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.