Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


Физический механизм теплопередачи в горных породах




Теплопроводность характеризует теплопроводящие свойства системы – нефтегазосодержащей породы. В газах, как известно, перенос теплоты (энергии) осуществляется хаотически движущимися молекулами, в твердых телах - электронами проводимости (электронная теплопроводность), а в диэлектриках - за счет связанных колебаний частиц, образующих кристаллическую решетку (фононная теплопроводность).

В горных породах, представляющих собой гетерогенную среду, включающую твердый скелет и поры, заполненные жидкостью или газом, возможны следующие виды переноса тепла:

  1. Кондуктивная теплопроводность.
  2. Конвективный перенос тепла.
  3. Теплопередача излучением (лучистая теплопроводность).

В случае кондуктивнойтеплопроводностиперенос тепла осуществляется за счетфононнойтеплопроводности твердого скелета и молекулярной передачей тепла флюидами, заполняющими поры.

Фонон определяет энергию колебательных состояний узлов решетки твердого тела и может рассматриваться как квазичастица. 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. В соответствии с теорией Дебая и молекулярно-кинетической теории поток фононов может рассматриваться как фононный газ с теплопроводностью, равной

,

где u – скорость распространения упругой волны, lф – длина свободного пробега фонона.

Приведенная формула справедлива для любых твердых тел (кристаллических и аморфных).

Теплопроводность жидкости можно оценить по формуле:

где- объемная теплоемкость жидкости, - скорость движения молекул, -межмолекулярные расстояния.

 

Конвективный перенос тепла связан со свободной конвекцией флюида под действием градиента температуры или вынужденной – под действием градиента давления. Конвекция возможна, если поры различных диаметров сообщаются друг с другом. Некоторые исследователи считают, что конвекцией можно пренебречь в порах с эффективным диаметром меньшим 3 мкм, тогда как другие считают ее уже незначительной в воздушном пространстве шириной 6 мкм. В областях пор, занятых связанной водой, конвекция исключается.

Теплопередача излучениемпроисходит на границе раздела фаз (твердый скелет – жидкость или газ). В общем случае вводят понятие коэффициента эффективной теплопроводности λэ,включающей в себякондуктивный λ, конвективный λк и лучистый (излучение) λлкоэффициенты переноса тепла:

λэ = λ + λк + λл

Теплопроводность горных пород, заполненных нефтью и водой, значительно выше за счет конвективного переноса тепла жидкой средой. При наличии движения флюидов в горных породах учет конвективной теплопроводности сводится к решению уравнения теплопроводности (2-го закона Фурье) с конвективным членом:

, (1.7.5)

где - коэффициент объемной теплоемкости среды, - коэффициент объемной теплоемкости фильтрующегося флюида.

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.


Поделиться:

Дата добавления: 2014-10-31; просмотров: 138; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.006 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты