Аналіз коефіцієнта теплопровідності анізотропних флюїдонасичених гірських порід

Проектна оцінка ефективності теплової дії на нафтовий пласт, на привибійну зону, що визначається заданою величиною коефіцієнта теплопровідності, який характеризує густину теплопровідного потоку. Оцінка значень коефіцієнта теплопровідності гірських порід.

Рубрика Производство и технологии
Вид статья
Язык украинский
Дата добавления 29.09.2018
Размер файла 27,4 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 622.276.65

Аналіз коефіцієнта теплопровідності анізотропних флюїдонасичених гірських порід

В.С. Бойко,

Р.В. Бойко,

І.В. Копач

Рассмотрено оценку возможных значений коэффициента теплопроводности анизотропных горных пород с учётом направлений теплопроводных потоков, возникающих при реализации разных технологий теплового воздействия на пласт и призабойную зону. Показана необходимость учёта коэффициента теплопроводности в отдельном слое и в стратиграфическом комплексе

Проектна оцінка ефективності теплової дії на нафтовий пласт чи на його привибійну зону визначається заданою величиною коефіцієнта теплопровідності, який характеризує густину теплопровідного потоку [1, 2]. У термодинаміці нафтового пласта зазвичай вважають, що пористі структури термічно ізотропні і характеризуються коефіцієнтом ефективної теплопровідності [2]. Нижче подано оцінку можливих значень коефіцієнта теплопровідності гірських порід з урахуванням напрямів теплопровідних потоків, які виникають у ході реалізації різних технологій теплового діяння на пласт і привибійну зону. теплопровідність нафтовий пласт

Якщо у задану точку шару Землі вводити якимось чином теплоту, то це призводить до підвищення температури в цій точці і зумовлює виникнення градієнта температури та тривимірного теплового потоку (вздовж осей 0Х, 0Y і 0Z). Перенесення теплоти відбувається на молекулярному рівні в неізотермічному нерухомому середовищі гірських порід, тобто теплопровідним (кондуктивним) шляхом. Якщо внесення теплоти здійснювати закачуванням теплоносія, то на цей теплопровідний потік накладається конвекція - перенесення енергії рухомими частинками рідини чи газу в проникному (пористому, тріщинуватому, тріщинувато-пористому) середовищі.

There have been examined possible values of coefficient of heat conductivity of anisotropic rocks subjected to directions of heat-conducting flows which are appeared during realization of the different technologies of thermal action on the layer and bottomhole formation zone. There have been showed necessity of taking into account the coefficient of heat conductivity in individual layer and in stratigraphic complex

Теплопровідний потік виникає внаслідок обміну енергією між молекулами і атомами в однорідному середовищі, яке дискретне на молекулярному рівні. Під час розгляду такого потоку припускають, як і в класичній фізиці, існування суцільного середовища, яке близьке за властивостями до реального. Цей потік описується законом Фур'є і характеризується стосовно різних суцільних середовищ коефіцієнтом теплопровідності л (на молекулярному рівні).

Гірським породам тією чи іншою мірою притаманна пустотність, або іншими словами пористість (міжзернова, тріщинна), а пори (тріщини) заповнені рідиною (чи газом). Таке пористе середовище, насичене рідинами (нафтою, водою), що перебувають в стані спокою, можна розглядати в режимі стабілізованої стаціонарної теплопровідності як суцільне, для якого слід вводити тензор ефективної теплопровідності л* (на мікрорівні). Величина компонентів тензора залежить від теплопровідності кожної фази в об'ємах, які займають ці фази (з урахуванням пористості, насиченості), і від розподілу їх у досліджуваному середовищі (структури твердої фази - поздовжнього чи поперечного поширення каналів, ступеня змішування компонентів рідкої фази) [3]. У термічно ізотропних середовищах тензор теплопровідності володіє сферичною симетрією, а це дає змогу ввести скалярну величину - коефіцієнт ефективної теплопровідності л [2, 4].

Якщо пористе середовище заповнене лише однією рідиною, то величина коефіцієнта л знаходиться між величинами коефіцієнтів теплопровідності твердої (скелету пористого середовища) лск і рідкої (рідини) лр фаз, причому величина коефіцієнта ефективної теплопровідності л знаходиться між величинами коефіцієнтів теплопровідності двох простих моделей структур, які складаються із паралельних шарів поздовжнього і поперечного простягання, для яких відповідно маємо [3]

; (1)

, (2)

де m- коефіцієнт пористості.

Оцінимо порядок величин коефіцієнта теплопровідності для таких випадків (л у Вт/(м·К)):

а) водонасичена глина - лск=1,89;

лр=0,582; m = 0,2

л1 = 1,628; л2 = 1,304;

б) нафтонасичений піщаник - лск = 2,15;

лр = 0,139; m = 0,07

л1 = 2,09; л2 = 1,068;

в) нафтонасичений піщаник - лск = 2,15;

лр = 0,139; m = 0,2

л1 = 1,748; л2 = 0,552;

г) нафтонасичений піщаник - лск = 3,01;

лр = 0,139; m = 0,07

л1 = 2,809; л2 = 1,231;

ґ) нафтонасичений піщаник - лск = 3,01;

лр = 0,139; m = 0,2

л1 = 2,436; л2 = 0,587;

д) нафтонасичений тріщинуватий доломітизований вапняк - лск=2,69; лр=0,139; m=0,02

л1 = 2,639; л2 = 1,968;

е) нафтонасичений алевроліт - лск = 2,1;

лр = 0,139; m = 0,02

л1 = 2,061; л2 = 1,638;

є) нафтонасичений аргіліт - лск = 1,92;

лр = 0,139; m = 0,02

л1 = 1,884; л2 = 1,598.

Отже, величина коефіцієнта теплопровідності вздовж паралельних шарів є більшою в 1,2-4,2 рази від величини коефіцієнта теплопровідності впоперек цих шарів.

Зауважимо, що за експериментальними даними коефіцієнт теплопровідності вздовж наплас-тування порід більший, ніж впоперек напластування на 10-50%. Коефіцієнт теплопровідності, починаючи з деякої швидкості руху рідини, зростає зі збільшенням швидкості [3]. Коефіцієнт теплопровідності газів дуже мало збільшується з ростом температури і слабо залежить від тиску. Так, для повітря за атмосферного тиску і температури 20 0С л = 0,0256 Вт/(м·К) і за 200 0С л = 0,0385 Вт/(м.К). Коефіцієнт теплопровідності рідин, як і порід, дуже слабо зменшується з підвищенням температури [3].

Нафтові родовища Бориславського району, як і України загалом, приурочені до пористих осадових порід, окрім ряду родовищ, що пов'язані з тріщинуватими (теригенними і карбонатними) колекторами. Теригенним пластам осадових порід і всьому стратиграфічному комплексу характерна шарова будова внаслідок нерівномірності в часі та перервності процесів осадоутворення. Товщина шарів змінюється від часток метра до декількох метрів, а всередині них наявні прошарки від часток сантиметра до декількох сантиметрів. Зрозуміло, ці шари характеризуються різними значеннями коефіцієнтів теплопровідності (на макрорівні).

У такому разі теплопровідні властивості анізотропних порід слід характеризувати за допомогою тензора (уже на макрорівні), як це математично і фізично обгрунтовано щодо фільтраційних властивостей таких середовищ у роботах Ж. Ферандона, А. Шейдегера, Р Дахлера, А. Шаффернака, Є. С. Ромма [5, 6].

В ізотропному середовищі перехід від вектора градієнта температури до вектора густини теплового потоку, за умови коллінеарності цих векторів, полягає тільки в зміні масштабу (модуля), роль якого виконує скалярний коефіцієнт ефективної теплопровідності.

У випадку анізотропного середовища під час переходу від вектора градієнта температур до вектора густини теплового потоку змінюється не тільки масштаб, але й напрям, бо в разі поширення теплоти в анізотропному середовищі існує деякий переважаючий напрям, вздовж якого рух теплоти зустрічає найменший термодинамічний опір. Таке перетворення може здійснити тільки тензор теплопровідності. Тензор теплопровідності характеризує анізотропію пласта. Головні осі тензора теплопровідності, як це випливає із тензорної теорії [6], - це три напрями, яким притаманна коллінеарність (однакова направленість) векторів густини потоку і градієнта температури.

