кроме Str-3, было замечено, что правильное увеличение толщины асфальтобетонных слоев может эффективно снизить воздействие на грунтовое основание. Наглядно это можно проиллюстрировать деформациями сжатия Str-2 и Str-4.
На Рисунке 18 также было обнаружено, что при гарантированной толщине асфальтового покрытия увеличение толщины химически обработанного основания может повысить устойчивость к деформации в климатических условиях с высокими температурами и значительными перепадами температур.Например, Str-5 и Str-6, их деформации сжатия на верхней поверхности земляного полотна составили 59,9 με и 60,9 με соответственно. Их формы асфальтовых покрытий были эквивалентны, а химически обработанное основание Str-5 было толще, чем у Str-6.
Кроме того, поскольку сжимающие деформации на верхней поверхности земляного полотна дорожных одежд с составными основаниями были наименьшими, можно предположить, что такие конструкции дорожных одежд обладают наибольшей приспособляемостью к высоким температурам и значительным температурным перепадам.
Таким образом, согласно деформациям сжатия на верхней поверхности земляного полотна этих конструкций, приспособляемость семи дорожных одежд уменьшалась в следующем порядке: Str-4 > Str-5 > Str-6 > Str-2 > Str-m > Str -1 > Сила-3.
8. Заключение
В этой статье для анализа приспособляемости конструкций дорожного покрытия к климату с высокими температурами и значительными перепадами температур в южной части Синьцзяна был использован метод КЭ. Были смоделированы температурные поля и механические реакции при этом условии.По результатам моделирования были сделаны следующие наблюдения: (1) С увеличением толщины дорожного покрытия влияние температуры воздуха явно ослабевало, а колебания температуры конструкции и температуры воздуха демонстрировали временной лаг. Кроме того, наибольшее влияние на Стр-1 оказало влияние температуры воздуха, возможно, из-за самого тонкого асфальтового покрытия. Несмотря на то, что температурное поле было различным среди семи конструкций, при глубине до 60 см не было явных различий, что означает, что выбор формы конструкции дорожной одежды мало влияет на температуру земляного полотна.(2) В семи конструкциях дорожного покрытия, в соответствии с колейностью и сжимающими деформациями на верхней поверхности земляного полотна, Str-4 была наиболее адаптируемой конструкцией; по максимальному касательному напряжению асфальтобетонных слоев и прогибу на поверхности дорожного покрытия больше подходил Str-5. Таким образом, приспособляемость семи покрытий к высоким температурам и значительным перепадам температур в южном Синьцзяне уменьшалась в следующем порядке: Str-5 > Str-6 > Str-4 > Str-2 > Str-m > Str-1 > Str- 3.(3) Тротуары с составным основанием имели очевидные преимущества перед двумя другими категориями покрытий, когда при анализе приспособляемости к условиям южного Синьцзяна учитывалась устойчивость к деформации. Возможно, более толстые слои асфальта положительно повлияли на поглощение динамических нагрузок. Кроме того, химически обработанные основания эффективно выдерживали транспортные нагрузки и ослабляли влияние ударных нагрузок на деформацию конструкции.
Доступность данных
Данные в таблицах 5 и 6 доступны на https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/102
.2018.1435883?journalCode=gpav20.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Вклад авторов
Сюэин Чжао и Баофу Ма задумали и разработали симуляцию. Сюэин Чжао провел симуляцию. Сюэин Чжао и Баофу Ма проанализировали данные. Айцин Шен предоставил инструменты для анализа и моделирования. Сюин Чжао написал статью.
Благодарности
Это исследование проводится при поддержке Синьцзянского административного бюро строительства коммуникаций и Синьцзянской академии транспортных наук.
Определение пластовых температур по данным термометрии в глубоких скважинах: сравнение трех методов | Журнал геофизики и инженерии
Аннотация
Наиболее важные данные о тепловом режиме недр Земли получают из измерений температуры в глубоких скважинах. Процесс бурения сильно изменяет температурное поле окружающих ствол скважины пластов. На изменение температуры влияет множество факторов, и для точного определения пластовой температуры на любой глубине требуется определенное время простоя.Теоретически это время закрытия бесконечно велико. Однако существует практический предел времени, необходимому для того, чтобы разница температур между стенкой скважины и окружающим пластом стала незначительной величиной. В данной работе мы провели сравнение трех методов прогнозирования невозмущенных пластовых температур по данным каротажа закрытых скважин в глубоких скважинах. Для оценки пластовых температур и сравнения измеренных и прогнозируемых нестационарных пластовых температур были выбраны долгосрочные температурные исследования в пяти скважинах.Установлено, что наилучшее соответствие наблюдается со значениями, рассчитанными по «трехточечному методу» и измеренными в период останова переходных температур.
Введение
Оценка геотермальных градиентов, определение плотности теплового потока, интерпретация каротажных диаграмм, операции по бурению и заканчиванию скважин, а также оценка ресурсов геотермальной энергии требуют знания температуры невозмущенного пласта. Однако процесс бурения сильно изменяет температуру пласта, непосредственно окружающего скважину.На изменение температуры влияет несколько факторов, таких как продолжительность циркуляции бурового раствора, разница температур пласта и бурового раствора, радиус скважины, коэффициент температуропроводности пласта и применяемая технология бурения. С учетом этих факторов точное определение пластовой температуры на любой глубине требует определенного времени бездействия скважины. Теоретически, это время закрытия бесконечно велико, чтобы достичь исходного состояния.Однако существует практический предел времени, необходимому для того, чтобы разница температур между стенкой скважины и окружающим пластом стала незначительной величиной. Результаты промысловых и аналитических исследований показали, что во многих случаях эффективную температуру ( T _w ) циркулирующей жидкости (бурового раствора) на заданной глубине можно считать постоянной в процессе бурения или добычи (например, Лахенбруха и Брюэра ( 1959), Ramey (1962), Edwardson и др. (1962), Jaeger (1961), Kutasov et al. (1966) и Raymond (1969).Здесь следует отметить, что даже при непрерывной циркуляции бурового раствора температура ствола скважины зависит от текущей глубины скважины и других факторов. Термин «эффективная температура жидкости» используется для описания температурных возмущений, вызываемых пластами во время бурения. В своей классической статье Лахенбрух и Брюэр (1959) показали, что температура закрытия ствола скважины в основном зависит от количества тепловой энергии, передаваемой пластам (или от них).
Из последних публикаций необходимо отметить работу Zschocke (2005), где поправочная функция определяется историей бурения, тепловыми параметрами и не менее чем двумя замерами равновесной температуры на разных глубинах.
Целью данной статьи является сравнение трех методов: метода Хорнера (Даудл и Кобб, 1975, Джорден и Кэмпбелл, 1984), трехточечного метода (Кутасов и Эппельбаум, 2003) и метода двух бревен (Кутасов, 1968). , Kritikos and Kutasov 1988, Kutasov 1999) для прогнозирования температуры невозмущенного пласта по каротажным диаграммам закрытых скважин в глубоких скважинах. Для оценки пластовых температур и сравнения измеренных и прогнозируемых нестационарных пластовых температур были выбраны долгосрочные температурные исследования в пяти скважинах.
Метод Горнера
Метод Хорнера (ГМ) широко используется в разработке нефтяных месторождений и в гидрогеологических исследованиях для обработки данных КВД скважин, эксплуатируемых при постоянном дебите. По простому линейному графику в полулогарифмическом масштабе можно оценить начальное пластовое давление и проницаемость пласта. Используя подобие между переходной реакцией давления и набора температуры, было предложено использовать метод Горнера для прогноза пластовой температуры по замерам забойной температуры (например,г., Тимко и Фертл (1972), Даудл и Кобб (1975) и Джорден и Кэмпбелл (1984)). Santoyo и др. (2000) выполнили интересное исследование тепловой эволюции скважины LV-3 на геотермальном поле Tres Virgenes, Мексика. Во время бурения и закрытия скважины LV-3 было выполнено несколько серий термометрии. Испытания на повышение температуры ограничивались коротким временем простоя (до 24 часов). Статические пластовые температуры (SFT) были рассчитаны с помощью пяти аналитических методов (включая график Хорнера), которые наиболее часто используются в геотермальной промышленности.Авторы заметили, что предсказания SFT, сделанные с использованием метода Хорнера, всегда были меньше, чем температуры, полученные другими методами. В методе Горнера тепловой эффект бурения аппроксимируется постоянным линейным источником тепла. Этот источник энергии находится в эксплуатации в течение некоторого времени t _c и зависит от времени, прошедшего с тех пор, как буровое долото впервые достигло заданной глубины. Для непрерывного периода бурения величина t _c идентична продолжительности циркуляции бурового раствора на заданной глубине.Известно выражение для скважинной температуры: 1где χ – коэффициент температуропроводности пластов, λ – коэффициент теплопроводности пластов; r _w – радиус скважины, t _c – время циркуляции бурового раствора на заданной глубине, q – расход тепла на единицу длины, T _w – температура стенки, T _f – начальная (невозмущенная) температура пласта и Ei (- x ) – экспоненциальный интеграл.Используя принцип суперпозиции, можно получить следующее уравнение для температуры закрытия: 2где t _с – время закрытия. Логарифмическая аппроксимация экспоненциальной интегральной функции (с хорошей точностью) справедлива для малых аргументов 3Из (2) и (3) получаем уравнение Горнера 4Таким образом, из полулогарифмического графика можно получить невозмущенную пластовую температуру и параметр M . Во многих случаях (при обработке результатов забойной термометрии) безразмерные параметры t _cD и t _sD малы и уравнение (3) применить нельзя.Оценка и ограничения метода Хорнера обсуждаются в литературе (например, Dowdle and Cobb (1975), Drury (1984) и Beck and Balling (1988)). При малых значениях t _D (из-за малого времени циркуляции бурового раствора на забое и низких значений температуропроводности пластов) скважину нельзя рассматривать как линейный источник тепла. Ранее было показано, что при использовании концепции скорректированного времени циркуляции (Кутасов, 1987, 1989) скважину с постоянной температурой стенки можно заменить цилиндрическим источником с постоянным расходом тепла. Скорректированная концепция времени циркуляции и полуаналитическое уравнение для безразмерной температуры на стенке бесконечно длинного цилиндрического источника с постоянным расходом тепла (Кутасов, 2003) были использованы для получения рабочей формулы для обработки результатов забойных журналы. Было продемонстрировано, что переходная температура закрытия является функцией циркуляции бурового раствора и времени закрытия, температуры пласта, температуропроводности пластов и радиуса скважины (Кутасов и Эппельбаум 2005).Однако при больших значениях t _D и t _sD (на некотором расстоянии от забоя) для оценки пластовой температуры часто используется метод Хорнера (например, Lachenbruch and Brewer (1959). ), Judge и др. (1981) и Taylor и др. (1982)).
Метод двух бревен (точек)
Математическая модель метода двух диаграмм (TLM) основана на предположении, что в глубоких скважинах эффективную температуру бурового раствора на заданной глубине можно считать постоянной в процессе бурения (Кутасов, 1968, 1976, Критикос, Кутасов, 1988). ).Как было показано ранее (Кутасов, 1976), при средних и больших значениях безразмерного времени циркуляции ( t _D > 5) функция распределения температуры ) в окрестности скважины можно описать простой формулой 5где r _в радиус теплового влияния. Таким образом, безразмерная температура в стволе скважины и в пласте в конце циркуляции бурового раствора (на заданной глубине) может быть выражена как использовали решение уравнения диффузии, описывающее охлаждение вдоль оси цилиндрического тела (Карслоу, Ягер, 1959) с известным начальным распределением температуры (уравнение (6)), помещенного в бесконечную среду постоянной температуры (Кутасов, 1976).Получено следующее выражение для T _sD : 7 Предполагалось, что для глубоких скважин радиус теплового воздействия намного больше радиуса скважины, и, следовательно, разница в тепловых свойствах буровых растворов и пластов может быть пренебрегают. При аналитическом выводе уравнения (7) были сделаны два основных упрощения процесса бурения: предполагалось, что бурение является непрерывным процессом и эффективная температура бурового раствора (на заданной глубине) постоянна. По этой причине для проверки уравнения (7) использовались полевые данные. Для этого использовались многолетние наблюдения за температурой в глубоких скважинах России, Белоруссии и Канады (Кутасов, 1968, Джамалова, 1969, Богомолов, и др., , 1970, Критикос, Кутасов, 1988). Сроки закрытия этих скважин находились в широком диапазоне (от 12 часов до 10 лет), а время бурения варьировалось от 3 до 20 месяцев. Наблюдения показали, что уравнение (7) достаточно точно описывает процесс установления температурного равновесия в скважине.На практике для глубоких скважин (больших t _D и малых p ) можно принять, что 8и 9Введение уравнений (8) и (9) в формулу (7) дает 10где T , T , T S 2 ) Доступны для данной глубины с T _S = T S 1 _{и T _S = t _{s 2} , получаем 11 Следовательно, 12где 13Коэффициент корреляции γ монотонно изменяется с глубиной. Трехточечный метод
Рисунок 1
Фактический (Curve F _{1 _{1 ) и предполагается (Curve F ) Радиальные температуры Распределение T _S = T _{S 1} На данной глубине схематических кривых .}}
Рисунок 1
Рисунок 1
Фурция (Curve F _{1 _{1 ) и предполагается (кривая F ) Радиальные распределения температуры T _S = T _{S 1} на данной глубине кривые.}}
Используя измерения T _{s 2} , T _{s 3} и уравнение (19), мы можем исключить пластовую температуру T _{i 8 9. После несложных преобразований получаем 21где 22} Подставив значение R _x (формула (16)) в уравнение (21), можно получить формулу для расчета безразмерного времени возмущения t _xD . После этого можно определить значения T _F , R _x и A и A = A = A = A _F / ( R _WX ) ².Хотя уравнение (21) основано на аналитическом решении (уравнение (19)), следует отметить несколько ограничений в применении предлагаемого метода. Во-первых, отношение температур γ ₁ (формула (21)) должно быть определено с высокой точностью. Это означает, что необходима высокая точность измерения температуры ( T _{s 1} , T _{s 2} , T _{s 39096.8 8}. Во-вторых, температурные отличия T 2 — 2 — T S 1 и T T S 3 — T S 1 должны быть значительно больше абсолютная точность измерения температуры.Для ускорения расчетов использовали компьютерную программу «PERMTEMP» (Кутасов, 1999. С. 318–320). Эта программа использовалась для обработки полевых данных по всем пяти скважинам. Как видно, применение трехточечного метода прогноза температуры невозмущенного пласта не зависит: (а) от истории бурения скважины (зависимость глубины по вертикали от времени, остановки в циркуляции бурового раствора), (б) применяемой технологии бурения ( свойства буровых растворов, скорость проходки, размер долота, обсадные трубы, методы цементирования). Трехточечный метод был успешно использован для прогнозирования пластовых температур по данным термометрии в глубоких скважинах в районах вечной мерзлоты (Кутасов и Эппельбаум, 2003).
