Изучение технического состояния скважин и обсадных колонн, расчленения геологического разреза, определения перспективности горизонта, планирования термического воздействия, требует знания термических свойств горных пород: теплоемкости - С, коэффициента теплопроводности - λ, коэффициента температуропроводности - α, градиента температур - grad T.

Теплопроводность. Теплопроводность среды характеризует ее способность передавать тепловую энергию. Коэффициент теплопроводности характеризует количество тепла, проходящего в единицу времени через единицу площади при градиенте температуры 1°С на единицу длины.

            l = Q/gradT , l = a × c × s , Вт /( м ° С ),

где:  a - температуропроводность,  c - теплоемкость, s- плотность пород.

Температуропроводность - способность передавать температуру с большей или меньшей ее потерей на единицу длины. Единица измерения температуропроводности – м ² /сек:     a = l /(с s ).

Вода, нефть обладают малой теплопроводностью и температуропроводностью, но зато большой теплоемкостью. Теплоемкость воды в 5 раз выше теплоемкости твердых пород и в 2 раза выше теплоемкости нефти.

Теплоемкость - способность единицы объема вещества поглощать или отдавать тепловую энергию. Коэффициент теплоемкости численно равен величине тепловой энергии, которую надо сообщить единице объема вещества, чтобы поднять его температуру на 1°С. Измеряется удельная теплоемкость в Дж/(кг ° С).

Теплофизические параметры горных пород зависят от составляющих их минералов, структурно-текстурных особенностей пород, плотности, пористости, давления, температуры, влагонасыщенности. Одна и та же порода может иметь разные величины теплофизических параметров, в зависимости от места и направления измерения, что обусловлено неоднородностью породы и ее анизотропией.

В породах земной коры передача тепла происходит молекулярной кондуктивной теплопроводностыо и конвекцией. Молекулярная теплопроводность определяется электронами проводимости и колебаниями атомов кристаллической решетки. Конвективная теплопроводность зависит от объема пористого пространства, скорости фильтрации жидкости, ее вязкости. При малой скорости движения жидкости поперечная и продольная теплопроводности равны.

 Величины теплофизических параметров основных видов пород приводятся в таблице, из которой видно, что отдельные породы имеют резко отличные теплофизические параметры. Высокой теплопроводностью и температуропроводностью обладают каменные соли, а низкой теплопроводностью - вода, нефть и воздух. В то же время вода обладает высокой теплоемкостью, поэтому ее роль в конвективном теплопереносе очень большая.

             Теплофизические параметры горных пород

Высокой теплоемкостью обладает и нефть. Это следует учитывать при планировании разработки месторождений нагнетанием горячей воды или газа.

Высокой теплопроводностью отмечаются все гидрохимические осадки и породы, обладающие электронной составлявшей теплопроводности: графит, железные и полиметаллические руды. С увеличением влажности породы от 0 до 40% теплопроводность пород увеличивается в 6 - 7 раз.

С увеличением температуры теплопроводность пород уменьшается. Так, в пределах до 500°С в осадочных породах, гранитах и базальтах теплопроводность уменьшается на 20%, а ультраосновных пород – в 2-2,5 раза.

Теплоемкость пород увеличивается с ростом пористости, влажности, температуры. Изменяется она также от изменения минералогического состава, растворенных в воде солей и их концентрации. Однако пределы изменения теплоемкости незначительные.

Коэффициент теплопроводности пород возрастает с увеличением их плотности и влажности, а с ростом пористости уменьшается. Он уменьшается и с увеличением нефтенасыщенности и мало зависит от минерализации.

Геотермические параметры пород связаны зависимостью:

                           λ = α С ρ

Важное значение для геотермической характеристики среды имеет геотермический градиент. Он определяется как отношение разности температур к разности глубин, на которых была измерена температура, и характеризует увеличение температуры на единицу глубины, ⁰С / 100 м².

Градиент температуры используют для прогнозирования температур по глубине предполагаемой к разбуриванию толщи, для сравнения и прослеживания одноименных горизонтов по площади, для расчленения геологического разреза, выделения проницаемых горизонтов.

Градиенты температур в земной коре изменяются в широких пределах от 0,9 до 6,0 ^оС/100 м. Наибольшими величинами градиентов характеризуются более молодые геологические структуры, зоны интенсивной тектонической активности, вулканической деятельности. Как правило, все нефтеперспективные геологические структуры обладают повышенными значениями тепловых потоков и градиентов температур. В связи с этим геотермические исследования проводятся с цель оценки нефте- и газоперспективности территорий.

Для Припятского прогиба среднее значение градиентов температур составляет величину близкую к 2,5-3,0 ^оС/100 м. Следует иметь в виду, что эта величина будет различна для северной и южной зон прогиба, а также различна для горизонтов разных глубин. Так, в южной зоне она будет близка к 1,5 ^оС/100 м, а в северной больше 3,0 ^оС/100 м. С увеличением глубины градиенты температур для всех зон Припятского прогиба становятся по величине в среднем одинаковыми. Отмечается повышение градиентов температур в зонах глубинных тектонических нарушений.

На практике часто вместо градиентов температур используют обратную величину, которая называется геотермической ступенью. Геотермическая ступень показывает сколько метров необходимо пройти скважиной, чтобы температура пород изменилась на 1^оС.

Вопросы для самоконтроля к теме 2

1. Факторы, определяющие напряженное состояние горных пород.

2. Влияние горных выработок на характер распределения напряжения в горной породе.

2. Виды деформаций пород.

3. Влияние упругих свойств пород на движение нефти по пласту.

4. Зависимость объемной упругости пласта от коэффициентов сжимаемости породы, пор, твердой фазы.

5. Геотермические параметры осадочной толщи.

6. Геотермические особенности Припятского прогиба.

3 СВОЙСТВА ГАЗА, КОНДЕНСАТА, НЕФТИ И

 ПЛАСТОВЫХ ВОД

В зависимости от состава, давления и температуры природные углеводороды могут находиться в газообразном, жидком или смешанном состоянии. Сверху нефтяного месторождения находится газовая шапка, в которой растворено некоторое количество легких углеводородов. Часть газа будет растворено и в нефти. А при определенных условиях (высоком давлении, небольшом объеме газа) газ будет полностью растворен в нефти.

Залежи углеводородов подразделяются на газовые, газоконденсатные, газонефтяные, нефтяные, газогидратные.

В газогидратных залежах газ находится в соединении с водой, образуя твердое вещество. Газогидратные залежи приурочены к районам вечной мерзлоты или глубоководным морским котловинам.