8. Физика процессов теплоотдачи в нефтегазовых пластах; параметры, характеризующие свойства пласта; тепловые поля.

Тепловые процессы в нефтегазовых пластах.

Причины:

В естественном состоянии пласты находятся на большой глубине, а, судя по геотермическим ступеням, температура в этих условиях близка к 150, поэтому можно утверждать, что породы изменяют свои свойства, ведь при проникновении в пласт мы нарушаем тепловое равновесие.

Попадая в пласт, вода начинает охлаждать пласт, что неминуемо приведёт к различным неблагоприятным явлениям, например парафинизации нефти.

Высоковязкие нефти.

Для их разжижения используют теплоноситель: горячую воду, перегретый пар, а также внутренние источники тепла. Так в качестве источника используют фронт горения: поджигают нефть и подают окислитель.

Механизмы теплопередачи.

• кондуктивный перенос тепла - осуществляется вследствие соударения молекул, электронов и агрегатов элементарных частиц друг с другом. (Теплота переходит от более нагретого тела к менее нагретому). Или в металах: постепенная передача колебаний кристаллической решётки от одной частицы к другой (упругие колебания частиц решётки – фононная теплопроводность).

• конвективный перенос - перенос связан с движением частиц флюидов и обусловлен перемещением микроскопических элементов веществ, его осуществляет свободное или вынужденное движение теплоносителя.

• Теплообмен, связанный с излучением.

Коэффициенты, характеризующие тепловые свойства пласта.

Тепловыми свойствами являются:

Коэффициент теплоёмкости с

Коэффициент теплопроводности 

Коэффициент температуроппроводности а

Теплоёмкость:

с – количество теплоты, необходимое для повышения температуры вещества на один градус при заданных условиях (V, Р=соnst).

с=dQ/dТ

Удельная массовая теплоёмкость [Дж/(кгград)]:

Удельная объёмная теплоёмкость [Дж/(м³К)]:

Сv=dQ/(VdТ)=Сm,

Удельная молярная теплоёмкость [Дж/(мольК)]:

С=dQ/(dТ)=МСm,

Теплоёмкость является аддитивным свойством пласта:

Теплопроводность.

 [Вт/(мК)] характеризует свойство породы передавать кинетическую (или тепловую) энергию от одного элемента к другому.

Коэффициент теплопроводности – количество тепла, проходящее за единицу времени через кубический объём вещества с гранью единичного размера, при этом на других гранях поддерживается разница температур в один градус (Т=1).

Коэффициент теплопроводности зависит от:

• минерального состава скелета.

• степени наполненности скелета.

• теплопроводности флюидов.

Аддитивность для коэффициента теплопроводности не соблюдается.

Важным свойством является величина обратная теплопроводности, именуемая тепловым сопротивлением.

Вследствие теплового сопротивления, мы имеем сложное распределение тепловых полей. Это приводит к тепловой конвекции, благодаря которой могут образовываться особые типы залежей – не обычная покрышка, а термодинамическая.

Температуропроводность.

На практике часто используется такой коэффициент, как температуропроводность, который характеризует скорость изменения температуры при нестационарном процессе теплопередачи.

а=/(с), когда =соnst.

На самом деле «а» не является постоянной, т.к.  является функцией координат и температуры, а с – коэффициента пористости, массы и т.д.

Терлопередача.

Q=k_тТSt,

где k_т – коэффициент теплопередачи.

Его физический смысл: количество тепла, ушедшего в соседние пласты, через единицу поверхности, в единицу времени при изменении температуры на один градус.

Обычно теплопередача связана с вытеснением в выше и ниже лежащие пласты.

Тепло, которое поглощается породой, расходуется не только на кинетические тепловые процессы, но и на совершение механической работы, она связана с тепловым расширением пласта.

Связь между ростом температуры и линейной деформацией может быть записана:

dL=LdТ,

где L – первоначальная длина [м],  - коэффициент линейного теплового расширения [1/град].

dL/L=dТ

Аналогично для объёмного расширения:

dV/V=_тdТ,

где _т – коэффициент объёмной тепловой деформации.

Поскольку коэффициенты объёмного расширения сильно различаются для разных зёрен, то в процессе воздействия произойдут неравномерные деформации, что приведёт к разрушению пласта.