Результаты расчетов и обсуждение
Обширные измерения температуры в Северной Канаде и на Аляске проводились Геотермальной службой Канады (Taylor and Judge 1976, Judge et al 1981, Taylor et al 1982) и Геологической службой США (Clow and Lachenbruch 1998). Мы выбрали долгосрочные температурные исследования в пяти скважинах (таблица 1) для оценки пластовых температур и сравнения измеренных и прогнозируемых переходных пластовых температур тремя методами. Результаты нескольких температурных исследований в скважине 167 представлены на рис. 2. Для трех скважин (№ 167, 192 и 275) часто использовалась интерполяция наблюдаемых температурных данных для отнесения температур к одной и той же глубине (таблицы 2 и 3). В этом исследовании нижние индексы 3, , H и 2 относятся к статической (невозмущенной) и переходной температурам, полученным методами TPM, HM и TLM соответственно. Следует также отметить, что для бревен методом двух бревен с т сек = т _{2 сек} и т сек = т _{с 3} были использованы.Для использования методов HM и TLM для определения невозмущенной температуры пласта требуется как минимум два каротажа температуры ( T _f ). Однако желательно, чтобы был доступен дополнительный журнал температуры для оценки точности прогнозов T _f . Соответственно, для использования методики ТРМ требуется еще один термометр. При этом перепады температуры (на заданной глубине) должны быть значительно больше абсолютной точности измерения температуры.Хорошим примером является результат температурных исследований, проведенных в скважине АГДО (таблица 4). В этой скважине было проведено пять термометрий: t _с = 36, 124, 132, 267 и 298 дней. Для участка скважины 201,5–518,5 м разность температур по двум ГИС, проведенным за т _с = 124 и 132 сут, составляет 0,05–0,11 °С. Теперь предположим, что доступны только три журнала температуры. Очевидно, что в этом случае трехточечный метод не может использоваться для определения значений T _f .Методы HM и TLM были использованы для расчета значений T _f (таблица 4). После этого по значениям T _f были рассчитаны переходные температуры бревен при t _с = 267 и 298 сут (табл. 5). Для оценки точности прогнозов T _f мы сравнили рассчитанные переходные температуры с наблюдаемыми (табл. 3 и 5) и вычислили значения среднеквадратичных отклонений температуры, Δ T .Из таблиц 3 и 5 следует, что значения Δ T практически совпадают и оба метода позволяют предсказать значения T _f с точностью около 0,1 °С. Для четырех скважин были использованы все три метода для расчета пластовых температур и расчетов переходных температур при двух периодах закрытия (таблицы 3 и 6). Для скважины №. 192 (рис. 3) и 275 (для четырех глубин, табл. 3) трехточечный метод обеспечивает наилучшую оценку пластовых и переходных температур.Интересные результаты получены для скв. 167 (таблица 3). В этом случае переходные температуры, рассчитанные тремя методами ( t _с = 528 дней и t _с = 868 дней), очень близки. Однако отклонения расчетных значений от измеренных (выраженных через Δ T ) относительно велики. В какой-то степени это можно объяснить точностью полевых данных и используемым методом интерполяции (привязка наблюдаемых температур к одной и той же глубине). Однако даже в этом случае трехточечный метод дает лучшую оценку пластовых и переходных температур, чем метод Хорнера и двухкаротажный метод. Сравнение прогнозируемых невозмущенных пластовых температур (таблица 3) и значений T _EQ (рис. 2), определенных по девяти долговременным каротажным диаграммам (Taylor et al. 1982, стр. 35), находится в хорошем согласии. Авторы использовали эмпирическую формулу Лахенбруха-Брюера (метод Хорнера) для оценки температуры невозмущенного пласта ( T _EQ ).Пластовые температуры, рассчитанные методами TPM и TLM для скважины FCK, очень хорошо совпадают, в то время как методы Хорнера дают несколько более высокие значения (таблица 7). Из таблицы 7 и рисунка 4 следует, что оба метода (ТЗМ и ТЛМ) могут быть использованы с высокой точностью для прогнозирования переходных пластовых температур. Пример обработки полевых данных программой «PERMTEMP» представлен в таблице 8. В нашем исследовании мы не учитывали влияние геотермического градиента на восстановление естественного температурного поля пластов. Это может иметь некоторое влияние на прогнозируемые значения T _f в регионах с высокими геотермическими градиентами.
Таблица 1 Скважинные данные и ссылки.
9057 9 180457 Well . 70064 Колодец . Общая вертикальная глубина (м) . Время бурения (дни) . Количество бревен ( n ), период простоя (дни) . Артикул .
№192, Кугпик Д-13 3689 188 7 (35–2835) Тейлор и др. 1982
7 №. 275, Parsons N-17 3295 116 8 (8–1192) Судья и др. 1981
7 № 9 167, Unippat i-22 4361 179 10 (26-3042) 10 (26-3042) Taylor et al 1 et al
Adgo 2538 85 5 (36-298) Taylor и судья 1976
FCK, West Fish Creek No. 1, Аляска 735 73 6 (227–2657) Clow and Lachenbruch 1998
Общая вертикальная глубина (м) . Время бурения (дни) . Количество бревен ( n ), период простоя (дни) . Артикул .
№ 192, Кугпик Д-13 3689 188 7 (35–2835) Тейлор и др. 1982
7 №.275, Parsons N-17 3295 116 8 (8–1192) Судья и др. 1981
7 № 9 167, Unippat i-22 4361 179 10 (26-3042) 10 (26-3042) Taylor et al 1 et al
Adgo 2538 85 5 (36-298) Taylor И судья 1976
FCK, Западный рыбный ручей № 1, Alaska 735 735 73 6 (227-2657) CLOW и Lachenbruch 1998
Таблица 1 Ну и ссылки и ссылки.
7 Колодец . Общая вертикальная глубина (м) . Время бурения (дни) . Количество бревен ( n ), период простоя (дни) . Артикул .
№ 192, Кугпик Д-13 3689 188 7 (35–2835) Тейлор и др. 1982
7 №.275, Parsons N-17 3295 116 8 (8–1192) Судья и др. 1981
7 № 9 167, Unippat i-22 4361 179 10 (26-3042) 10 (26-3042) Taylor et al 1 et al
Adgo 2538 85 5 (36-298) Taylor И судья 1976
FCK, West Fish Creek No.1, Alaska 735 735 73 6 (227-2657) Clow and Lachenbruch 1998
70064 ж . Общая вертикальная глубина (м) . Время бурения (дни) . Количество бревен ( n ), период простоя (дни) . Артикул .
№ 192, Кугпик Д-13 3689 188 7 (35–2835) Тейлор и др. 1982
7 №. 275, Parsons N-17 3295 116 8 (8–1192) Судья и др. 1981
7 № 9167, Unippat i-22 4361 179 10 (26-3042) 10 (26-3042) Taylor et al 1 et al
Adgo 2538 85 5 (36-298) Taylor И судья 1976
FCK, Западный рыбный ручей № 1, Alaska 735 735 73 6 (227-2657) CLOW и Lachenbruch 1998
Таблица 2 наблюдаются T _{o 1} , T _{o 2} , T _{o 3 9068 , T _{o 3 9068}}
с , м . Т _{o 1} (°С) . Т _{o 2} (°С) . Т _{o 3} (°С) . T _{f 3} (°C) . T _fH (°C) . T _{f 2} (°C) .
ж 192, т _{сек 1} = 35 д , т _{сек 2} = 128 д , т _{с 3} = 320 D
182.9 182.9 10.67 7.66 5.51 3.13 4.11 3.46
213.4 11.45 8.63 6.80 4,83 5,48 5,05
243,8 11,89 9,48 7,82 6,00 6,70 6,24
274,6 11,88 9,84 8,34 6,67 7,40 6,91
ж 167 т _{сек 1} = 26 д , т _{сек 2} = 106 д , т _{с 3} = 335 d
304. 8 13,72 11,29 9,62 8,34 8,72 8,47
335,3 14,21 11,86 10,50 9,50 9,62 9,56
365,8 15,03 12.61 11.30 11.30 10.35 10.35 10.40 10.40
396.2 15.76 13.46 12,07 11,03 11,22 11,11
426,7 16,15 13,95 12,64 11,67 11,83 11,74
457,2 16,66 14,50 13.25 12.34 12.45 12.45 12.40 12.40
487.7 17.55 15.18 14.04 13.24 13,16 13,27
518,2 17,83 15,83 14,58 13,65 13,86 13,73
ж 275, + т _{сек 1} = 8 + д , T 2 = 88 D , T T S 3 = 190 D
4264
426. 7 10.04 5.36 4,08 2,43 3,13 2,58
457,2 11,03 6,35 4,92 3,04 4,01 3,25
487,7 11,79 7,04 5,73 4.05 4.05 4.78 4.21 4.21
518.5 12.50 7.78 6.51 4.89 5,56 5,04
z , м . Т _{o 1} (°С) . Т _{o 2} (°С) . Т _{o 3} (°С) . T _{f 3} (°C) . T _fH (°C) . T _{f 2} (°C) .
ж 192, т _{сек 1} = 35 д , т _{сек 2} = 128 д , т _{с 3} = 320 D
182.9 182.9 10.67 7006 7.66 5.51 3.13 3.13 4.11 3.46
213.4 11,45 8,63 6,80 4,83 5,48 5,05
243,8 11,89 9,48 7,82 6,00 6,70 6,24
274,6 11,88 9,84 8,34 6,67 7,40 6,91
ж 167 т _{сек 1} = 26 д , т _{сек 2} = 106 г , t _{s 3} = 335 d
304. 8 13,72 11,29 9,62 8,34 8,72 8,47
335,3 14,21 11,86 10,50 9,50 9,62 9,56
365,8 15,03 12.61 11.30 11.30 10.35 10.35 10.40 10.40
396.2 15.76 13.46 12,07 11,03 11,22 11,11
426,7 16,15 13,95 12,64 11,67 11,83 11,74
457,2 16,66 14,50 13.25 12.34 12.45 12.45 12.40 12.40
487.7 17.55 15.18 14.04 13.24 13,16 13,27
518,2 17,83 15,83 14,58 13,65 13,86 13,73
ж 275, + т _{сек 1} = 8 + д , T 2 = 88 D , T T S 3 = 190 D
4264
426. 7 10.04 5.36 4,08 2,43 3,13 2,58
457,2 11,03 6,35 4,92 3,04 4,01 3,25
487,7 11,79 7,04 5,73 4.05 4.05 4.78 4.21 4.21
518.5 12.50 7.78 6.51 4.89 5,56 5,04
Таблица 2 Наблюдаемые остановки скважины температура ( T _{О 1}, Т _{О 2}, Т _{О 3}) пластовые температуры, рассчитанные тремя методами (пояснение символов см. в тексте).
с , м . Т _{o 1} (°С) . Т _{o 2} (°С) . Т _{o 3} (°С) . T _{f 3} (°C) . T _fH (°C) . T _{f 2} (°C) .
ж 192, т _{сек 1} = 35 д , т _{сек 2} = 128 д , т _{с 3} = 320 д
182.9 10,67 7,66 5,51 3,13 4,11 3,46
213,4 11,45 8,63 6,80 4,83 5,48 5,05
243,8 11,89 9.48 9.82 7.82 6.00 6.70 6.24 6.24
274.6 11.88 9.84 8,34 6,67 7,40 6,91
ж 167 т _{сек 1} = 26 д , т _{сек 2} = 106 д , T 3 = 335 D
304. 8
304.8 13.72 13.72 11.29 9.62 8.34 8.72 8.47
335.3 14,21 11,86 10,50 9,50 9,62 9,56
365,8 15,03 12,61 11,30 10,35 10,40 10,40
396,2 15,76 13.46 12.07 12.07 11.03 11.22 11.22 11.11 11.11
426,7 16.15 13.95 12,64 11,67 11,83 11,74
457,2 16,66 14,50 13,25 12,34 12,45 12,40
487,7 17,55 15,18 14.04 13.24 13.24 13.16 13.27 13.27 13. 27
518.2 17.83 17.83 15.83 14.58 13.65 13,86 13,73
ж 275, т _{сек 1} = 8 д , т _{сек 2} = 88 д , т _{с 3} = 190 г девяносто одна тысяча четыреста девяносто-четыре
426,7 10,04 5,36 4,08 2,43 3,13 2,58
457,2 11,03 6.35 4,92 3,04 4,01 3,25
487,7 11,79 7,04 5,73 4,05 4,78 4,21
518,5 12,50 7,78 6,51 4,89 5,56 5,04
z 9, . Т _{o 1} (°С) . Т _{o 2} (°С) . Т _{o 3} (°С) . T _{f 3} (°C) . T _fH (°C) . T _{f 2} (°C) .
ж 192, т _{сек 1} = 35 д , т _{сек 2} = 128 д , т _{с 3} = 320 д
182.9 10,67 7,66 5,51 3,13 4,11 3,46
213,4 11,45 8,63 6,80 4,83 5,48 5,05
243,8 11,89 9.48 9.82 7. 82 6.00 6.70 6.24 6.24
274.6 11.88 9.84 8,34 6,67 7,40 6,91
ж 167 т _{сек 1} = 26 д , т _{сек 2} = 106 д , T 3 = 335 D
304.8
304.8 13.72 13.72 11.29 9.62 8.34 8.72 8.47
335.3 14,21 11,86 10,50 9,50 9,62 9,56
365,8 15,03 12,61 11,30 10,35 10,40 10,40
396,2 15,76 13.46 12.07 12.07 11.03 11.22 11.22 11.11 11. 11
426,7 16.15 13.95 12,64 11,67 11,83 11,74
457,2 16,66 14,50 13,25 12,34 12,45 12,40
487,7 17,55 15,18 14.04 13.24 13.24 13.16 13.27 13.27 13.27
518.2 17.83 17.83 15.83 14.58 13.65 13,86 13,73
ж 275, т _{сек 1} = 8 д , т _{сек 2} = 88 д , т _{с 3} = 190 г девяносто одна тысяча четыреста девяносто-четыре
426,7 10,04 5,36 4,08 2,43 3,13 2,58
457,2 11,03 6. 35 4,92 3,04 4,01 3,25
487,7 11,79 7,04 5,73 4,05 4,78 4,21
518,5 12,50 7,78 6,51 4,89 5,56 5,04
H (° C)
7 . Скважина 192, т _с = 660 д . Скважина 192, т _с = 1755 д .
.
.
.
м , м , м T T OB (° C) T T 3 (° C) T T ₂ (° C) T T T _OB (° C) T T 7 3 (° C) T H (° C) T ₂ (°C)
182. 9 4,16 4,42 4,99 4,54 3,64 3,65 4,46 3,88
213,4 5,48 5,89 6,28 5,96 4,99 5,26 5.81 5.41 5.41
243.8 6.81 6.98 6.98 7.40 7.06 6.39 6.39 6,98 6,56
274,6 7,54 7,57 8,00 7,66 7,17 7,03 7,64 7,21
R + (° С) R ₃ = 0.26 R _H = 0,69 R R 2 = 0.34 R R ₃ = 0.15 R _H = 0.69 + Р ₂ = 0,26
ж 167, + т _сек = 528 + д ж 167, + т _сек = 868 + д
304. 8
304.8 9.28 9.28 9.209 9.41 9.24 8.97 8.89 9.16 8.95
335.3 9,94 10,17 10,25 10,19 9,58 9,92 10,02 9,96
365,8 10,66 10,99 11,02 11.00 10,28 10,75 10.80 10.77
3962
396.2 11.57 11.57 11.72 11.84 11.75 11.75 11.19 11.47 11,61 11,51
426,7 12,28 12,32 12,41 12,34 11,80 12,08 12,20 12,12
457,2 12,72 12,95 13.02 12.96 12.91 12. 41 12.73 12.73 12.82 12.75
487.7 13.43 13.77 13,74 13,78 13,13 13,57 13,53 13,59
518,2 14,14 14,27 14,40 14,30 13,83 14,04 14,20 14,09
R (° C) R R R R 3 = 0.22 R _H = 0.27 R ₂ = 0.23 R ₃ = 0.32 R _H = 0,40 R ₂ = 0.35
9005, T _S = 333 D Shall 275, T _S = 703 D
4264 426,7 3. 41 3.45 3.82 3.49 2.75 2.94 3.48 3,03
457,2 4,23 4,21 4,72 4,26 3,61 3,63 4,37 3,75
487,7 5,08 5,09 5,48 5,13 4.48 4.48 4.57 5.13 5.13 4,66
518.5 518.5 5.94 5.89 6.26 5,93 5,31 5,39 5,91 5,48
R (° С) R ₃ = 0,03 R _Н = 0,41 R ₂ = 0,05 R R ₃ = 0.11 R _H = 0.69 R ₂ = 0.20
H (° C)
70064
7 Таблица 3 Сравнение между измеренными температурой отключения ( T _OB ) и переходные температуры, рассчитанные тремя методами.
. Скважина 192, т _с = 660 д . Скважина 192, т _с = 1755 д .
.
.
.
м , м , м T T OB (° C) T T 3 (° C) T T ₂ (° C) T T T _OB (° C) T T 7 3 (° C) T H (° C) T ₂ (°C)
182.9 4,16 4,42 4,99 4,54 3,64 3,65 4,46 3,88
213,4 5,48 5,89 6,28 5,96 4,99 5,26 5.81 5.41 5.41
243.8 6.81 6.98 6.98 7.40 7.06 6.39 6.39 6,98 6,56
274,6 7,54 7,57 8,00 7,66 7,17 7,03 7,64 7,21
R + (° С) R ₃ = 0.26 R _H = 0,69 R R 2 = 0.34 R R ₃ = 0.15 R _H = 0.69 + Р ₂ = 0,26
ж 167, + т _сек = 528 + д ж 167, + т _сек = 868 + д
304.8
304.8 9.28 9.28 9.209 9.41 9.24 8.97 8.89 9.16 8.95
335.3 9,94 10,17 10,25 10,19 9,58 9,92 10,02 9,96
365,8 10,66 10,99 11,02 11.00 10,28 10,75 10.80 10.77
3962
396.2 11.57 11.57 11.72 11.84 11.75 11.75 11.19 11.47 11,61 11,51
426,7 12,28 12,32 12,41 12,34 11,80 12,08 12,20 12,12
457,2 12,72 12,95 13.02 12.96 12.91 12.41 12.73 12.73 12.82 12.75
487.7 13.43 13.77 13,74 13,78 13,13 13,57 13,53 13,59
518,2 14,14 14,27 14,40 14,30 13,83 14,04 14,20 14,09
R (° C) R R R R 3 = 0.22 R _H = 0.27 R ₂ = 0.23 R ₃ = 0.32 R _H = 0,40 R ₂ = 0.35
9005, T _S = 333 D Shall 275, T _S = 703 D
4264 426,7 3.41 3.45 3.82 3.49 2.75 2.94 3.48 3,03
457,2 4,23 4,21 4,72 4,26 3,61 3,63 4,37 3,75
487,7 5,08 5,09 5,48 5,13 4.48 4.48 4.57 5.13 5.13 4,66
518.5 518.5 5.94 5.89 6.26 5,93 5,31 5,39 5,91 5,48
R (° С) R ₃ = 0,03 R _Н = 0,41 R ₂ = 0.05 R R ₃ = 0.11 R _H = 0.69 R ₂ = 0.2087 2 = 0.20
H (° C)
7 . Скважина 192, т _с = 660 д . Скважина 192, т _с = 1755 д .
.
.
.
м , м , м T T OB (° C) T T 3 (° C) T T ₂ (° C) T T T _OB (° C) T T 7 3 (° C) T H (° C) T ₂ (°C)
182.9 4,16 4,42 4,99 4,54 3,64 3,65 4,46 3,88
213,4 5,48 5,89 6,28 5,96 4,99 5,26 5.81 5.41 5.41
243.8 6.81 6.98 6.98 7.40 7.06 6.39 6.39 6,98 6,56
274,6 7,54 7,57 8,00 7,66 7,17 7,03 7,64 7,21
R + (° С) R ₃ = 0.26 R _H = 0,69 R R 2 = 0.34 R R ₃ = 0.15 R _H = 0.69 + Р ₂ = 0,26
ж 167, + т _сек = 528 + д ж 167, + т _сек = 868 + д
304.8
304.8 9.28 9.28 9.209 9.41 9.24 8.97 8.89 9.16 8.95
335.3 9,94 10,17 10,25 10,19 9,58 9,92 10,02 9,96
365,8 10,66 10,99 11,02 11.00 10,28 10,75 10.80 10.77
3962
396.2 11.57 11.57 11.72 11.84 11.75 11.75 11.19 11.47 11,61 11,51
426,7 12,28 12,32 12,41 12,34 11,80 12,08 12,20 12,12
457,2 12,72 12,95 13.02 12.96 12.91 12.41 12.73 12.73 12.82 12.75
487.7 13.43 13.77 13,74 13,78 13,13 13,57 13,53 13,59
518,2 14,14 14,27 14,40 14,30 13,83 14,04 14,20 14,09
R (° C) R R R R 3 = 0.22 R _H = 0.27 R ₂ = 0.23 R ₃ = 0.32 R _H = 0,40 R ₂ = 0.35
9005, T _S = 333 D Shall 275, T _S = 703 D
4264 426,7 3.41 3.45 3.82 3.49 2.75 2.94 3.48 3,03
457,2 4,23 4,21 4,72 4,26 3,61 3,63 4,37 3,75
487,7 5,08 5,09 5,48 5,13 4.48 4.48 4.57 5.13 5.13 4,66
518.5 518.5 5.94 5.89 6.26 5,93 5,31 5,39 5,91 5,48
R (° С) R ₃ = 0,03 R _Н = 0,41 R ₂ = 0,05 R R ₃ = 0.11 R _H = 0.69 R ₂ = 0.20
H (° C)
. Скважина 192, т _с = 660 д . Скважина 192, т _с = 1755 д .
.
.
.
м , м , м T T OB (° C) T T 3 (° C) T T ₂ (° C) T T T _OB (° C) T T 7 3 (° C) T H (° C) T ₂ (°C)
182.9 4,16 4,42 4,99 4,54 3,64 3,65 4,46 3,88
213,4 5,48 5,89 6,28 5,96 4,99 5,26 5.81 5.41 5.41
243.8 6.81 6.98 6.98 7.40 7.06 6.39 6.39 6,98 6,56
274,6 7,54 7,57 8,00 7,66 7,17 7,03 7,64 7,21
R + (° С) R ₃ = 0.26 R _H = 0,69 R R 2 = 0.34 R R ₃ = 0.15 R _H = 0.69 + Р ₂ = 0,26
ж 167, + т _сек = 528 + д ж 167, + т _сек = 868 + д
304.8
304.8 9.28 9.28 9.209 9.41 9.24 8.97 8.89 9.16 8.95
335.3 9,94 10,17 10,25 10,19 9,58 9,92 10,02 9,96
365,8 10,66 10,99 11,02 11.00 10,28 10,75 10.80 10.77
3962
396.2 11.57 11.57 11.72 11.84 11.75 11.75 11.19 11.47 11,61 11,51
426,7 12,28 12,32 12,41 12,34 11,80 12,08 12,20 12,12
457,2 12,72 12,95 13.02 12.96 12.91 12.41 12.73 12.73 12.82 12.75
487.7 13.43 13.77 13,74 13,78 13,13 13,57 13,53 13,59
518,2 14,14 14,27 14,40 14,30 13,83 14,04 14,20 14,09
R (° C) R R R R 3 = 0.22 R _H = 0.27 R ₂ = 0.23 R ₃ = 0.32 R _H = 0,40 R ₂ = 0.35
9005, T _S = 333 D Shall 275, T _S = 703 D
4264 426,7 3.41 3.45 3.82 3.49 2.75 2.94 3.48 3,03
457,2 4,23 4,21 4,72 4,26 3,61 3,63 4,37 3,75
487,7 5,08 5,09 5,48 5,13 4.48 4.48 4.57 5.13 5.13 4,66
518.5 518.5 5.94 5.89 6.26 5,93 5,31 5,39 5,91 5,48
R (° С) R ₃ = 0,03 R _Н = 0,41 R ₂ = 0,05 R R R R 3 = 0,11 R _H = 0,69 R = 0.69 R ₂ = 0.20
Таблица 4 Наблюдается отключение температуры и рассчитанные температуры формирования, ну адаго.
7 с , м . т _{с 1} = 36 д . т _{с 2} = 124 д . Т _fH , °С . Т _{f 2} , °С .
201,5 8,78 6,83 5.40 5,49
241,1 8,72 7,11 5,93 6,01
280,7 9,50 7,78 6,53 6,62
320,3 9,94 8,33 7.17 7.25 7.25
360,0 360,0 11.00 9.22 7.22 8.03
399.6 10,78 9,44 8,48 8,55
439,2 11,78 10,39 9,41 9,48
478,8 12,78 11,33 10,31 10,38
518.5 13.72 12.22 11.17 11.25 11.25
Z , м . т _{с 1} = 36 д . т _{с 2} = 124 д . Т _fH , °С . Т _{f 2} , °С .
201,5 8.78 6.78 6.83 5.40 5.49
241.1 8.72 7,11 5,93 6,01
280,7 9,50 7,78 6,53 6,62
320,3 9,94 8,33 7,17 7,25
360,0 11.00 9.22 9.22 7.94 8.03 8.03
399,6 10.78 10.78 9.44 8.48 8.55
439,2 11,78 10,39 9,41 9,48
478,8 12,78 11,33 10,31 10,38
518,5 13,72 12,22 11,17 11,25
Таблица 4 Наблюдаемые температуры закрытия и расчетные пластовые температуры, скважина ADGO.
с , м . т _{с 1} = 36 д . т _{с 2} = 124 д . Т _fH , °С . Т _{f 2} , °С .
201,5 8.78 6.78 6.83 5.40 5.49
241.1 8.72 7,11 5,93 6,01
280,7 9,50 7,78 6,53 6,62
320,3 9,94 8,33 7,17 7,25
360,0 11.00 9.22 9.22 7.94 8.03 8.03
399,6 10.78 10.78 9.44 8.48 8.55
439,2 11,78 10,39 9,41 9,48
478,8 12,78 11,33 10,31 10,38
518,5 13,72 12,22 11,17 11,25
9,48 10,38 11,25 + з , м . т _{с 1} = 36 д . т _{с 2} = 124 д . Т _fH , °С . Т _{f 2} , °С .
201,5 8,78 6,83 5,40 5,49
241,1 8,72 7,11 5,93 6,01
280.7 9,50 7,78 6,53 6,62
320,3 9,94 8,33 7,17 7,25
360,0 11,00 9,22 7,94 8,03
399.6 10.78 9.44 9.44 8.48 8.48 8.55
439.2 11.78 10.39 9.41
478,8 12,78 11,33 10,31
518,5 13,72 12,22 11,17
Таблица 5 Сравнение между измеренной shut- по температурам ( T _ob ) и переходным температурам, рассчитанным двумя методами, скважина ADGO.
. Время простоя, 267 дней . Время простоя, 298 дней .
.
.
.
г , м . Т _или (°С) . Т _Н (°С) . Т ₂ (°С) . Т _или (°С) . T _H _o (°C) . Т ₂ (°С) .
201,5 6,00 6,15 6,17 5,94 6,08 6,11
241,1 6,39 6,55 6,57 6,39 6,49 6,52
280.7 7,06 7,18 7,21 7,00 7,12 7,14
320,3 7,61 7,78 7,80 7,56 7,72 7,74
360,0 8,50 80063 8.61 8.63 8.44 8.44 8.55 8.57
399.6 8.83 8.98 9,00 8,78 8,94 8,96
439,2 9,72 9,41 9,94 9,72 9,87 9,89
478,8 10,72 10,84 10.86 10.67 10.79 10.79 10.81 10.81
518.5 11.56 11.56 11.72 11.74 11.50 11,66 11,69
R (° С), R _Н = 0,17 R ₂ = 0,17 R _Н = 0,14 R ₂ = 0,16
R R R _H = 0.17 R ₂ = 0.17 9699 R H = 0.14 R R ₂ = 0.16 = 0.16 . Время простоя, 267 дней . Время простоя, 298 дней .
.
.
.
г , м . Т _или (°С) . Т _Н (°С) . Т ₂ (°С) . Т _или (°С) . T _H _o (°C) . Т ₂ (°С) .
201,5 6,00 6,15 6,17 5,94 6,08 6,11
241,1 6,39 6,55 6,57 6,39 6,49 6,52
280,7 7,06 7,18 7,21 7.00 7,12 7,14
320,3 7,61 7,78 7,80 7,56 7,72 7,74
360,0 8,50 8,61 8,63 8,44 8,55 8.57
399.6 893 8.83 8.98 9.98 9.00 8.78 8.94 8.96
439,2 9,72 9,41 9,94 9,72 9,87 9,89
478,8 10,72 10,84 10,86 10,67 10,79 10,81
518.5 11.56 11.72 11.74 11.74 11.50 11.66 11.69
R (° C),
Таблица 5 Сравнение между измеренными температурой отключения ( T _OB) переходные температуры рассчитаны двумя методами, хорошо ADGO.
R R R _H = 0.17 R ₂ = 0.17
7 . Время простоя, 267 дней . Время простоя, 298 дней .
.
.
.
г , м . Т _или (°С) . Т _Н (°С) . Т ₂ (°С) . Т _или (°С) . T _H _o (°C) . Т ₂ (°С) .
201,5 6,00 6,15 6,17 5,94 6,08 6,11
241,1 6,39 6,55 6,57 6,39 6,49 6,52
280,7 7,06 7,18 7,21 7.00 7,12 7,14
320,3 7,61 7,78 7,80 7,56 7,72 7,74
360,0 8,50 8,61 8,63 8,44 8,55 8.57
399.6 893 8.83 8.98 9.98 9.00 8.78 8.94 8.96
439,2 9,72 9,41 9,94 9,72 9,87 9,89
478,8 10,72 10,84 10,86 10,67 10,79 10,81
518.5 11.56 11.72 11.74 11.74 11.50 11.66 11.69
R (° C), R _H = 0.14 R ₂ = 0.16
H = 0.17 R R 2 = 0,17 9698 R _H = 0,14 R ₂ = 0.16 . Время простоя, 267 дней . Время простоя, 298 дней .
.
.
.
г , м . Т _или (°С) . Т _Н (°С) . Т ₂ (°С) . Т _или (°С) . T _H _o (°C) . Т ₂ (°С) .
201,5 6,00 6.15 6,17 5,94 6,08 6,11
241,1 6,39 6,55 6,57 6,39 6,49 6,52
280,7 7,06 7,18 7,21 70063 700 7.12 7.12 7.14
320.3 320.3 7.61 7.78 7.80 7.56 7,72 7,74
360,0 8,50 8,61 8,63 8,44 8,55 8,57
399,6 8,83 8,98 9,00 8,78 8,94 8.96 8.96
439.2 9.72 9.72 9.41 9.41 9.94 9.72 9.87 9.89
478,8 10,72 10,84 10,86 10,67 10,79 10,81
518,5 11,56 11,72 11,74 11,50 11,66 11,69
R (° C), R
Таблица 6 Наблюдаемые температуры закрытия и пластовые температуры, рассчитанные тремя методами, скважина FCK.
9.11 . Т _{o 1} (°С) . Т _{o 2} (°С) . Т _{o 3} (°С) . . . .
с , м . т _{с 1} = 227 д . т _{с 2} = 506 д . т _{с 3} = 867 д . T _{f 3} (°C) . T _fH (°C) . T _{f 2} (°C) .
368,8 5,86 4,97 4,56 4,02 4,11 3,98
399,3 6,82 6,17 5,74 5,12 5,41 5,14
432.8 7,98 7,35 6,95 6,39 6,64 6,34
478,5 9,66 9,02 8,59 7,94 8,28 7,97
512,1 10,65 10.03 9.65 9.65 9.10 9.35 9.35 9.11
542.6 12.01 11.44 11,07 10,52 10,79 10,54
573,0 13,02 12,43 12,11 11,67 11,83 11,66
606,6 14,19 13,62 13.31 12.88 13.03 13.03 12.87 12.87
640,1 15.23 14.84 14.55 14.12 14,37 14,15
670,6 16,36 15,84 15,57 15,21 15,33 15,19
704,1 17,94 17,43 17,14 16,73 16.91 16,73
. Т _{o 1} (°С) . Т _{o 2} (°С) . Т _{o 3} (°С) . . . .
с , м . т _{с 1} = 227 д . т _{с 2} = 506 д . т _{с 3} = 867 д . T _{f 3} (°C) . T _fH (°C) . T _{f 2} (°C) .
368.8 5.86 4.97 4.56 4.02 4,02 4.11 3.98
399,3 6,82 6,17 5,74 5,12 5,41 5,14
432,8 7,98 7,35 6,95 6,39 6,64 6,34
478.5 9.66 9.02 9.02 8.59 7.94 8.28 8.28 7.97
512.1 10.65 10,03 9,65 9,10 9,35 9,11
542,6 12,01 11,44 11,07 10,52 10,79 10,54
573,0 13,02 12.43 12.11 11.67 11.67 11.83 11.66 11.66
606,6 14.19 13.62 13.31 12,88 13,03 12,87
640,1 15,23 14,84 14,55 14,12 14,37 14,15
670,6 16,36 15,84 15,57 15.21 15.33 15.33 15.19 15.19
704.1 704.1 17.94 17.43 17.43 17.14 16.73 16.91 16,73
Таблица 6 Наблюдаемые температуры закрытия и пластовые температуры, рассчитанные тремя методами, скважина FCK.
9.11 . Т _{o 1} (°С) . Т _{o 2} (°С) . Т _{o 3} (°С) . . . .
с , м . т _{с 1} = 227 д . т _{с 2} = 506 д . т _{с 3} = 867 д . T _{f 3} (°C) . T _fH (°C) . T _{f 2} (°C) .
368,8 5,86 4,97 4,56 4,02 4,11 3,98
399,3 6,82 6,17 5,74 5,12 5,41 5,14
432.8 7,98 7,35 6,95 6,39 6,64 6,34
478,5 9,66 9,02 8,59 7,94 8,28 7,97
512,1 10,65 10.03 9.65 9.65 9.10 9.35 9.35 9.11
542.6 12.01 11.44 11,07 10,52 10,79 10,54
573,0 13,02 12,43 12,11 11,67 11,83 11,66
606,6 14,19 13,62 13.31 12.88 13.03 13.03 12.87 12.87
640,1 15.23 14.84 14.55 14.12 14,37 14,15
670,6 16,36 15,84 15,57 15,21 15,33 15,19
704,1 17,94 17,43 17,14 16,73 16.91 16,73
. Т _{o 1} (°С) . Т _{o 2} (°С) . Т _{o 3} (°С) . . . .
с , м . т _{с 1} = 227 д . т _{с 2} = 506 д . т _{с 3} = 867 д . T _{f 3} (°C) . T _fH (°C) . T _{f 2} (°C) .
368.8 5.86 4.97 4.56 4.02 4,02 4.11 3.98
399,3 6,82 6,17 5,74 5,12 5,41 5,14
432,8 7,98 7,35 6,95 6,39 6,64 6,34
478.5 9.66 9.02 9.02 8.59 7.94 8.28 8.28 7.97
512.1 10.65 10,03 9,65 9,10 9,35 9,11
542,6 12,01 11,44 11,07 10,52 10,79 10,54
573,0 13,02 12.43 12.11 11.67 11.67 11.83 11.66 11.66
606,6 14.19 13.62 13.31 12,88 13,03 12,87
640,1 15,23 14,84 14,55 14,12 14,37 14,15
670,6 16,36 15,84 15,57 15.21 15.33 15.33 15.19 15.19
704.1 704.1 17.94 17.43 17.43 17.14 16.73 16.91 16,73
Таблица 7 Сравнение измеренных температур закрытия и рассчитанных тремя методами переходных температур, скважина FCK.
R . т _с = 1576 д .
.
.
с , м . Т _об , °С . Т ₃ , °С . Т _Н , °С . Т ₂ , °С . 91 875
368,8 4,35 4,31 4,38 4,30
399,3 5,50 5,46 5,63 5,47
432,8 6,73 6.70 6,85 6,70
478,5 8,33 8,30 8,49 8,31
512,1 9,46 9,40 9,55 9,41
542,6 10,86 10.82 10.98 10.83 10.83
573.0 573.93 11.93 11.91 11.91 12.91
606.6 13,13 13,11 13,21 13,11
640,1 14,33 14,36 14,50 14,37
670,6 15,36 15,40 15,48 15,40
704.1 16.93 16.95 17.95 17.06 16.95 16.95
R (° C) R ₃ = 0.035 R _H = 0,115 R ₂ = 0,033
. т _с = 1576 д .
.
.
с , м . Т _об , °С . Т ₃ , °С . Т _Н , °С . Т ₂ , °С .
368,8 4,35 4,31 4,38 4,30
399,3 5,50 5,46 5,63 5,47
432,8 6,73 6,70 6,85 6,70
478.5 8,33 8,30 8,49 8,31
512,1 9,46 9,40 9,55 9,41
542,6 10,86 10,82 10,98 10,83
573.0 11.93 11.91 11.91 12.91 11.91 11.91
60664
606.6 13.13 13.11 13.21 13,11
640,1 14,33 14,36 14,50 14,37
670,6 15,36 15,40 15,48 15,40
704,1 16,93 16,95 17.06 16.95
R R (° C) R R R ₃ = 0,035 R _H = 0.115 R ₂ = 0,033
Таблица 7 Сравнение измеренных температур закрытия и рассчитанных тремя методами переходных температур, скважина FCK.
. т _с = 1576 д .
.
.
с , м . Т _об , °С . Т ₃ , °С . Т _Н , °С . Т ₂ , °С .
368.8 4.35 4.31 4.38 4.30
3
5 5.50 5.46 5.63 5.47
432,8 6,73 6,70 6,85 6,70
478,5 8,33 8,30 8,49 8,31
512,1 9,46 9,40 9,55 9.41
542,6 10.86 10.86 10.82 10.98 10.98 10.83
573,0 11.93 11,91 12,01 11,91
606,6 13,13 13,11 13,21 13,11
640,1 14,33 14,36 14,50 14,37
670,6 15.36 15.40 15.40 15.48 15.48 15.40
70064
704.1 16.93 16.95 17.06 16.95
Р (° С) _{R 3} = 0,035 R Н = 0,115 R 2 = 0,033
_{R R R R R = 0,035 R _H = 0.115 R ₂ = 0,033}
7 Таблица 8 Прогнозируемая температура формирования, ну ФСК; 91 494 t 91 497 90 687 91 494 с 91 497 1 90 688 = 227, 91 494 t 91 497 90 687 91 494 с 91 497 2 90 688 = 506 и 91 494 t 91 497 90 606 91 494 7 с 3 91 494 7 сут.
девяносто одна тысяча восемьсот семьдесят-две . т _с = 1576 д .
.
.
с , м . Т _об , °С . Т ₃ , °С . Т _Н , °С . Т ₂ , °С .
368.8 4.35 4.31 4.38 4.30
3
5 5.50 5.46 5.63 5.47
432,8 6,73 6,70 6,85 6,70
478,5 8,33 8,30 8,49 8,31
512,1 9,46 9,40 9,55 9.41
542,6 10.86 10.86 10.82 10.98 10.98 10.83
573,0 11.93 11,91 12,01 11,91
606,6 13,13 13,11 13,21 13,11
640,1 14,33 14,36 14,50 14,37
670,6 15.36 15.40 15.40 15.48 15.48 15.40
70064
704.1 16.93 16.95 17.06 16.95
R (° C)
0,003 970 3,347 -7,76 2,539 14.12 0,002 898 2,783 16,73 с , м . т _xD . А , 1/день . Р _x . Т _f , °С .
30,5 1,01 0,003 405 3,196 -8,90
61,0 1,83 0,006 212 3,951 -8,37
91. 4 1.16
112,8 0,65 0,002 250 2,761 -7,06
146,3 0,50 0,001 740 -5.62
179.8 0.62 0.62 0.002 191 2.717 -399 -3,991
368.8 1.14 0.004 342 3,335 4,02
399,3 0,69 0,002 632 2,808 5,12
432,8 0,71 0,002 771 2,843 6,39
478,5 0.61 0.002 431 0.002 431 2.711 70057
512.1 512.1 0.68 0,002 720 2.798 9.10
542,6 0,64 0,002 579 2,740 10,52
573,0 0,79 0,003 248 2,941 11,67
606,6 0,78 0,003 271 2.934 12.88
640.1
640.1 0.51 0.51 0.002 144 2.555 14.12
670. 6 0,78 0,003 359 2,934 15,21
704,1 0,67
3,335 70064 г, м . т _xD . А , 1/день . Р _x . Т _f , °С .+
30,5 1,01 0,003 405 3,196 -8,90
61,0 1,83 0,006 212 3,951 -8,37
91,4 1,16 0,003 970 3.347 -79.76
112.8
112.8 0,65 0,62 250 2,761 -7-7.06
146. 3 0,50 0,001 740 2,539 -5,62
179,8 0,62 0,002 191 2,717 -3,91
368,8 1,14 0,004 342 4.02
399,3 0.69 0.69 0,002 632 2.808 5.12 5.12
432.8 0.71 0.002 771 2,843 6,39
478,5 0,61 0,002 431 2,711 7,94
512,1 0,68 0,002 720 2,798 9,10
542,6 0.64 0.64 0.002 579 2.740 10.52 10.52
573,0 573,0 0,79 0,003 248 2.941 11.67
606,6 0,78 0,003 271 2,934 12,88
640,1 0,51 0,002 144 2,555 14,12
670,6 0,78 0,003 359 2.934 15.21 15.21
70064
704.1 0.67 0,002 898 2,783 16.783 16.73
Таблица 8 Прогнозируемая температура формирования, ну FCK; 91 494 t 91 497 90 687 91 494 с 91 497 1 90 688 = 227, 91 494 t 91 497 90 687 91 494 с 91 497 2 90 688 = 506 и 91 494 t 91 497 90 606 91 494 7 с 3 91 494 7 сут.
