23.Тепловые св-ва гп.

1.Удельная теплоемкость – необходимое кол-во теплоты для повышения t породы на 1С.

Q – кол-во переданной теплоты,

М – масса породы,

Т и Т0 – конечная и начальная температуры.

2.Коэф. Теплопроводности – характеризует хорошо или плохо данное тело пропускает ч/з себя тепло при установившемся режиме, и численно = кол-ву теплоты, проходящему в породе ч/з ед. площади в ед. времени при градиенте температур = 1.

S – площадь сечения породы,

dt – промежуток времени,

dT/dx – градиент температур.

Если определение коэф теплопроводности проводится при температуре, отличной от пластовой, то результаты уточняются по формуле:

λ₀ и Т₀ – коэф.теплопроводности при температуре Т0,

Т – пластовая температура,

К – поправочный коэффициент.

3.Коэф. Температуропроводности – мера скорости, с которой пористая среда передает изменение температуры с одной точки в другую:

ρ – плотность.

4.Коэф-ты линейного и объемного расширения. При нагреве ГП расширяются. Способность к расширению при нагреве характеризуется данными коэф-тами:

V,L – объем и длина образца ГП,

dV, dL – их изменение, при изменении температуры на dT.

В осадочных ГП теплопроводность обусловлена тепловыми колебаниями атомов кристаллической решетки, кот. связаны м/у собой упругими силами. Тепловые колебания распространяются по всем направлениям в виде упругих волн. В жидкостях и газах основным механизмом теплопередачи является конвенция. Тепловые свойства ГП определяются экспериментальным либо расчетным путем. Исследования термических свойств ГП позволили получить выводы:

1. чем больше пористость и начальная t, тем больше их теплоемкость.

2. теплоемкость ГП возрастает с уменьшением их плотности.

3. теплопроводность ГП, заполненных нефтью и водой значительно повышается за счет конвективного переноса тепла с жидкой средой.

4. температуропроводность ГП повышается с уменьшением пористости и с увеличением влажности. В нефтенасыщенных породах она ниже, чем в водонасыщенных, т.к. теплопроводности нефти меньше, чем воды.

5. давление несущественно влияет на теплофизические свойства ГП: при увелич. давления на 100 МПа теплопроводность изменяется на 0,1 %

6. коэф-нт линейного расширения породы уменьшается с ростом ее плотности. Крупнозернистые ГП при прочих равных условиях расширяется при нагреве дольше, чем мелкозернистые.

Термические свойства ГП учитываются при проектировании и использовании тепловых методов воздействия на пласт, на призабойную зону скважин с целью увеличения коэф-ов нефтеизвлечения.

24.Методы определения тепловых св-в гп.

Аналитические методы оценки теплопроводности ГП.

Тут обычно пользуются известной аналогией м/у некоторыми законами и параметрами термодинамики и электродинамики, основанными на изучении распределения электрического поля в различных сочетаниях моделей, подобных неоднородным средам ГП. Также пользуются формулой Максвелла.

Методика лабораторного определения тепловых свойств ГП.

1) основанные на стационарном тепловом потоке. Заключаются в сравнении теплопроводности изучаемой породы с известной λ другого материала (эталона); либо в определении λ по величине теплового потока.

Недостатки:

- длительность исследования (ГП — плохие проводники тепла);

- относительно малая точность определения λ из-за трудности учета утечек тепла в среду, окружающую образец;

- не может обеспечить получения правильного значения λ неоднородных ГП.

Применяется для глин и аргиллитов.

2) основанные на нестационарном тепловом потоке. Применяются для ГП, когда они не ограничены малыми размерами и не являются плоскими по форме.

Метод 2α

При охлаждении нагретого до температуры t1 образца в среде с постоянной температурой t0, температура в любой его точке со временем t изменяется по закону:

В — постоянная интегрирования;

v — функция координат точки;

τ — величина, зависящая от размеров, форм и тепловых свойств охлаждающегося образца.

Логарифмирование уравнения приводит к равенству:

G(х,у,z) — функция координат исследуемой точки.

В результате дифференцирования получим:

Необходимо поддержание постоянства:

- t окружающей среды

- коэффициента теплоотдачи а на границе м/у образцом и окружающей средой.

Зависимость м/у τ твердого тела в жидкой или газообразной среде и коэффициентом теплоотдачи α этого тела на границе жидкости или газа:

S и С — теплоотдающая поверхность и теплоемкость газа;

Ψ — безразмерная величина.

Метод стационарного потока тепла.

Для определения λ образцов ГП, раскалывающихся по напластованию на тонкие пластины.

l — толщина плоского слоя;

S — площадь поверхности;

Q — количество тепла, прошедшего от одной изотермической поверхности к другой;

t1 и t2 — температура двух изотермических поверхностей слоя.

Исследуемый образец ГП помещается м/у нагревателем и холодильником. Температурное поле в плоском образце ГП конечных размеров будет отличаться от температурного поля безграничного плоского слоя из-за утечек тепла через боковую поверхность. Поэтому необходимо выполнить следующие условия:

1) Перед исследованием на теплопроводность образец необходимо предварительно обработать для придания ему формы диска.

2) толщина образца должна быть достаточно малой по сравнению с диаметром (если это плоский диск l/D ≤ 0,15);

3) t в центре образца должна быть = t на боковой поверхности. Достигается введением дополнительного независимого кольцевого охранного обогревателя;

4) в расчет должна приниматься только средняя часть образца, где тепловой поток не искажен и одномерен.

Коэффициент теплопроводности вычисляют по формуле:

и относят к средней температуре: