Тепловые характеристики горных пород.

Изучение термических характеристик горных пород является важной частью петрофизических исследований состояния горных пород и направлено на решение следующих задач:

· выявление в разрезе скважин горизонтов, содержащих полезные ископаемые;

· контроль за разработкой нефтяных и газовых месторождений на основе изучения тепловых свойств пород, слагающих разрез скважины;

· изучение геологического разреза и технического состояния скважин.

Кроме того, это очень важно при проектировании методов теплового воздействия на пласт (закачка горячей воды и теплоносителей для вытеснения нефти), обработки призабойной зоны скважин, удаление асфальтено-смолистых отложений и парафина и т.д. Причем доля тепловых методов будет, по всей видимости, все более возрастать, т.к. дальнейший рост добычи нефти в значительной степени будет происходить за счет ввода в эксплуатацию месторождений высоковязких нефтей и битумов. Часто прогрев сочетают с ультразвуком, который вызывает упругие колебания среды и ускоряет перенос тепла за счет конвекции.

Состояние теплового поля поверхностных слоев Земли определяется как естественными геологическими процессами, происходящими в ее недрах, так и воздействием в процессе добычи полезных ископаемых, в том числе разработки нефтяных месторождений. При этом в продуктивных пластах нарушаются условия термодинамического равновесия, определяемого температурным градиентом Земли данного региона.

Тепловой режим Земли изменяется по мере углубления, при этом можно выделить 4 температурные зоны:

1. Зона, в которой имеют место суточные колебания температуры, глубиной до 1 метра.

2. Зона годового колебания температуры, глубиной до 20 метров.

3. Зоны векового колебания температуры, глубиной до 1000 метров.

4. Зона постоянной во времени температуры, глубиной свыше 1000 метров.

 

Тепловые свойства горных пород характеризуются:

· Удельной c (или объемной c_v) теплоемкостью – количеством теплоты, необходимым для нагрева единицы массы (объема) породы на один градус:

, и c_v=c^.ρ;.

Используют также и понятие молярной теплоемкости:

,

где М – масса породы, dQ – количество переданной породе теплоты, dT – прирост температуры, V – объем породы, m - молярная масса; ρ; – плотность.

Удельная теплоемкость пород зависит от их минералогического состава, обычно возрастает с увеличением влажности и температуры, а также с уменьшением плотности, и не зависит от строения, структуры, дисперсного состояния минералов.