Анізотропія теплопровідності зумовлюється процесами осадоутворення. Шаруватість виступає як гранична теплопровідна неоднорідність. Ці основні положення і визначають надалі нашу постановку та розв'язування задач у першу чергу стосовно теригенних порід родовищ України.

Р. Дахлер і А. Шаффернак доказали можливість під час розв'язування задач фільтрації в дрібношарових породах розглядати останні як анізотропні середовища з головними значеннями тензора проникності вздовж і впоперек шарів [6]. Коефіцієнт теплопровідності лг дрібношарового пласта вздовж шарів у горизонтальному напрямі (горизонтальний коефіцієнт теплопровідності) отримуємо з використанням закону Фур'є, вважаючи, що кожний шар різною мірою є теплопровідним, тобто:

,

, (3)

де: qтг, qтгі - густини теплового потоку відповідно вздовж шару товщиною h (причому ), і вздовж і-того прошарку товщиною hі; n - кількість прошарків; лі - коефіцієнт теплопровідності і-того прошарку; - градієнт температури вздовж осі ОХ. Тут припускаємо, що шари горизонтальні, а перетікання теплоти між шарами відсутнє, оскільки температура в кожному прошарку однакова на одній і тій же відстані х.

У разі теплопровідного потоку впоперек шарів густина теплового потоку qтв, що припадає на одиницю площі поперечного перерізу потоку, однакова в кожному шарі і рівна загальній густині теплового потоку за законом Фур'є, тобто:

,

(4)

де: лві - коефіцієнт теплопровідності і-того прошарку впоперек його залягання у вертикальному напрямі (вертикальний коефіцієнт теплопровідності); і=1, 2, ... n; ДТі - перепад температури в і-тому прошарку на відстані hі; ДТв - перепад температури в усіх прошарках (в усьому шарі), ; ; лв - коефіцієнт теплопровідності пласта (усіх шарів) впоперек його залягання у вертикальному напрямі (вертикальний коефіцієнт теплопровідності).

Звідси за правилом похідних пропорцій одержуємо вираз вертикального коефіцієнта теплопровідності дрібношарового пласта (чи багатьох пластів) впоперек шарів у вигляді

,

Нехай маємо 4 шари, для яких коефіцієнти теплопровідності лгі становлять 2,45 (піщаник); 3,01 (піщаник); 0,99 (глина); 2,18 Вт/(м·К) (вапняк) [5, 6] і відповідні їм товщини hi - 5; 10; 24 і 15 м. Припускаємо, що лгі = лві. Тоді знаходимо лг=1,83 Вт/(м·К) і лв=1,48 Вт/(м·К). Коефіцієнт анізотропії теплопровідності . Тобто, у досліджуваному випадку навіть за умови лгі = лві та за наявності літологічно різних шарів величина горизонтального коефіцієнта теплопровідності в 1,24 рази більша від величини вертикального коефіцієнта теплопровідності, а коефіцієнт анізотропії коефіцієнта теплопровідності становить 1,112. Якщо врахувати, що лгі > лві, то величина анізотропії коефіцієнта теплопровідності буде значно більшою.

Таким чином, під час дослідження процесів поширення теплопровідних потоків у гірських породах, зокрема створених теплонагрівачем, необхідно враховувати анізотропію коефіцієнта теплопровідності як в окремому шарі, так і в стратиграфічному комплексі.

Література

1. Бойко В.С. Підземна гідрогазомеханіка. - К.: УСДО, 1996. - 288 с.

2. Чекалюк Е.Б. Термодинамыка нефтяного пласта. - Москва: Недра, 1965. - 238 с.

3. Бурже Ж., Сурно П., Комбарну М. Термические методы повышения нефтеотдачи пластов / Пер. с франц. - Москва: Недра, 1989. - 422 с.

4. Дульнев Г.Н. Процессы переноса в неоднородных средах. - Ленинград: ЛИТМО, 1979.

7. Ромм Е.С. Фильтрационные свойства трещиноватых горных пород. - Москва: Недра, 1966. - 284 с.

8. Бойко Р.В. Регулювання розробки нафтових родовищ застосуванням горизонтальних свердловин // Дис. на здоб. уч. ст. канд. техн. наук: 05.15.06. - Київ, 1996. - 306 с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Види буріння та їх основна характеристика. Поняття про вибухові речовини. Первинне та вторинне підривання. Характеристика деяких вибухових речовин. Вибір способу механізації бурових робіт в конкретних умовах. Буріння свердловин в масиві гірських порід.

