ABSTRACT:

The thermal conductivity of quartz-illite and smectitic shales is being investigated as a function of temperature, stress, pore pressure, and bedding anisotropy. Experiments are performed using the Waterloo Thermal Conductivity Cell: a one-dimensional, steady state, heat flow device. The use of optical quartz as a standard will ensure a reliable calibration factor for the cell. The effective thermal conductivity of the cell has been determined for temperatures 25–85°C. These values are used in the calculation of thermal conductivity for various shale samples and will eliminate the contact resistance formed between the sample and the cell. Preliminary results for the Queenston shale indicate slightly higher values for thermal conductivity (1.74 - 1.82 Wm-1K-1) than the currently accepted range for shales (1.05 - 1.45 Wm·-1K-1). This is attributed to the high muscovite and quartz Content of the Queenston shale.

Resume:

La conductivite thermique de quartz-illite et de schistes argileux smectiques en fonction de la temperature, de la tension, de la pression interstitielle et de l' anisotropie de la stratification est a. l/etude, Les experiences sont conduites dans la cellule de conductivite thermique Waterloo; un appareil à flux thermique uni-dimensionnel regularise, L'utilisation de quartz optique com me norme assurera un facteur de calibration de la celIule fiable. La conductive thermique reelle de la cellule a ete determinee pour des temperatures de 25–85°C. Ces valeurs sont utilisees dans Ie calcul de la conductivite thermique de divers echantillons de schistes argileux et elimineront la resistance de contact entre l'echantillon er la cellule. Les resultats preliminaires sur des schistes argileux de Queenston donnent des valeurs de conductivite thermique legerement superieures (1.74–1.82 W-1K-1) aux valeurs couramment obtenues pour des schistes argileux (1.05–1.45 Wm-1K-1). Cet ecart est auribue à la forte teneur en muscovite et en quartz des schistes argileux de Queenston.

ZUSAMMENFASSUNG:

Die Warmeleitfahigkeiten von Quarz-Illite und Srncktitischen Schiefer sind in Abhangigkeit von Temperatur, Spannungszustand, Porendruck und Bettanisotropie untersucht worden. Die Experimente sind mit der Waterloo Thermal Conductivity Cell durchgefuehrt worden - einem Gerat zur eindimensionalen Warmesuornmessung im Beharrungszustand. Optischer Quarz ist zur zuverlassigen Kalibrierung der Zelle benutzt worden. Die effektive Warmeleitfahigkeit der Zelle ist fuer Temperaturen von 25°C bis 85°C bestimmt worden. Diese Werte werden in den Berechnungen zur Bestimmung der Warmeleilfahigkeit verschiedener Schieferproben benutzt, um den durch den Warmeleitwiderstand an der kontaktstelle zwischen Zelle und Probe verursachten Fehler zu eliminieren. Vorlaufige Ergebnisse fuer den ‘Queenston’ Schiefer weisen leicht höhere Werte fuer die Warmeleitfahigkeit auf (1.74 - 1.82 W-1K-1) im Vergleich zu dem allgemein akzeptierten Bereich fuer Schiefer (1.05 - 1.45 Wm-1K-1). Dies ist auf den höheren Muskovit-und Quarzgehalt des ‘Queenston’ Schiefers zurueckzufuehren.

1 INTRODUCTION

to the thermal history and organic maturation in these basins. It has been suggested (Blackwell and Steele, 1989) that laboratory measurements of shale thermal conductivities are unreliable and 25–50% lower than literature values. The thermal conductivity of shale may change unpredictably during deformation. It is, therefore, important to the thermal history of sedimentary basins and how this affects the maturation of the basin is of particular interest to petroleum geologists and engineers. The thermal conductivity is of particular interest so that modelling techniques can be applied determine the thermal conductivity of individual shales and how they behave during the deformation process.

2 BACKOROUND

The transfer of heat is one of the fundamental processes involved with the first law of thermodynamics. The first law equation for a closed system.

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