Влияние температуры на физические и теплофизические свойства пород и флюидов

(|л, р,ст, с, \).

Вязкость с увел. t-ры уменьшается, т.е. н. становится более подвижной, т.к. растворяются асфальтены, смолы, парафины.

Плотность н. с увел. t-ры уменьшается, т.к. из н. выделяется газ, испаряются легкие УВ. Поверхностное натяжениеσ ↓ с ↑ t-ры, вследствие ослабления сил молекулярного притяжения, обусловленного увеличением ср. расстояния м/у молекулами.

Тепловые св-ва ГП хара-ся теплоемкостью с и коэф. теплопроводности λ.

Уд. теплоемкость с хар-ся кол-вом теплоты, необходимой для нагрева единицы массы породы на 1⁰С. с=ΔQ/MΔT, М-масса породы. λ хар-ся кол-вом теплоты dQ, переносимой в породе ч/з единицу площади S в единицу времени при градиенте t-ры ΔТ/ΔХ. dQ= λ(ΔТ/ΔХ)Sdt.

При разработке месторождений высокопарафинистых нефтей, содержащих до 30% парафиновых фракций, охлаждение продуктивных пластов или отдельных зон на несколько градусов относительно начальной температуры может привести к переводу нефти в вязкопластичную систему с резко пониженной или полной потерей текучести. Закачка в пласт в качестве вытесняющего агента пара или воды с высокой температурой обеспечивает существенный прогрев пласта и перевод высоковязкой нефти в свободно текущую среду, делая возможной промышленную разработку таких месторождений. Существуют различные варианты применения тепловых методов, отличающихся и по цели применения (например, обработка призабойных зон скважин и воздействие на продуктивный пласт) и масштабам применения, и технологиям ввода теплоты в пласт.

Для того, чтобы правильно прогнозировать (в том числе с ис­пользованием математического моделирования) поведение продуктив­ного пласта и изменения в процессе извлечения нефти, а также контролировать осуществление принятой технологии теплового воз­действия, необходимо знать основные параметры пород разреза, характеризующие их термические свойства. Это теплоем­кость, коэффициент теплопроводности и коэффициент температуроп­роводности.

Теплоемкость (С) определяется отношением количества теплоты dQ, сообщаемого элементарному объему породы продуктивного пласта в условиях залегания (т. е. насыщенной водой и углеводо­родами), к соответствующему изменению температуры dT.

Теплоемкость, отнесенная к массе т, называется удельной теплоем­костью с. Если рассматривать не породу в общем, а составляющие ее компоненты, в том числе и жидкости, то можно выделить отношение теплоемкости к количеству вещества-молярную теплоемкость. Теплоемкость изменяется в зависимости от минерального состава породы и характеристик насыщающих ее жидкостей, а также процесса теплопередачи (адиабатический, изохорический, изобарический и изо­термический). В общем случае теплоемкость является функцией температуры. В международной системе единиц (СИ) теплоемкость выражается в Дж/К. Удельная теплоемкость пород-коллекторов колеблется в пределах 0,7-1,1 кДж/(кг-К), воды-около 4кДж/(кг*К), а нефти—порядка 2кДж/(кг*К).

Теплопроводность к характеризует теплопроводящие свойст­ва системы «порода-насыщающие ее флюиды». В газах перенос теплоты (энергии) осуществляется хаотически движущимися молеку­лами, в твердых телах-электронами проводимости, а в диэлект­риках-за счет связанных колебаний частиц, образующих кристал­лическую решетку.

Интенсивность переноса теплоты фононами в кристаллах, в ос­новном, определяется химическим составом и плотностью пород и в меньшей степени кристаллографическим направлением и наличием дефектов в их кристаллической структуре. Коэффициент теплопровод­ности является коэффициентом пропорциональности в законе Фурье. В СИ коэффициент теплопроводности выражается в Вт/(м • К). Коэффициент теплопроводности реальных пород-коллекторов за­висит от состава пород, пористости и насыщенности их флюидами и изменяется от долей единицы до 3-4Вт/(мК). Теплопроводность определяет скорость отвода или подвода те­плоты к телу.

Наиболее надежно для конкретных условий залегания продуктив­ных пластов и им сопутствующих пород коэффициент теплопровод­ности и удельную теплоемкость определяют по данным соответст­вующих экспериментов с применением стационарных, нестационарных и калориметрических методов. В условиях высоких температур используют методы стационарного теплового потока, мгновенного источника тепла, температурных волн и монотонного режима.

Температуропроводность характеризует скорость выравнивания температуры среды при нестационарной теплопередаче и зависит от теплопроводности и теплоемкости рассматриваемой среды.

Тепловое расширение породы при закачке в пласт горячей воды, несмотря на то, что она имеет небольшую вязкость, может привести к снижению проницаемости, особенно при наличии глин. Моделью этого явления может служить обычный водопроводный кран с горячей водой. Когда его приоткрывают, поток воды постепенно уменьшается и может вообще прекратиться. Причина заключается в том, что протекающая горячая вода нагревает металлические части крана и, расширяясь, они перекрывают проходное сечение.

Дата добавления: 2015-08-09