Петрофизика. Теплофизические свойства горных пород

1.

Ковалева Л. А.
Петрофизика
Лекция 8
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД

2. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД

С,
Петрофизика
2
Лекция 8
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД
8.1. Тепловые характеристики горных пород.
8.2. Физический механизм теплопередачи в горных
породах.
8.3. Связь теплопроводности с другими петрофизическими
величинами.
8.4. Анизотропия теплопроводности пород
8.5. Зависимость теплопроводности и теплоемкости пород
от температуры и давления
С,
С,

3.

С,
Петрофизика
3
Лекция 8
8.1. Тепловые характеристики горных пород
Изучение термических характеристик направлено на решение
следующих задач:
- выявление в разрезе скважин продуктивных горизонтов;
контроль за разработкой нефтяных и газовых
месторождений;
- изучение геологического разреза и технического
состояния скважин.
Кроме того:
- проектирование методов теплового воздействия на пласт;
- обработка ПЗП, удаление асфальтено-смолистых
отложений и парафина и т.д.
С,
С,

4. Тепловой режим Земли определяют 4 температурные зоны:

С,
Петрофизика
Лекция 8
Тепловой режим Земли определяют 4
температурные зоны:
1. Зона, в которой имеют место суточные колебания
температуры, глубиной до 1 метра.
2. Зона годового колебания температуры, глубиной
до 20 метров.
3. Зоны векового колебания температуры,
глубиной до 1000 метров.
4. Зона постоянной во времени температуры,
глубиной свыше 1000 метров.
С,
С,

5. ОСНОВНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГОРНЫХ ПОРОД:

С,
Петрофизика
5
Лекция 8
ОСНОВНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГОРНЫХ ПОРОД:
1. Теплоемкость
dQ
с
MdT
dQ
сv
VdT
Дж
кг К
Дж
м3 К
dQ
с
dT
С,
-
удельная
-
объемная -
-
cv c
молярная
С,

6. 2. Коэффициент теплопроводности λ

С,
Петрофизика
Лекция 8
2. Коэффициент теплопроводности λ
dT
dQ
Sdt
dx
- количество теплоты, переносимой через единицу площади
породы S в единицу времени t в направлении x
Или через тепловой поток q ( 1-й закон Фурье):
q gradT
[ ]
С,
Вт
м К
- коэффициент теплопроводности
С,

7.

С,
Петрофизика
7
Лекция 8
3. Коэффициент температуропроводности а
a
c
м2
c
- характеризует скорость прогрева породы, т.е. скорость
распространения в ней изотермических границ.
2-й закон Фурье (уравнение теплопроводности):
T
a T
t
С,
С,

8. 8.2. Физический механизм теплопередачи в горных породах

С,
Петрофизика
8
Лекция 8
8.2. Физический механизм теплопередачи
в горных породах
В газах - хаотичное движение молекул;
в твердых телах - электронами проводимости
(электронная теплопроводность);
в диэлектриках - за счет связанных колебаний
частиц, образующих кристаллическую решетку
(фононная теплопроводность).
С,
С,

9. 1. Кондуктивная теплопроводность за счет:

С,
Петрофизика
Лекция 8
В горных породах, представляющих собой гетерогенную среду,
включающую твердый скелет и поры, заполненные жидкостью или газом,
возможны все виды переноса тепла:
1. Кондуктивная теплопроводность за счет:
фононной теплопроводности твердого скелета
молекулярной передачей тепла флюидами, заполняющими
поры.
2. Конвективная теплопроводность за счет:
- свободной конвекции флюида под действием градиента
температуры или вынужденной – под действием градиента
давления.
3. Теплопередача излучением (лучистая теплопроводность)
- на границе раздела фаз (твердый скелет – жидкость или газ).
С,
С,

10.

С,
Петрофизика
Лекция 8
2-й закон Фурье с конвективным членом
10
При наличии движения флюидов в горных породах учет
конвективной теплопроводности сводится к решению уравнения
теплопроводности с конвективным слагаемым:
с ср
с ср
с f
υ
С,
T
T с f T
t
- коэффициент объемной теплоемкости среды;
- коэффициент объемной теплоемкости фильтрующегося флюида,
- скорость фильтрации флюида.
С,

11.

С,
Петрофизика
11
Лекция 8
8.3. Связь теплопроводности с другими петрофизическими
величинами
В большинстве случаев теплопроводность можно считать
аддитивной величиной, и для насыщенной жидкостью породы
она может быть выражена следующим выражением:
(1 m) ск m ж
в частности, для водонефтенасыщенной:
(1 m) ск m (1 S в ) н S в в
для водонефтегазонасыщенной:
(1 m) ск m Sн н Sв в S г г
С ростом пористости теплопроводность уменьшается, что объясняется более
низкой теплопроводностью жидкости и особенно газа в порах пород по
сравнению с теплопроводностью их твердой фазы.
Вполне аналогично - для теплоемкости среды
С,
С,

12.

С,
Петрофизика
12
Лекция 8
8.4. Анизотропия теплопроводности пород
Коэффициент теплопроводности
Порода
С,
Коэффициент
анизотропии
Вдоль
Поперек
напластования
напластования
Песчаник
5,7
5,5
1,06
Известняк
3,4
2,6
1,35
С,