0,003 970 3,347 -7,76 2,761 002 с , м . т _xD . А , 1/день . Р _x . Т _f , °С .
30.59 30.01 1.01 0,003 405 3.196 -8,90
61. 0 1,83 0,006 212 3,951 -8,37
91,4 1,16
112,8 0,65 0,002 250 -7.06 -7.06
146.3 0.50 0.50 0.001 740 2.539 — 5.62
179.8
179.8 0.62 0.191 2,717 -3,91
368,8 1,14 0,004 342 3,335 4,02
399,3 0,69 0,002 632 2,808 5,12
432,8 0.71 0,71 0,002 771 2.843 6.39 6.39
478.5 0.61 0.002 431 2.711 7.94
512,1 0,68 0,002 720 2,798 9,10
542,6 0,64 0,002 579 2,740 10,52
573,0 0,79 0,003 248 2.941 11.67
6064
606.6 0,78 0,78 0,003 271 2714 12.934 12.88
640.1 0,51 0,002 144 2,555 14,12
670,6 0,78 0,003 359 2,934 15,21
704,1 0,67 0,002 898 2,783 16.73
2,717 з , м . т _xD . А , 1/день . Р _x . Т _f , °С . +
30,5 1,01 0,003 405 3,196 -8,90
61,0 1,83 0,006 212 3,951 -8,37
91,4 1,16 0,003 970 3,347 -7,76
112. 8 0,65 0,002 250 2,761 -7,06
146,3 0,50 0,001 740 2,539 -5,62
179,8 0,62 0,002 191 -3.91
368.8 1.14 1.14 0,004 342 3.335 4.02 4,02
399,3 0.69 0.002 632 2,808 5,12
432,8 0,71 0,002 771 2,843 6,39
478,5 0,61 0,002 431 2,711 7,94
512,1 0.68 0.68 0,002 720 2.798 9.10 9.10
542.6 542.6 0.64 0.002 579 2.740 10.52
573,0 0,79 0,003 248 2,941 11,67
606,6 0,78 0,003 271 2,934 12,88
640,1 0,51 0,002 144 2.555 14.12 14.12
670.6 670.6 0.78 0.003 359 2.934 15.21 15.21
704.1 0,67 0,002 898 2,783 16,73
Рисунок 2
Наблюдаемые профили температуры в скв. 167, измерено в разные даты (гг мм дд), T _EQ — предсказанная кривая зависимости температуры от глубины (Taylor et al 1982).
Рисунок 2
Наблюдаемые профили температуры в скважине №. 167, измерено в разные даты (гг мм дд), T _EQ — предсказанная кривая зависимости температуры от глубины (Taylor et al 1982).
Рисунок 3
Сравнение измеренных температур закрытия и рассчитанных методом трех точек на двух глубинах: z = 274,6 м (скв. 192), z = 426,7 м (скв. 167).
Рисунок 3
Сравнение измеренных температур закрытия и рассчитанных трехточечным методом на двух глубинах: z = 274,6 м (скв. 192), z = 426,7 м (скв. 167).
Рисунок 4
Сравнение измеренных температур закрытия и рассчитанных методом трех точек, скважина FCK, t _с = 2657 дней.
Рисунок 4
Сравнение измеренных температур закрытия и рассчитанных методом трех точек, скважина FCK, т _с = 2657 дней.
Выводы
Это исследование показывает, что TPM можно успешно использовать для определения статических и переходных пластовых температур. Представленные полевые примеры показывают, что TPM имеет преимущество по сравнению с методом Хорнера и методом двух бревен. Для глубоких скважин мы рекомендуем проводить не менее четырех температурных исследований.Преимущество трехточечного метода заключается в том, что ТЗМ может применяться для обработки термометрических данных, проводимых в районах вечной мерзлоты. В этом случае (в криолитозонной части скважины) точка отсчета теплового восстановления скважины смещается с конца освоения скважины на момент времени, когда закончилось повторное замораживание пластов (Кутасов, Эппельбаум, 2003).
Подтверждение
Мы благодарим двух анонимных рецензентов за их полезные комментарии и предложения.
Каталожные номера
, . , 1988
Определение температуры целинных пород
, Справочник по определению плотности наземного теплового потока
, , . Дордрехт
Клювер
(стр. 59
— 85
), , , , . , 1970
Тепловой поток Припяти Через
, Доклады АН Белоруссии
Серия физико-техн.
, том. 2
(стр. 97
— 103
), , . , 1959
, Теплопроводность в твердых телах
2-е изд. Лондон
Oxford University Press
, . , 1998
, Расположение скважин и глубины вечной мерзлоты, Аляска, США
. , 1969
, Тепловой поток Дагестана
Москва
Наука
, . , 1975
Статические пластовые температуры по каротажным диаграммам – эмпирический метод
, J. Petrol. Технол.
(стр. 1326
— 30
), , , , . , 1962
Расчет возмущений пластовой температуры, вызванных циркуляцией бурового раствора
, J. Petrol. Технол.
(стр. 416
— 26
). , 1961
Влияние бурового раствора на температуру, измеренную в скважинах
, J. Geophys. Рез.
, том. 66
(стр. 563
— 9
), . , 1984
Каротаж скважин I — свойства горных пород, скважинная среда, буровой раствор и температурный каротаж
SPE AIME
Даллас, Нью-Йорк
(стр. 131
— 46
), , , . , 1981
Сбор геотермальных данных Канады – Северные скважины, 1978–80 гг.
Серия Geothermal
, vol. том 12
Оттава
Отдел физики Земли, энергетика, горнорудная промышленность и ресурсы
, . , 1988
Двухточечный метод определения невозмущенной пластовой температуры
, Пласт Eval.
(стр. 222
— 6
). , 1968
Определение времени, необходимого для достижения температурного равновесия и геотермического градиента в глубоких скважинах
C238
(стр. 55
— 61
). , 1976
, Тепловые параметры скважин, пробуренных в районах вечной мерзлоты
Москва
Недра
. , 1989
Применение метода Горнера для скважины, работающей при постоянном забойном давлении
Пласт Оцен. 90–92 марта
. , 1999
, Прикладная геотермия для инженеров-нефтяников
Развитие нефтяной науки
, vol. том 48
Амстердам
Elsevier
, ., 2003
Прогноз пластовых температур в районах вечной мерзлоты по термометриям в глубоких скважинах – полевые примеры
, Перигляциальный процесс вечной мерзлоты.
, том. 14
(стр. 247
— 58
) http://dx.doi.org/10.1002/ppp.457}
H R P _D
7
Стационарного потока через пористую среду Тепловая проведение

Градиент давления: ∇ P Градиент температуры : ∇ T
3
Первоначальный резервуар давления: P _I Three Anisturbed Формат Температура: T _I
Расход жидкости: Q * = — K / μ ∇ P (Закон Дарси) Тепловой расход: Q = -λ∇ T (Закон Фурье)
Соотношение вязкости проницаемости: K / μ Теплопроводность: λ
Произведение пористости и общей сжимаемости: ϕ c _t Произведение плотности и удельной теплоемкости: ρ c _p 9 0063
Гидравлический коэффициент диффузии: η = к / ифс _т Температуропроводность: = λ / рс _р
радиус скважины: г _ж Обогреватель RADIUS: R 7 H
R
7 DR R R 7 в 8
Радиальное расстояние: R _D = г / г _ж Радиальное расстояние: г _D = г / г _ч
Радиус дренажа: R _др = r _dr / r _w Радиус теплового воздействия: R _в = r в 906 688/ R 7 H
Time: T * _D = η T / R / R / R / R ² W Время: T _D = в / R ^{R ² ^H}
Температура: T 7 D
r
Устанавливающее состояние через пористую среду Тепловая проводимость
Давление: P Температура:
Градиент давления: ∇ P Градиент температуры: ∇ T
Первоначальный резервуар давления: р. _i Температура невозмущенного пласта: T _i
Расход жидкости: q* = — K / μ∇ P (Закон Дарси) Расход теплового расхода: Q = -λ∇ T (Закон Фурье)
Соотношение вязкости проницаемости: K / μ Теплопроводность : λ
3
пористость и общая сжимаемость Продукт: φ C C 7 T Плотность и удельный тепловый продукт: ρ C 7 P
Гидравлическая диффузность: η = K / μφc _T Температуропроводность: + = λ / рс + _р
радиус скважины: г + _ш Нагреватель радиус: г + _ч
радиус дренажа: r _dr Радиус теплового воздействия: r _in
Безразмерные параметры 7 Радиальное расстояние _D = г / г _ж Радиальное расстояние: г _D = г / г _ч
Радиус дренажа: R _др = R = R R / R / R R R _в = R _в/ R _H
Время: т * _D = η T / R / R ² 7 W Time: T _D = на / R ² 7 H
Давление: p _D Температура: T _D
Система скважина–пласт.
H R P _D
7
Стационарного потока через пористую среду Тепловая проведение

Градиент давления: ∇ P Градиент температуры : ∇ T
3
Первоначальный резервуар давления: P _I Three Anisturbed Формат Температура: T _I
Расход жидкости: Q * = — K / μ ∇ P (Закон Дарси) Тепловой расход: Q = -λ∇ T (Закон Фурье)
Соотношение вязкости проницаемости: K / μ Теплопроводность: λ
Произведение пористости и общей сжимаемости: ϕ c _t Произведение плотности и удельной теплоемкости: ρ c _p 9 0063
Гидравлический коэффициент диффузии: η = к / ифс _т Температуропроводность: = λ / рс _р
радиус скважины: г _ж Обогреватель RADIUS: R 7 H
R
7 DR R R 7 в 8
Радиальное расстояние: R _D = г / г _ж Радиальное расстояние: г _D = г / г _ч
Радиус дренажа: R _др = r _dr / r _w Радиус теплового воздействия: R _в = r в 906 688/ R 7 H
Time: T * _D = η T / R / R / R / R ² W Время: T _D = в / R ^{R ² ^H}
Температура: T 7 D
r
Устанавливающее состояние через пористую среду Тепловая проводимость
Давление: P Температура:
Градиент давления: ∇ P Градиент температуры: ∇ T
Первоначальный резервуар давления: р. _i Температура невозмущенного пласта: T _i
Расход жидкости: q* = — K / μ∇ P (Закон Дарси) Расход теплового расхода: Q = -λ∇ T (Закон Фурье)
Соотношение вязкости проницаемости: K / μ Теплопроводность : λ
3
пористость и общая сжимаемость Продукт: φ C C 7 T Плотность и удельный тепловый продукт: ρ C 7 P
Гидравлическая диффузность: η = K / μφc _T Температуропроводность: + = λ / рс + _р
радиус скважины: г + _ш Нагреватель радиус: г + _ч
радиус дренажа: r _dr Радиус теплового воздействия: r _in
Безразмерные параметры 7 Радиальное расстояние _D = г / г _ж Радиальное расстояние: г _D = г / г _ч
Радиус дренажа: R _др = R = R R / R / R R R _в = R _в/ R _H
Время: т * _D = η T / R / R ² 7 W Time: T _D = на / R ² 7 H
Давление: p _D Температура: T _D
Будет показано (промысловый пример, раздел 6), что для нагнетательных скважин высокие значения коэффициента диффузии т типичны.Это приводит к очень высоким значениям безразмерного времени, и скважину можно рассматривать как линейный источник. Также следует отметить, что произведение пористости и общей сжимаемости (ϕ c _t ) нельзя определить по испытанию в одной скважине: этот параметр можно получить только при многоскважинном испытании (интерференционном контроле). К счастью, аналогичный параметр — плотность и теплоемкость (ρ c _p ) — колеблется в узких пределах и может быть определен по вырезкам (Kappelmeyer, Haenel, 1974; Somerton, 1992).Ниже мы также покажем, что дополнительный параметр — контактное тепловое сопротивление — может быть выражен через скин-фактор и теплопроводность пласта.
4 Радиусы дренажа и теплового воздействия
Представленные решения дифференциального уравнения коэффициента диффузии справедливы только для переходного (бесконечно действующего пласта) периода. Это означает, что во время испытаний на поле давления (или температуры) вокруг скважины практически не влияют границы пласта или другие добывающие (нагнетательные) скважины.Поэтому для оценки продолжительности переходного периода необходимо с достаточной точностью определить радиус дренажа (теплового воздействия). В этом разделе мы представляем общий подход, который позволяет определить радиус дренирования (теплового воздействия) как функцию времени для скважины (цилиндрического источника тепла), добываемой при постоянном расходе (тепле).
4.1 Радиус дренажа
4.2 Радиус теплового воздействия
Теоретически цилиндрический источник с постоянным расходом тепла воздействует на температурное поле пластов на очень больших радиальных расстояниях.Однако существует практический предел расстояния — радиус теплового влияния ( r _в), — где для данного периода температура практически равна геотермальной температуре T _i . Однако во избежание неопределенности важно, чтобы параметр r _в не зависел от разности температур T ( r _в , t ) — T .По этой причине мы использовали метод теплового баланса для расчета радиуса теплового влияния. Аналогично получаем 2223. Аналогично, 24. Суммарный тепловой поток на единицу длины определяется выражением 25. Объединяя уравнения (6), (7), (24) и (25), получаем уравнение для определения значения R _в , 26
5 Скин-фактор и скважинное хранилище
5.1 Поток жидкости
В результате операций бурения и заканчивания большинство скважин имеют пониженную проницаемость вблизи ствола скважины (скин-зона).Это приводит к потере давления из-за скин-фактора и соответствующему снижению производительности скважины. Интенсификация скважин посредством кислотной обработки или гидроразрыва пласта может повысить продуктивность скважины даже выше уровня добычи, соответствующего неповрежденным условиям. Количественно скин-фактор определяется как параметр (скин-фактор), зависящий от толщины и эффективной проницаемости скин-зоны (Хокинс, 1956): 27. Скин-фактор удобнее выражать через кажущийся (эффективный) радиус скважины ( Earlougher 1977) 28Вводя в уравнение (13) падение давления на кожу, получаем 29Для больших значений t * _D можно использовать логарифмическую аппроксимацию функции Ei , 30где 0.577 22 — постоянная Эйлера. Последнее уравнение для значений x Ei (- x ) функционирует с ошибкой менее 0,016% и с абсолютной точностью 0,001. Предполагается (уравнение (13)), что во время испытания на депрессию расход из пласта в скважину (дебит «песчаной поверхности», q _sf ) постоянен для t > 0. В в большинстве случаев расход контролируется и измеряется на устье скважины. Когда скважина полностью заполнена однофазной жидкостью, в течение некоторого времени жидкость, хранящаяся в скважине, будет обеспечивать часть расхода.В течение этого периода расход «песчаной поверхности» увеличится с q _sf ( t = 0) = 0 до q _sf = q _h . Принято считать, что это увеличение может быть аппроксимировано экспоненциальной функцией (Кучук и Айестаран, 1985 г.): 31 Хорн (1995 г.) дает исчерпывающее описание явлений накопления в стволе скважины для испытаний на депрессию: Когда скважина впервые открывается, давление в скважине падает. Это падение вызывает расширение скважинного флюида, и, таким образом, первой добычей является не флюид из пласта, а флюид, хранившийся в объеме скважины.По мере расширения жидкости скважина постепенно опорожняется до тех пор, пока скважинная система не перестанет отдавать жидкость, и сама скважина обеспечивает большую часть потока в течение этого периода. Это накопление в скважине из-за расширения жидкости.
5.2 Тепловой поток
Ниже мы рассмотрим длинный цилиндрический электронагреватель (с большим отношением длины к диаметру). Расчеты, проведенные Mufti (1971), показали, что для практических целей цилиндр, длина которого в пять или более раз превышает его диаметр, можно рассматривать как бесконечный цилиндр.В этом случае нагреватель можно рассматривать как бесконечный цилиндрический источник тепла. Для учета влияния контактного термического сопротивления на температуру стенки нагревателя воспользуемся понятием эффективного радиуса. В этом случае скин-фактор позволяет количественно определить влияние термического сопротивления скважины на температуру стенки нагревателя. 3233, где r _w – радиус скважины, r _h – радиус нагревателя, r _га – эффективный видимый радиус нагревателя, λ – коэффициент теплопроводности пластов (около скважины) и λ _ef – эффективная теплопроводность r _w — r _h кольцевого пространства.Для открытой (необсаженной) скважины кольцевое пространство r _w — r _h заполнено буровым раствором (или воздухом) и глинистой коркой — пластическим покрытием скважины, образующимся из буровой раствор налипает и скапливается на стенке скважины. Кольцо r _w — r _h в обсаженной скважине состоит из бурового раствора, стали и цемента. Скин-фактор можно оценить по результатам испытания на понижение температуры (раздел 7), а контактное тепловое сопротивление ( R ) рассчитать по уравнению (32).34. Следует отметить, что скин-фактор был введен Хокинсом (1956) в нефтяной инженерии для учета перепада давления в зоне (вокруг ствола скважины) измененной проницаемости. Скин-фактор является составным параметром и учитывает проницаемости различных пластов путем введения эффективной (эквивалентной) проницаемости. Надежность оценки скин-фактора зависит только от качества промысловых нагнетательных и дебитных скважин (схема испытаний, напорная и расходная аппаратура, методика обработки данных, адекватная физико-математическая модель).Аналогичным образом для температурных испытаний скважин скин-фактор через эффективную проводимость кольцевого пространства скважины-нагревателя учитывает теплофизические свойства материалов (например, буровых растворов, стали, цемента и т. д.).
Феномен «скважинного накопления» для испытаний на понижение температуры проявляется как период времени, необходимый для достижения постоянного расхода тепла.
6 Испытание скважины на депрессию
Испытание на депрессию при постоянном расходе жидкости часто используется для определения проницаемости пласта и степени повреждения (или улучшения) пласта вокруг добывающих или нагнетательных скважин.В настоящее время для измерения и обработки промысловых данных обычно используются нефтепромысловые (практические) единицы. Размерности параметров: [ q ] = стандартный баррель в сутки (STB/D), [ B ] = RB/STB, [ k ] = md (миллидарцы), [ p ] = psi (фунт-сила на квадратный дюйм), [ t ] = h, [ h ] = ft, [μ] = cp, [ c _t ] = 1 psi ^-1 , [ r _w ] = футы, [ϕ] = дробь и [η] = футы ² h ^-1 .STB — это один баррель при стандартных условиях ( p = 14,7 фунтов на квадратный дюйм, T = 60 °F), а RB — это один баррель при пластовом давлении и температуре. Уравнения (29) и (30) можно объединить и преобразовать в известную форму (в нефтяных единицах) уравнения депрессии давления (Мэттьюз и Рассел, 1967), 35363738. Как видно из уравнения (36), наклон графика дна давление в стволе скважины в зависимости от логарифма времени притока (добычи) позволяет нам определить проницаемость пласта (уравнение (37)) и по отрезку (уравнение (38)) можно рассчитать скин-фактор.В уравнении (38) значение p _{1 h} должно быть взято из полулогарифмической прямой. Если данные давления, измеренные за 1 час, не попадают на эту линию, линию необходимо экстраполировать на 1 час и использовать экстраполированное значение p _{1 час} (Earlougher 1977). Значение p _{1 h} (когда log 1 = 0) используется в нефтяной инженерии для упрощения уравнения (35). На практике на результаты депрессии могут влиять многие явления, такие как недостаточное время стабилизации, продолжительность выдержки ствола скважины, влияние границ пласта, неоднородности пласта, частичное заканчивание скважин, переход от линейного течения к радиальному и точность показаний датчиков давления. испытания скважин под давлением.Влияние этих явлений на определение проницаемости пласта и скин-факторов обсуждается в литературе (Мэттьюз и Рассел, 1967 г., Эрлоугер, 1977 г., Ли, 1982 г., Сабет, 1991 г., Хорн, 1995 г., Бурдаро, 1998 г.).
Чтобы продемонстрировать, что подобная методика (основанная на представлении скважины как бесконечного линейного источника) не может быть использована при испытаниях на понижение температуры, мы приводим полевой пример.
Пример поля ( Earlougher 1977, пример 3.1 ).В нефтяной скважине было проведено испытание на понижение давления. Данные пласта и испытаний представлены в таблице 2 и на рисунке 2. Из рисунка 2 следует, что отклонение от прямой линии, вызванное скин-эффектом и эффектом накопления в стволе скважины, может наблюдаться в течение первых 4 часов. Продолжительность переходного периода составляет 12 ч, а при t > 16 ч на поведение давления влияют границы пласта, интерференция близлежащих скважин или другие факторы.
ч = 130 футов ϕ = 0.20
R R W W = 0.25 FT μ = 3.93 CP
Q _H = 348 STB / D M = -22 PSI / цикл (рисунок 1)
B = 1.14 RB / STB P P 1 H = 954 PSI (рисунок 1)
C _T = 8,74 × 10 ^-6 1 / PSI p _i = 1154 psi
h = 130 футов ϕ = ϕ20
R R W W = 0.25 FT μ = 3.93 CP
Q _H = 348 STB / D M = -22 PSI / цикл (рисунок 1)
B = 1.14 RB / STB P P 1 H = 954 PSI (рисунок 1)
C _T = 8,74 × 10 ^-6 1 / PSI p _i = 1154 psi
h = 130 футов ϕ = ϕ20
R R W W = 0.25 FT μ = 3.93 CP
Q _H = 348 STB / D M = -22 PSI / цикл (рисунок 1)
B = 1.14 RB / STB P P 1 H = 954 PSI (рисунок 1)
C _T = 8,74 × 10 ^-6 1 / PSI p _i = 1154 psi
h = 130 футов ϕ = ϕ20
R R W W = 0.25 FT μ = 3.93 CP
Q _H = 348 STB / D M = -22 PSI / цикл (рисунок 1)
B = 1.14 RB / STB P P 1 H = 954 PSI (рисунок 1)
C _T = 8,74 × 10 ^-6 1 / PSI p _i = 1154 psi
Рисунок 2
График полулогарифмических данных для испытания на понижение давления (по Earlougher (1977)).
Рисунок 2
График полулогарифмических данных для испытания на понижение давления (по Earlougher (1977)).
Из уравнений (35)–(38) были определены следующие параметры (Earlougher, 1977): k = 89 мд и с * = 4,6. В нефтепромысловых единицах безразмерное время равно 39. Рассчитаем безразмерное время при t = 1 ч: Как мы отмечали ранее, при значении безразмерного времени около 1000 скважина может рассматриваться как бесконечный линейный источник. Теперь предположим, что пласт представляет собой песчаник с коэффициентом температуропроводности χ = 0.004 00 м ² h ^-1 и r _h ≈ r _w . Тогда оценим еще и отношение η/χ: Ясно, что при проведении испытаний на понижение температуры цилиндрический нагреватель нельзя рассматривать как бесконечно протяженный линейный источник тепла. Также были рассчитаны (уравнения (21) и (26)) безразмерные значения радиусов дренажа и теплового воздействия (табл. 3). Таблица 3
Радиусы дренажа и теплового воздействия.
+
R _в R _др
т (ч) т _D ( т = 1 ч) = 0.689 + т +_Д ( т = 1 ч) = 5,47 × 10 ⁴
1 2,57 480
2 3,26 678
3
3 3.79 830
4 4 958
5 4,63 1070
6 4.99 1172
7 5,32 1 265
8 5,63 тысячу триста пятьдесят-две
9 5,92 1434
10 6,19 1512
+
R _в R _др
т (ч) т _D ( т = 1 ч) = 0 .689 + т +_Д ( т = 1 ч) = 5,47 × 10 ⁴
1 2,57 480
2 3,26 678
3
3 3.79 830
4 4 958
5 4,63 1070
6 4.99 1172
7 5,32 +1265
8 5,63 1352
9 5,92 +1434
10 6,19 1512
Таблица 3
Радиусы дренажа и теплового воздействия.
+
R _в R _др
т (ч) т _D ( т = 1 ч) = 0.689 + т +_Д ( т = 1 ч) = 5,47 × 10 ⁴
1 2,57 480
2 3,26 678
3
3 3.79 830
4 4 958
5 4,63 1070
6 4.99 1172
7 5,32 1 265
8 5,63 тысячу триста пятьдесят-две
9 5,92 1434
10 6,19 1512
+
R _в R _др
т (ч) т _D ( т = 1 ч) = 0 .689 + т +_Д ( т = 1 ч) = 5,47 × 10 ⁴
1 2,57 480
2 3,26 678
3
3 3.79 830
4 4 958
5 4,63 1070
6 4.99 1172
7 5,32 +1265
8 5,63 1352
9 5,92 тысячи четыреста тридцать-четыря
10 6,19 1512
Через 10 ч радиус теплового воздействия составляет r _in = 6,19 × 0,25 = 1,548 (фут) = 0,472 (м), а радиус дренажа составляет r _dr

T T T (H) T T 2 (H) T _H ₁ (° C) T _H ₂ (° C) λ (W M ^-1 ° C ^-1 ° C ^-1) R (M ° CW ^-1)
1 2 45.105 +46,490 2,051 1,052
1 3 45,105 47,427 1,985 1,022
1 5 45,105 48,674 1,991 1,025
2 4 4 46.490 48.117 1.940 0,985 0,
2 6 46.490 49,143 1,963 0,999
2 8 46,490 49,904 1,971 1,005
3 6 47,427 49,143 1,999 1,032
3 8 8 47.427 49.904 1.998 1.032 1.032
3 10 47.427 50,510 2,000 1,033
4 8 48,117 49,904 1,997 1,030
4 10 48,117 50,510 1,999 1,032
5 10 48,674 50,510 1,999 1,032
70064
7 Таблица 4
Сравнение принятых и рассчитанных значений формирования теплопроводности и тепловой стойки.Принято: λ = 2,000 Вт · м ^-1 °C ^-1 , R = 1,027 м · °C Вт ^-1 .
т ₁ (ч) т ₂ (ч) T _H _H ₁ (° C) T H _H ₂ (° C) λ (W M ^-1 ° C ^-1) R (м °CW ^-1 )
1 2 45.105 +46,490 2,051 1,052
1 3 45,105 47,427 1,985 1,022
1 5 45,105 48,674 1,991 1,025
2 4 4 46.490 48.117 1.940 0,985 0,
2 6 46.490 49,143 1,963 0,999
2 8 46,490 49,904 1,971 1,005
3 6 47,427 49,143 1,999 1,032
3 8 8 47.427 49.904 1.998 1.032 1.032
3 10 47.427 50,510 2,000 1,033
4 8 48,117 49,904 1,997 1,030
4 10 48,117 50,510 1,999 1,032
5 5 10 48.674 50.510 50.510 1.999 1.032 1.032
T T T (H) T T 2 (H) T _H ₁ (° C) T _H ₂ (° C) λ (W M ^-1 ° C ^-1 ° C ^-1) R (M ° CW ^-1)
1 2 45.105 +46,490 2,051 1,052
1 3 45,105 47,427 1,985 1,022
1 5 45,105 48,674 1,991 1,025
2 4 4 46.490 48.117 1.940 0,985 0,
2 6 46.490 49,143 1,963 0,999
2 8 46,490 49,904 1,971 1,005
3 6 47,427 49,143 1,999 1,032
3 8 8 47.427 49.904 1.998 1.032 1.032
3 10 47.427 50,510 2,000 1,033
4 8 48,117 49,904 1,997 1,030
4 10 48,117 50,510 1,999 1,032
5 10 48,674 50,510 1,999 1,032
7 Таблица 5
Сравнение принятых и рассчитанных значений формирования теплопроводности и термической контактной стойки и начальная температура пласта.Принято: λ = 2,0 Вт м ^-1 °C ^-1 , R = 1,027 м °C Вт ^-1 , T _i = 40,0 °C.
т ₁ (ч) т ₂ (ч) T _H _H ₁ (° C) T H _H ₂ (° C) λ (W M ^-1 ° C ^-1) R (м °CW ^-1 )
1 2 45.105 +46,490 2,051 1,052
1 3 45,105 47,427 1,985 1,022
1 5 45,105 48,674 1,991 1,025
2 4 4 46.490 48.117 1.940 0,985 0,
2 6 46.490 49,143 1,963 0,999
2 8 46,490 49,904 1,971 1,005
3 6 47,427 49,143 1,999 1,032
3 8 8 47.427 49.904 1.998 1.032 1.032
3 10 47.427 50,510 2,000 1,033
4 8 48,117 49,904 1,997 1,030
4 10 48,117 50,510 1,999 1,032
5 5 10 48.674 50.510 50.510 1.999 1.032 1.032
2 (H)
T T 1 (h) T T T 7 3 (H) T _H ₁ (° C ) T T _H ₂ (° C) T _H ₃ (° C) λ (W M ^-1 ° C ^-1) ) R (M ° CW ^-1) T T I (° C)
1 3 6 45.105 47,427 49,143 2,010 1,064 39,951
1 3 8 45,105 47,427 49,904 2,008 1,059 39,956
1 3 3 10 45.105 47.427 50.510 2.008 1.060 39.955 39.955
1
4 4 10 45.105 48,117 50,510 2,004 1,051 39,967
2 4 8 46,490 48,117 49,904 2,064 1,255 39,608
2 5 5 10 46.490 48.674 50.510 2.040 1.190 39.715 39.715
3
3 5 10 47.427 48,674 50,510 1,995 1,017 40,025
3 6 10 47,427 49,143 50,510 2,004 1,045 39,980
+
T T T 1 8 (H) T T 2 (H) T 7 3 (H) T 7 H ₁ (° C) T T _H ₂ ₂ (° C) T _H ₃ (° C) Λ (W M ^-1 ° C ^-1) R (m ° CW ^-1) T I I (° C)
1 3 6 45.105 47,427 49,143 2,010 1,064 39,951
1 3 8 45,105 47,427 49,904 2,008 1,059 39,956
1 3 3 10 45.105 47.427 50.510 2.008 1.060 39.955 39.955
1
4 4 10 45.105 48,117 50,510 2,004 1,051 39,967
2 4 8 46,490 48,117 49,904 2,064 1,255 39,608
2 5 5 10 46.490 48.674 50.510 2.040 1.190 39.715 39.715
3
3 5 10 47.427 +48,674 50,510 1,995 1,017 40,025
3 6 10 47,427 49,143 50,510 2,004 1,045 39,980
Таблица 5
Сравнение предполагаемых и расчетных значений теплопроводности пласта и теплового контактного сопротивления, а также начальной температуры пласта. Принято: λ = 2,0 Вт·м ^-1 °C ^-1 , R = 1.027 м °C W ^-1 , T _i = 40,0 °C.
2 (H)
T T 1 (h) T T T 7 3 (H) T _H ₁ (° C ) T T _H ₂ (° C) T _H ₃ (° C) λ (W M ^-1 ° C ^-1) ) R (M ° CW ^-1) T T I (° C)
1 3 6 45.105 47,427 49,143 2,010 1,064 39,951
1 3 8 45,105 47,427 49,904 2,008 1,059 39,956
1 3 3 10 45.105 47.427 50.510 2.008 1.060 39.955 39.955
1
4 4 10 45.105 48,117 50,510 2,004 1,051 39,967
2 4 8 46,490 48,117 49,904 2,064 1,255 39,608
2 5 5 10 46.490 48.674 50.510 2.040 1.190 39.715 39.715
3
3 5 10 47.427 48,674 50,510 1,995 1,017 40,025
3 6 10 47,427 49,143 50,510 2,004 1,045 39,980
40,025
T T T 1 8 (H) T T 2 (H) T 7 3 (H) T 7 H ₁ (° C) T T _H ₂ ₂ (° C) T _H ₃ (° C) Λ (W M ^-1 ° C ^-1) R (m ° CW ^-1) T I I (° C)
1 3 6 45.105 47,427 49,143 2,010 1,064 39,951
1 3 8 45,105 47,427 49,904 2,008 1,059 39,956
1 3 3 10 45.105 47.427 50.510 2.008 1.060 39.955 39.955
1
4 4 10 45.105 48,117 50,510 2,004 1,051 39,967
2 4 8 46,490 48,117 49,904 2,064 1,255 39,608
2 5 5 10 46.490 48.674 50.510 2.040 1.190 39.715 39.715
3
3 5 10 47.427 +48,674 50,510 1,995 1,017
3 6 10 47,427 49,143 50,510 2,004 1,045 39,980
девяносто один тысяча девятьсот пятьдесят пять
Рисунок 3
Система пласт–скважина–зонд.
Рисунок 3
Система пласт–скважина–зонд.
8 Выводы
Показаны сходства и различия методов гидродинамических и температурных испытаний скважин на депрессию.Показано, что при проведении температурных испытаний цилиндрический нагреватель (зонд) нельзя рассматривать как бесконечно протяженный линейный источник тепла. Разработан новый метод определения in situ пластовой теплопроводности, пластовой температуры и термического сопротивления ствола скважины. Этот метод основан на полуаналитическом уравнении, которое аппроксимирует безразмерную температуру стенки бесконечно длинного цилиндрического зонда с постоянной скоростью теплового потока, помещенного в скважину.Это уравнение справедливо для любого значения безразмерного времени, и принцип суперпозиции можно использовать без ограничений. Для проверки применимости предлагаемого метода необходимы полевые эксперименты в открытых и обсаженных скважинах.
Подтверждение
Авторы хотели бы поблагодарить анонимного рецензента, который тщательно рассмотрел рукопись, и его критические замечания и ценные предложения очень помогли при подготовке этой статьи.
Каталожные номера
.,
1998
,
Испытания скважин: методы интерпретации
Париж
Издания Technip
. ,
1947
Время, необходимое скважине для достижения температурного равновесия
,
Пн. Нет. Р. Астрон. соц. Геофиз. Доп.
, том.
5
(стр.
127
—
30
), . ,
1959
,
Теплопроводность в твердых телах
2-е изд.
Лондон
Oxford University Press
. ,
1977
,
Успехи в анализе испытаний скважин
Нью-Йорк
Общество инженеров-нефтяников
, , , .,
1982
,
Справочник по геотермальной энергии
Хьюстон, Техас
Gulf Publishing Company
. ,
1981
,
Геотермальные системы
Нью-Йорк
Академический
, . ,
1980
,
Таблица интегралов, рядов и произведений
Нью-Йорк
Академический
. ,
1981
,
Геотермия: использование температуры при разведке углеводородов
Американская ассоциация геологов-нефтяников Краткие заметки по курсу, том 17
стр.
стр. 156
. ,
1956
Заметка о скин-эффекте
,
Trans. AIME
, том.
207
(стр.
356
—
7
). ,
1995
,
Анализ современных испытаний скважин: компьютерный подход
Пало-Альто, Калифорния
Petroway
. ,
1986
,
Зависимость между радиусом дренирования и суммарной добычей
, . ,
1984
,
Каротаж скважин I — свойства пород, скважинная среда, буровой раствор и температурный каротаж
Нью-Йорк
Общество инженеров-нефтяников
(стр.
131
—
46
), . ,
1974
,
Геотермия со специальной ссылкой на область применения
Берлин
Gebruder Borntrager
, . ,
1985
Анализ одновременно измеренных давления и дебита пласта при испытаниях скважин на переходные процессы
,
J. Petroleum Technol.
(стр.
323
—
34
). ,
1998
Программа анализирует данные о ступенчатом давлении
,
Нефть Газ J.
, vol.
5

Январь
(стр.
43
—
6
). ,
1999
,
Прикладная геотермия для инженеров-нефтяников
Амстердам
Elsevier
, . ,
2005
Испытание на депрессию стимулированной скважины, работающей при постоянном забойном давлении
,
Первый прорыв
, том.
23
(стр.
25
—
8
), . ,
1984
Радиус дренирования скважины, добываемой при постоянном забойном давлении в бесконечно действующем пласте
, .,
2003a
Определение скин-фактора для скважины, добываемой при постоянном забойном давлении
,
J. Energy Resources Technol.
, том.
125
(стр.
61
—
3
) http://dx.doi.org/10.1115/1.15137

Конденсаторы Максимальная номинальная температура Комментарии
MLCC (керамика) C0G/NP0 200°С Низкие значения, низкая TC, доступно в SMT или сквозном исполнении
MLCC (керамика) X7R 200°С TC выше, чем у C0G/NP0, ниже cos
Электролитический влажный тантал 200°С Высокие значения емкости, в основном сквозные
Электролитический тантал 175°С Высокие значения емкости, доступны корпуса для поверхностного монтажа

Резисторы Максимальная номинальная температура Комментарии
Проволочный 275°С Высокая устойчивость к перенапряжению, стабильная
Металлическая пленка 230°С Высокая точность
Оксид металла 230°С Общего назначения
Толстая пленка 275°С Общего назначения, широкий диапазон сопротивлений
Тонкая пленка 215°С Компактный, низкая TC, высокая стабильность, доступны массивы резисторов
Керамический состав 220°С Высокотемпературная замена углеродной композиции
Обратите внимание, что компоненты для поверхностного монтажа подвержены протечкам между клеммами, если их корпуса прилегают к печатной плате, поскольку остатки флюса, как правило, остаются под ними после процесса сборки.Такие остатки впитывают влагу, что при высокой температуре увеличивает их проводимость. В этой ситуации паразитный резистор (с довольно непредсказуемым поведением) появится на компоненте для поверхностного монтажа, что может привести к дополнительным ошибкам схемы. Чтобы преодолеть эту проблему, рассмотрите возможность выбора более крупных размеров микросхем, выводов типа «крыло чайки» или сквозных компонентов в областях схемы, которые особенно чувствительны. В конечном счете, этот нежелательный остаток может быть практически устранен путем добавления эффективной стадии промывки платы, обычно с использованием ультразвука или омыления, в конце процесса сборки.
Разработчик систем, которые будут работать в неблагоприятных условиях, должен помнить об управлении температурным режимом. Даже если компоненты рассчитаны на высокую температуру окружающей среды, следует учитывать самонагрев, связанный с рассеиванием их мощности. В случае AD8229 его гарантированная работа до 210°C предполагает небольшую нагрузку по выходному току. Дополнительное рассеивание мощности, вызванное работой с большими нагрузками или постоянными неисправностями (такими как короткое замыкание на выходе), повысит температуру перехода выше максимальных номинальных значений компонента, что значительно сократит срок службы усилителя.Важно следовать рекомендуемым рекомендациям по отводу тепла и помнить о соседних источниках тепла, таких как регуляторы мощности.
Даже у высокотемпературных резисторов номинальная мощность снижается выше 70°C. Обратите особое внимание на номинальные температуры резисторов при предполагаемой рабочей температуре, особенно если они будут рассеивать значительную мощность. Например, если резистор с номиналом 200°C работает при температуре окружающей среды 190°C, но если его самонагрев из-за рассеиваемой мощности составляет 20°C, то он будет превышать номинальные значения.
Хотя многие пассивные компоненты могут выдерживать высокие температуры, их конструкция может не подходить для длительного воздействия окружающей среды, в которой высокая температура может сочетаться с ударами и вибрацией. Кроме того, производители высокотемпературных резисторов и конденсаторов указывают срок службы при данной температуре. Соответствие характеристик срока службы всех компонентов важно для получения системы с высокой надежностью. Наконец, не забывайте, что многие компоненты, рассчитанные на высокую температуру, могут нуждаться в дополнительном снижении номинальных характеристик для обеспечения продолжительной работы.
Практический пример: картирование температурного градиента в печи
В качестве демонстрации двух подходящих устройств в высокотемпературном приложении AD8229 и ADXL206 (двухосевой акселерометр) эксплуатировались в высокотемпературной среде, которая была портативной и безопасной в использовании. В демонстрации используется небольшая электрическая печь с вращающимся узлом, на котором установлена и постоянно работает высокотемпературная печатная плата. Нагревательный элемент внутри духовки расположен в верхней части.Такое расположение создает большой температурный градиент внутри объема печи. Вращающийся механизм поддается эксперименту, который может сочетать измерения температуры и положения.
AD8229 обрабатывает сигнал, поступающий от термопары типа K, которая постоянно вращается внутри печи. Зонд термопары выходит за пределы печатной платы примерно на 6 дюймов, чтобы лучше измерять изменение температуры печи. В то же время ADXL206 измеряет угол поворота. Три сигнала (температурный градиент, ускорение по оси x и ускорение по оси y) направляется через токосъемное кольцо (поворотный соединитель), рассчитанное на работу при высоких температурах.Токосъемное кольцо поддерживает соединение с невращающимся жгутом, который соединяется с платой сбора данных снаружи печи. Поскольку «холодный спай» находится внутри печи, вторая термопара обеспечивает статическую ссылку на внутреннюю температуру. Усилитель термопары AD8495 (также вне печи ) использует встроенную компенсацию холодного спая для обработки сигнала дополнительной термопары.
Плата внутри духовки расположена ближе к центру вращающегося узла, где приблизительная температура составляет 175°C.В конструкции платы используется полиимидный материал. Дорожки на медных слоях имеют минимальную ширину 0,020 дюйма для улучшения сцепления меди с материалом препрега (рис. 14). Для соединения платы и контактного кольца использовались провода с покрытием.
Рис. 14. Высокотемпературная печатная плата с установленными компонентами.
Все прецизионные компоненты монтируются в отверстия. Металлопленочный резистор 25 ppm/°C устанавливает коэффициент усиления инструментального усилителя.Усилитель работает с высоким коэффициентом усиления, поэтому длина дорожки от усилителя до резистора усиления должна быть как можно короче, чтобы свести к минимуму сопротивление меди (4000 ppm/°C TC). Интерфейс между термопарой и усилителем расположен в центре платы, чтобы поддерживать постоянную температуру во время вращения. Клеммы термопары расположены как можно ближе друг к другу, чтобы исключить нежелательные эффекты термоЭДС на стыке.
Высокотемпературные танталовые конденсаторы и конденсаторы C0G/NP0 развязывают источник питания и служат фильтрами для выходного сигнала акселерометра.
Компьютер обрабатывает данные из четырех различных источников: угол поворота (прямоугольные компоненты x и y), градиент внутренней температуры и эталонная температура. Все эти измерения объединяются для отображения температурного градиента (рис. 15). Результаты анализа показывают, что колебания температуры могут достигать 25°C. Как и ожидалось, самая высокая температура у нагревательного элемента, расположенного в верхней части задней стенки духовки. Из-за естественной конвекции верхняя часть духового шкафа является второй самой горячей областью внутри духового шкафа.Самая низкая температура ощущается, когда термопара находится напротив нагревательного элемента.
Этот эксперимент показывает простым способом, как высокотемпературные компоненты, интегрированные в систему регистрации, могут извлекать ценную информацию при работе в суровых условиях.
Рисунок 15. Демонстрационная диаграмма высокой температуры.
Заключение
Для многих приложений, как известных, так и новых, требуются компоненты, работающие в условиях очень высоких температур. В прошлом было сложно надежно спроектировать такие системы из-за отсутствия устройств, рассчитанных на такие суровые условия.Теперь доступны интегральные схемы и вспомогательные компоненты, разработанные и сертифицированные для работы в этих средах, что экономит время проектирования и снижает риск отказа. Использование этой новой технологии и применение высокотемпературных методов проектирования позволит высокопроизводительным системам надежно работать даже в более экстремальных условиях, чем это было возможно ранее.
Для получения последней информации о компонентах обработки сигналов, предназначенных для разведки нефти и газа, геотермального мониторинга, управления промышленными двигателями и других приложений, работающих при температурах выше 125°C, посетите наш микросайт, посвященный высоким температурам.
Приглашаем вас комментировать высокотемпературную электронику в сообществе Analog Dialogue на EngineerZone.
использованная литература
¹ A.E.I. Mehdi и Karimi K.J. Brockschmidt, «Пример высокотемпературной электроники для аэрокосмической отрасли», IMAPS Int’l. Конференция по высокотемпературной электронике (HiTEC), май 2006 г.
² Р.А. Норманн, Первое исследование высокотемпературной электроники, 2005 г. , Sandia National Laboratories Sandia Report SAND2006-1580, апрель 2006 г.
³ К.С. Рейнхардт и М.А. Марчиняк, «Широкозонная силовая электроника для более электрических самолетов», в Proc. 3-й междунар. Конф. высокотемпературной электроники. , Альбукерке, Нью-Мексико, июнь 1996 г., стр. I.9–I.15.
⁴ B. Blalock, C Huque, L. Tolbert, M. Su, S. Islam и R. Vijayaraghavan, «Высокотемпературная электроника на основе кремния на изоляторе для автомобильных приложений», Международный симпозиум IEEE по промышленной электронике, 2008 г. .
⁵ Дж.Л. Эванс, Дж. Р. Томпсон, М. Кристофер, П. Якобсен и Р. В. Джонсон, «Изменение автомобильной среды: высокотемпературная электроника», IEEE Trans. по производству упаковки для электроники , Vol. 27, № 3, стр. 164-176, июль 2004 г.
⁶ Э. Р. Хнатек, «Раздел 5: Управление температурным режимом», Практическая надежность электронного оборудования и продуктов , Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: CRC Press, 2002.
⁷ Национальный исследовательский совет, «Приложение A: Кремний как высокотемпературный материал», Материалы для высокотемпературных полупроводниковых устройств , Вашингтон, округ Колумбия: The National Academies Press, 1995.
⁸ Маккласки Ф.П., Гржибовски Р. и Подлесак Т., Высокотемпературная электроника , CRC Press, Нью-Йорк, 1997.
⁹ «Свойства сплавов многожильных припоев», Технический паспорт , Henkel Technologies, август 2007 г.
¹⁰ «Вопросы рассеивания мощности в высокоточных резисторах и массивах тонкопленочных чипов Vishay Sfernice (P, PRA и т. д.) (применения при высоких температурах)», Vishay Application Note , Doc.Номер: 53047, редакция: март 2010 г.
¹¹ http://www.analog.com/hightemp.
Самая белая краска здесь — и самая крутая. Буквально.
Новый состав краски может помочь зданиям меньше полагаться на кондиционирование воздуха
WEST LAFAYETTE, Ind. — Стремясь остановить глобальное потепление, инженеры Университета Пердью создали самую белую краску. Покрытие зданий этой краской однажды может охладить их настолько, что потребность в кондиционировании воздуха уменьшится, говорят исследователи.
В октябре команда создала ультрабелую краску, которая раздвинула границы возможного белого цвета. Теперь они превзошли это. Новая краска не только белее, но и может сохранять поверхности более холодными, чем формула, которую исследователи продемонстрировали ранее.
«Если бы вы использовали эту краску для покрытия крыши площадью около 1000 квадратных футов, по нашим оценкам, вы могли бы получить мощность охлаждения 10 киловатт. Это мощнее, чем центральные кондиционеры, используемые в большинстве домов», — сказал Сюлинь Руан, профессор машиностроения Университета Пердью.
Инфракрасная камера показывает, как образец самой белой белой краски (темно-фиолетовый квадрат посередине) на самом деле охлаждает доску ниже температуры окружающей среды, чего не делают даже коммерческие «отталкивающие тепло» краски. (Университет Пердью/Джозеф Пиплс) Скачать изображение
Исследователи считают, что этот белый цвет может быть ближайшим эквивалентом самого черного цвета «Vantablack», который поглощает до 99.9% видимого света. Новая формула самой белой краски отражает до 98,1% солнечного света — по сравнению с 95,5% солнечного света, отражаемого предыдущей ультрабелой краской исследователей — и в то же время отводит инфракрасное тепло от поверхности.
Типичная коммерческая белая краска становится скорее теплее, чем холоднее. Краски на рынке, предназначенные для отвода тепла, отражают только 80-90% солнечного света и не могут сделать поверхности холоднее, чем их окружение.
Исследовательская работа группы, показывающая, как работает краска, публикуется в четверг (15 апреля) на обложке журнала ACS Applied Materials & Interfaces.
Что делает самую белую краску такой белой
Две особенности придают краске исключительную белизну. Одним из них является очень высокая концентрация в краске химического соединения под названием сульфат бария, которое также используется для придания белизны фотобумаге и косметике.
«Мы рассмотрели различные коммерческие продукты, в основном все, что белого цвета», — сказал Сяньюй Ли, научный сотрудник Массачусетского технологического института, который работал над этим проектом в качестве доктора наук Purdue.D. Студент в лаборатории Руана. «Мы обнаружили, что с помощью сульфата бария теоретически можно сделать вещи очень, очень отражающими, а это значит, что они будут очень, очень белыми».
Второй особенностью является то, что частицы сульфата бария в краске имеют разный размер. То, насколько каждая частица рассеивает свет, зависит от ее размера, поэтому более широкий диапазон размеров частиц позволяет краске рассеивать больше солнечного света.
«Высокая концентрация частиц, которые также имеют разные размеры, дает краске самое широкое спектральное рассеяние, что способствует самой высокой отражательной способности», — сказал Джозеф Пиплс, доктор наук Purdue.D. студент-механик.
Есть немного места, чтобы сделать краску белее, но не так много без ущерба для краски.
«Хотя более высокая концентрация частиц лучше подходит для создания белого цвета, вы не можете увеличить концентрацию слишком сильно. Чем выше концентрация, тем легче краска сломается или отслоится», — сказал Ли.
Как самая белая краска также является самой крутой
Белизна краски также означает, что краска является самой крутой за всю историю наблюдений.Используя высокоточное оборудование для измерения температуры, называемое термопарами, исследователи продемонстрировали на открытом воздухе, что краска может поддерживать температуру поверхностей на 19 градусов по Фаренгейту ниже, чем их окружающая среда ночью. Он также может охлаждать поверхности на 8 градусов по Фаренгейту ниже их окружения под сильным солнечным светом в полдень.
Солнечная отражательная способность краски настолько эффективна, что она работала даже посреди зимы. Во время испытаний на открытом воздухе при температуре окружающей среды 43 градуса по Фаренгейту краска все же смогла снизить температуру образца на 18 градусов по Фаренгейту.
Эта белая краска является результатом шестилетних исследований, основанных на попытках, начиная с 1970-х годов, разработать краску с радиационным охлаждением в качестве реальной альтернативы традиционным кондиционерам.
Лаборатория
Руана рассмотрела более 100 различных материалов, сузила их до 10 и протестировала около 50 различных составов для каждого материала. Их предыдущая ультрабелая краска состояла из карбоната кальция, широко распространенного в камнях и морских раковинах соединения.
Исследователи показали в своем исследовании, что, как и коммерческая краска, их краска на основе сульфата бария потенциально может выдерживать внешние условия. Техника, которую исследователи использовали для создания краски, также совместима с промышленным процессом производства краски.
Патентные заявки на этот состав краски были поданы через Управление коммерциализации технологий Purdue Research Foundation. Это исследование было поддержано Исследовательским центром технологий охлаждения в Университете Пердью и Управлением научных исследований ВВС в рамках Программы исследовательского приборостроения Университета обороны (грант №427 FA9550-17-1-0368). Исследование проводилось в Purdue’s FLEX Lab и Ray W. Herrick Laboratories, а также в Центре нанотехнологий Birck в Purdue’s Discovery Park.
О парке открытий
Discovery Park — это место, где исследователи Purdue выходят за рамки традиционных границ, сотрудничая в различных дисциплинах с политиками и бизнес-лидерами, чтобы создавать решения для улучшения мира. Крупные проблемы глобального здравоохранения, глобальных конфликтов и безопасности, а также те, которые связаны с устойчивой энергетикой, мировым снабжением продовольствием, водой и окружающей средой, находятся в центре внимания исследователей Discovery Park.Преобразование открытий в воздействие интегрировано в структуру Discovery Park через программы предпринимательства и партнерские отношения.
Об университете Пердью
Purdue University — ведущее государственное исследовательское учреждение, разрабатывающее практические решения самых сложных задач современности. Purdue занимает 5-е место в рейтинге самых инновационных университетов США по версии US News & World Report и проводит исследования, которые меняют мир, и невероятные открытия. Стремясь к практическому и онлайн-обучению в реальном мире, Purdue предлагает преобразующее образование для всех.Стремясь обеспечить доступность и доступность, Purdue заморозил плату за обучение и большинство сборов на уровне 2012–2013 годов, что позволило большему количеству студентов, чем когда-либо, закончить обучение без долгов. Посмотрите, как Purdue никогда не останавливается в настойчивом стремлении к следующему гигантскому скачку, на https://purdue.edu/.
Писатель, контактное лицо для СМИ: Кайла Уайлс, 765-494-2432, [email protected]
Источник: Сюлинь Жуан, [email protected]
Журналисты, посещающие университетский городок : Журналисты должны следовать протоколам Protect Purdue и следующим рекомендациям:
Кампус открыт, но количество людей в помещениях может быть ограничено.Мы будем максимально любезны, но вас могут попросить выйти или сообщить из другого места.
Чтобы обеспечить доступ, особенно к зданиям кампуса, мы рекомендуем вам связаться с контактным лицом службы новостей Purdue, указанным в выпуске, чтобы сообщить им характер вашего визита и место, где вы будете его посещать. Представитель службы новостей может обеспечить безопасный доступ и может сопровождать вас в кампусе.
Правильно носите маски для лица внутри любого здания кампуса и правильно носите маски для лица на открытом воздухе, когда социальное дистанцирование не менее шести футов невозможно.
РЕЗЮМЕ
Ультрабелый BaSO ₄ Краски и пленки для выдающегося дневного охлаждения излучением при температуре ниже комнатной
Сянюй Ли, Джозеф Пиплс, Пейян Яо и Сюлинь Жуан
DOI: 10.1021/acsami.1c02368
Радиационное охлаждение — это технология пассивного охлаждения, которая предлагает большие перспективы для снижения затрат на охлаждение помещений, борьбы с эффектом городского острова и смягчения последствий глобального потепления.Для достижения пассивного радиационного охлаждения в дневное время современные современные решения часто используют сложные многослойные структуры или отражающий металлический слой, что ограничивает их применение во многих областях. Были предприняты попытки добиться пассивного радиационного охлаждения в дневное время с помощью однослойных красок, но они часто требуют толстого покрытия или показывают частичное дневное охлаждение. В этой работе мы экспериментально продемонстрировали замечательную эффективность охлаждения при температуре окружающей среды в течение всего дневного времени как с пленками наночастиц BaSO ₄, так и с нанокомпозитными красками BaSO ₄.BaSO ₄ имеет большую ширину запрещенной зоны для электронов для низкого солнечного поглощения и фононного резонанса на 9 мкм для высокой излучательной способности небесного окна. Благодаря соответствующему размеру частиц и широкому распределению частиц по размерам пленка наночастиц BaSO ₄ достигает сверхвысокой отражательной способности солнечного света 97,6% и высокой излучательной способности небесного окна 0,96. Во время полевых испытаний пленка BaSO ₄ остается более чем на 4,5°C ниже температуры окружающей среды или достигает средней охлаждающей способности 117 Вт/м ² . BaSO ₄ – акриловая краска с объемной концентрацией 60 % для повышения надежности при наружном применении с коэффициентом отражения солнечного света 98.1% и коэффициент излучения небесного окна 0,95. Полевые испытания показали аналогичную охлаждающую способность пленок BaSO ₄. В целом, наша акриловая краска BaSO ₄ имеет стандартную добротность 0,77, которая является одной из самых высоких среди решений для радиационного охлаждения, обеспечивая при этом высокую надежность, удобную форму краски, простоту использования и совместимость с промышленным процессом производства красок.
Разное
Добавить комментарий Отменить ответ
Ваш адрес email не будет опубликован.
Комментарий
Имя
Email
Сайт
Сохранить моё имя, email и адрес сайта в этом браузере для последующих моих комментариев.

Δ
Свежие записи
Почему пластиковые окна запотевают внутри: Почему запотевают пластиковые окна внутри: стеклопакета, внутри, между стекол, дома, квартиры, помещения, как с этим бороться | РемонтСами!
Укладка тактильной плитки технология: Виды и особенности укладки тактильной тротуарной плитки
Как настроить датчик теплого пола: Датчик температуры теплого пола — подключение, ремонт и настройка. Рейтинг лучших производителей 2018 года!
Найти:
Рубрики
Без рубрики
Бетонный
Выбор ламината
Выбор линолеума
Гидроизоляция
Деревянные полы
Деревянный
Домашняя гидроизоляция
Заливк
Заливка
Заливка растворов
Заливной
Заливной пол
Из бетона
Из дерева
Ламинат
Линолеум
Маяки
Применение бетона
Разное
Своими руками
Стяжк
Стяжка
Стяжка полов
Установка маяков
2019 © Все права защищены.