Тепловые свойства горных пород и насыщающих их флюидов

Тепловые свойства горных пород и насыщающих их жидкосте необходимо знать при проектировании различных методов тепловог воздействия на призабойную зону скважин и пласт в целом. Тепловы свойства горных пород и жидкостей зависят от многих факторов температуры, давления, пористости, водонасыщенности: минералогического состава породы и насыщающих жидкостей.

В таблице 1.1 приводятся некоторые обобщенные результаты исследований теплофизических свойств карбонатных и терригенных пород по результатам лабораторных исследований.

Таблица 1. Средние значения теплофизических свойств горных пород

Горные породы.	Средняя плотность,.	Коэффициент температуропроводности, 107	Коэффициент теплопроводности,.	Удельная теплоемкость,.
Карбонатные породы.
Доломиты Известняк Известняк глинистый.	2,753 2,714 2,644	9,95 9,6 9,05	2,11 2,2 1,96	0,802 0,851 0,844
Терригенные породы.
Аргиллиты Алевролиты глинистые Песчаники: нефтенасыщенные водонасыщенные.	2,555 2,55 2,198 2,3	9,94 10,8 11,57 12,8	2,25 2,22 1,7 2,46	0,838 0,795 0,737 0,84

Эти результаты указывают на существенное отличие пород по теплофизическим свойствам, поэтому знание литолого-петрофизических особенностей пород, слагающих нефтепродуктивный пласт, определяет правильность выбора теплофизических коэффициентов. Кроме того, следует помнить, что результаты исследований теплофизических свойств пород, приводимые в таблице 1.1, выполнены при комнатной температуре (20 °С). Для их пересчета на пластовые температуры можно пользоваться формулой:

(1.12).

где — коэффициент теплопроводности при температуре; К — поправочный коэффициент, К = (1−5)10^-3; Т_о— температура, при которой проведены лабораторные эксперименты; Т — пластовая температура.

Исследованиями установлено, что слоистые породы имеют разные коэффициенты теплопроводности по напластованию и перпендикулярно к нему. Коэффициент вдоль напластования на 30−35% выше, чем перпендикулярно к нему.

Изменение теплофизических свойств горных пород от давления несущественное.

Так, например, при увеличении давления на 100 МПа теплопроводность известняка изменяется только на 0,1%, поэтому при выборе теплофизических параметров для расчетов предварительно подлежат изучению литолого-петрографические характеристики пород с учетом их физического состояния по давлению, температуре, нефтегазоводонасыщенности и др.

Удельная теплоемкость горных пород возрастает с уменьшением их плотности, она зависит от минералогического состава и не зависит от строения, структуры и дисперсного состояния минералов. Установлено, что с увеличением влажности и температуры теплоемкость пород возрастает.

Теплопроводность и температуропроводность горных пород по сравнению с металлами очень низка. Поэтому для прогрева на 60−70 К пород призабойных зон скважин даже на небольшую глубину (2−3 м) необходимо выдерживать нагревательные приборы в течение нескольких суток. Теплопроводность горных пород, заполненных нефтью и водой, значительно повышается за счет конвективного переноса тепла жидкой средой. По этой причине для усиления прогрева пород пласта и увеличения глубины прогрева забой скважины одновременно подвергается ультразвуковой обработке, в результате чего ускоряется процесс передачи тепла за счет конвекции, возникающей вследствие упругих колебаний среды. Температуропроводность горных пород повышается с уменьшением пористости и с увеличением влажности. В нефтенасыщенных породах она более низка, чем в водонасыщенных, так как теплопроводность нефти меньше, чем воды.

Теплопроводность пород практически не зависит от минерализации пластовых вод.

Кроме характеристик породы температурные условия в стволе и пласте предопределяются также теплофизическими свойствами нефти, воды и газа. В таблице 1.2 приведены средние значения теплофизических свойств нефти и воды при стандартных условиях (20 °С и 0,1 МПа).

Таблица 1.2 Средние значения теплофизических свойств нефти и воды

Для проведения методов повышения нефтеотдачи (закачки влажного пара и внутрипластового горения) следует знать влияние температуры насыщения на теплофизические характеристики воды и водяного пара.