§ 22. Термические свойства горных пород

В нефтепромысловом деле широко применяются термические исследования скважин для решения ряда геологических и техниче­ских задач: изучение пород, слагающих разрез скважин по их тепловым свойствам, выявление в разрезе скважин горизонтов, содер­жащих полезные ископаемые, изучение технического состояния скважин и обсадных колонн и т. д. Особенно часто промысловые работники сталкиваются с тепловыми свойствами пород при проекти­ровании различных методов теплового воздействия на пласт (введе­ние в пласт горячей воды или других теплоносителей, чтобы увели­чить количество извлекаемой нефти из пласта, обработка забоев и стволов скважин горячими агентами для удаления парафина и т. д.).

Термические свойства горных пород характеризуются тепло­емкостью С, коэффициентом теплопроводности К или удельного те­плового сопротивления и коэффициентом температуропроводности а.

Установлено, что с увеличением пористости, влажности и темпе­ратуры теплоемкость пород возрастает. Зависит она также от минералогического состава, от количества и состава солей, которые растворены в воде, содержащейся в породе. Однако пре­делы изменения теплоемкости пород невелики: для горных пород, слагающих нефтяные залежи, она не выходит за пределы 0,63— 1,0 кдж/(кг • град) (0,15—0,24 ккал/(кг·град).

Таблица 9

Термические свойства некоторых горных пород

Горная порода	Коэффициент теполпроводности λ, вт/м·град	Теплоемкость С, кДж/(кг·град)	Коэффициент температуропроводности а, м^2/сек
Глина	0,99	0,755	0,97
Глинистый сланец	154-218	0,772	0,97
Доломит	1,1-4,98	0,93	0,86
Известняк кристаллический	2,18	1,1	0,5-1,2
Известняк доломитизированный	1,51	-	-
Каменная соль	7,2	0,853	3,89
Кварц	2,49	0,692	1,36
Мергель	0,915-2,18	-	-
Песок (сухой)	0,347	0,8	0,2
Песок (влажность 20-25 %)	3,42	-	-
Песчаник плотный	1,27-3,01	0,838	1,39
Нефть	0,139	2,1	0,069-0,086
Вода	0,582	4,15	0,14

Коэффициент теплопроводности (табл. 9) воз­растает с увеличением плотности пород и их влажности. С ростом пористости пород теплопроводность их уменьшается. При свобод­ном движении вод, способствующем дополнительному переносу тепла, коэффициент теплопроводности пород возрастает с увеличе­нием проницаемости.

С увеличением нефтенасыщенности пород коэффициент тепло­проводности также уменьшается. Он мало зависит от минерализа­ции пластовых вод.

Породам также присуща анизотропия тепловых свойств — в на­правлении напластования теплопроводность выше, чем в направле­нии, перпендикулярном напластованию.

Рост газонасыщенности пород, так же как и уменьшение влаж­ности, сопровождается уменьшением теплопроводности.

Значения теплопроводности и других термических свойств не­которых пород приведены в табл. 9.

Зависимость коэффициента температуропро­водности от других термических свойств пород определяется соотношением

, (1.65)

где а — коэффициент температуропроводности в м²/сек; λ, — коэф­фициент теплопроводности в вт/(м • град); С — удельная массовая теплоемкость в дж!(кг • град); ρ— плотность породы в кг/м³.

Температуропроводность горных пород повышается с увеличе­нием пористости и влажности. В нефтенасыщенных породах она более низка, чем в водонасыщенных, так как теплопроводность нефти меньше, чем воды. Температуропроводность пород почти не за­висит от минерализации пластовых вод. Вдоль напластования тем­пературопроводность пород несколько выше, чем поперек напласто­вания.