4. Теплопередача.

Следующим важным параметром является теплопередача.

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. Это тепловое расширение связано с зависимостью сил связи атомов в решётке отдельных фаз от температуры, в частности появляющаяся в направленности связей. Если атомы легче смещаются при удалении друг от друга, чем при сближении, происходит смещение центров колющихся атомов, т.е. деформация.

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.

В точках соприкосновения происходит сильная концентрация напряжений, следствием чего является вынос песка и соответственно разрушение породы.

₁

₃ ₂

₄

Сейчас часто используется механизированный способ разработки, в результате чего частицы породы попадают в насосы, вызывая аварийные ситуации.

Явление вытеснения нефти и газа также связано с объёмным расширением. Это так называемый процесс Джоуля-Томпсона. При эксплуатации происходит резкое изменение объёма, возникает эффект дросселирования (теплового расширения с изменением температуры). Термодинамическая дебитометрия основана на изучении этого эффекта.

Введём ещё один параметр – адиабатический коэффициент: _s=dТ/dр.

Дифференциальный адиабатический коэффициент определяет изменение температуры в зависимости от изменения давления.

Величина _S>0 при адиабатическом сжатии. При этом вещество нагревается. Исключением является вода, т.к. в интервале от 0¼4 она остывает.

Величину _S можно рассчитать следующим образом:

_S=V/(С_рg)Т,

где V – объём, Т – температура,  - коэффициент линейного расширения, g – ускорение свободного падения.

Коэффициент Джоуля-Томпсона определяет изменение температуры при дросселировании.

=dТ/dр=V/(С_рg)(1 - Т)=V/(С_рg) - _S,

где V/(Срg) определяет нагрев за счёт работы сил трения

_S – охлаждение вещества за счёт адиабатического расширения.

Для жидкости V/Срg>>S  Жидкости нагреваются.

Для газов 0  Газы охлаждаются.

На практике используют шумометрию скважин – метод, основанный на явлении, когда газ при изменении температуры выделяет колебательную энергию, вызывая шум.

Лекция №11.