Лабораторна робота №7 Вивчення залежностей теплового опору і геотермічного градієнту від окремих властивостей гірських порід

7.1 Мета роботи

Вивчити основні теплофізичні властивості гірських порід і їх залежності від ємнісних характеристик і термобаричних умов.

7.2 Завдання

Розрахувати і графічно зобразити залежності теплового опору гірської породи і геотермічного градієнту від ємнісних характеристик колектора.

7.3 Теоретичні відомості

Основні теплові властивості гірських порід — це теплопровідність λ_п, питомий тепловий опір ξ_п, теплоємність с і температуропровідність a_ν.

Коефіцієнт теплопровідності λ_п характеризує здатність гірських порід передавати тепло і чисельно дорівнює потоку тепла за одиницю часу поміж протилежними гранями одиничного куба, температура яких відрізняється на 1 °С. Одиниця виміру λ_п — Вт/(м°С). В промисловій геофізиці часто використовують величину, обернену до λ — питомий тепловий опір ξ.

Властивість середовища поглинати теплову енергію при теплообміні оцінюється питомою теплоємністю (масовою с_м і об'ємною с_ν). Питома масова теплоємність с_м — це кількість тепла, яка необхідна для нагрівання 1 кг речовини на 1 °С.; одиниця виміру — Дж/(кг°С).

Швидкість зміни температури порід при поглинанні чи віддачі ними тепла характеризується коефіцієнтом температуропровідності a_ν:

(7.1)

де δ_n— густина породи.

Величина a_ν визначає зміну температури одиниці об'єму породи за одиницю часу і вимірюється в м²/с.

Передача тепла шляхом теплопровідності здійснюється в напрямку, протилежному вектору gradТ. Щільність теплового потоку g — це кількість теплоти, що передається через одиничну площадкуперепендикулярну вектору gradТ.

Закон Фур'є (основний закон теплопровідності) виражає зв'язок швидкості зміни температури від щільності теплового потоку:

(7.2)

де q — щільність теплового потоку Вт/м²;

λ — коефіцієнт теплопровідності, Вт/м-°С.

Швидкість зростання температури з глибиною характеризується геотермічним градієнтом, який залежить від щільності теплового потоку в даному районі і теплофізичних властивостей гірських порід:

(7.3)

де — вертикальна складова щільності теплового потоку.

Тепловий опір гірської поріди ξ_п залежить від літології породи, її структури густини, пористості, проникності, ступеню водо-, нафто- і газонасичення, температури і для ізотропних порід визначається наступним чином:

(7.4)

деξ_з і ξ_ск — відповідно питомі теплові опори заповнювача порового простору і скелету породи;

— коефіцієнт пористості, долі одиниці.

7.4 Порядок виконання роботи

Використовуючи вихідні дані, наведені в табл. 7.1, і довідкові значення теплофізичних параметрів (λ_п, ξ_п) для обидвохлітотипів порід визначити:

— геотермічний градієнт в інтервалі залягання породи, для якої встановлюються залежності (за виразом 7.3). Якщо породі двокомпонентна, то її питомий тепловий опір становить:

ξ_п = ξ₁ Р₁+ξ₂ Р₂ (7.5)

де ξ₁ і ξ₂ — питомі теплові опори кожного з компоненті, м°С/Вт;

Р₁ і Р₂ — вміст кожного із компонентів в породі, долі одиниці;

• залежність ξ_п=ƒ₁(К_п) для газонасичених порід при Кп=20% і зміні коефіцієнту водонасичення Кв від 0% до 70% з кроком10%. Враховувати, що

К_в+К_г=1 (7.6)

• залежність ξ_п = ƒ₂ (К_в) для нафтонасичених порід при К_п==20% і зміні коефіцієнту водонасичення К_в від 0% до 70% з кроком 10%. Враховувати, що

К_в+К_н=1; (7.7)

• залежність ξ_п = ƒ₃ (К_в) для водонасичених порід при зміні К_п від0% до 40% з кроком 10%.

Для розрахунку даних залежностей використовувати вираз (7.4) і довідкові значення теплофізичних параметрів заповнювачів перового простору породи. Якщо заповнювач порового простору двокомпонентний, то його питомий тепловий опір становить:

ξ_з = ξ_з1* Р₁ + ξ_з2 * Р₂ (7.8)

деξ_з1і ξ_з2 — питомі теплові опори кожного з компонентів, м·°С/Вт;

Р₁, Р₂ — вміст кожного із компонентів в порах породи, долі одиниці.

За результатами розрахунків побудувати графіки даних залежностей. Побудувати графіки залежності Г =ƒ( ξ_п ), використовуючи визначені для обох літотипів порід значення Гі ξ_п.

Зробити висновки про характер залежностей і їх практичне використання.

№ варіанту	Г, *10-2 °С/м	Літотип породи, для якої відомий градієнт	Літотип породи, для якої встановлюється залежність
1	0,9	кам’яна сіль	глина – 10%; пісковик - 90%
2	1,5	доломіт	пісковик кварцовий
3	2,0	вапняк	каолінітова глина
4	2,8	кварцит	вапняк
5	3,0	пісковик щільний	доломіт
6	1,9	доломіт	алевроліт
7	1,4	доломіт	глина – 20%; пісковик - 80%
8	1,1	доломіт	глина – 10%; вапняк - 90%
9	0,7	кам’яна сіль	пісковик
10	1,3	кам’яна сіль	каолінітова глина
11	1,3	ангідрит	вапняк
12	1,0	кам’яна сіль	пісковик глинистий
13	0,6	кам’яна сіль	вапняк
14	4,0	пісковик щільний	вапняк

7.5 Контрольні запитання

1.Основні теплофізичні параметри, одиниці їх виміру.

2. Взаємозв'язок теплофізичних параметрів.

3. Основний закон теплопровідності.

4.Співвідношення поміж теплофізичними характеристикамискладових гірської породи.

5.Порядок проведення розрахунків.

6.Оцінка отриманих результатів.

7.6 Література

1.Резванов P.A. Радиоактивные и другие неэлектрические методы исследования скважин. — М., Недра, 1982.

2.Физические свойства горных пород и полезных ископаемых. Справочник геофизика/ Под ред. Н.Б. Дортман. — М., Недра, 1985.

3.Итенберг С.С., Дахкильгов ТД. Геофизические исследования в скважинах.—М., Недра, 1982.