    лекция [23,5 K], добавлен 31.10.2008

  • Види повітряного вапна, забезпечення тверднення та збереження міцності будівельних розчинів за повітряно-сухих умов за його допомогою. Використання гірських порід, що складаються з карбонату кальцію. вибір агрегату для випалювання та температури процесу.

    курсовая работа [39,2 K], добавлен 09.01.2010

  • Виробництва, пов'язані з переробкою піску, вапняку, глини, різних гірських порід і шлаків на керамічні вироби. Будівельні, електроізоляційні, вогнетривкі і хімічностійкі матеріали. Технологія силікатів, керамічні вироби. Виробництво будівельної цегли.

    реферат [591,3 K], добавлен 23.03.2014

  • Короткі історичні відомості про розвиток гірничої справи. Класифікація гірських порід та їх основні фізико-механічні властивості. Класифікація корисних копалин та основні їх родовища в Україні. Вивчення основних способів видобутку корисних копалин.

    курс лекций [27,1 K], добавлен 31.10.2008

  • Структурний аналіз механізму. Кінематичне дослідження механізму: побудування плану положень, швидкостей, прискорень, діаграм для крапки В. Визначення сил і моментів сил, що діють на ланки механізму, миттєвого механічного коефіцієнта корисної дії.

    курсовая работа [289,3 K], добавлен 21.11.2010

  • Розрахунок періодичності ТО, чисельності робітників. Визначення коефіцієнта технічної готовності, добової програми автомобілів. Розподіл трудомісткості робіт з технічного обслуговування і поточного ремонту автомобілів. Вибір технологічного устаткування.

    курсовая работа [1,6 M], добавлен 19.10.2013

  • Визначення річного приведеного об’єму випуску деталей. Розрахунок розміру партії, устаткування на дільниці і коефіцієнта завантаження, характеристика фондів. Визначення вартості основних матеріалів. Економічна ефективність заходів та управління ними.

    курсовая работа [597,5 K], добавлен 31.01.2016

  • Практичний розрахунок складу робочого палива, коефіцієнта надлишку повітря в топці, об'ємів продуктів згорання (теоретичного і дійсного), ентальпії відхідних газів, тягодуттьової установки та поверхні теплообміну конвективних елементів парогенератора.

    контрольная работа [157,1 K], добавлен 18.01.2010

  • Ознайомлення з результатами розрахунку безтрансформаторного вихідного каскаду. Вивчення процесу вибору передвихідних транзисторів. Визначення коефіцієнта гармонік вихідного каскаду і зворотного зв'язку. Розрахунок ланцюгів фільтрації з живлення.

    курсовая работа [2,2 M], добавлен 25.05.2022

  • Характеристика електронного підсилювача на інтегральних мікросхемах. Розробка тригерного пристрою на логічних елементах для реалізації двоходової функції. Сутність коефіцієнта підсилення вихідного каскаду. Мінімізація функцій за допомогою карт Карно.

    курсовая работа [596,5 K], добавлен 05.04.2015

  • Визначення коефіцієнта використання матеріалу, потреби металу на програму у натуральному виразі та економічну доцільність процесу виготовлення заготівки. Технології ливарного виробництва. Використання штампування у масовому і серійному виробництві.

    курсовая работа [2,4 M], добавлен 08.12.2014

  • Визначення коефіцієнта загальної повноти за характеристиками прототипу для проектованого судна т/х "Капітан Кушнарєнко". Основні елементи конструкції корпусу. Проектування машинного відділення Техніка безпеки під час проведення електрозварювальних робіт.

    дипломная работа [919,6 K], добавлен 14.08.2010

  • Форми організації виробничих потоків на швейних підприємствах. Попередній розрахунок потоку. Аналіз вихідних даних, вибір типу потоку, його структури, вида запуску виробів у потік. Складання технологічної схеми потоку. Виробничі вимоги до комплектування.

    курсовая работа [62,9 K], добавлен 10.06.2011

  • Проектування морської нафтогазової споруди. Визначення навантажень від вітру, хвилі та льоду. Розрахунок пальових основ і фундаментів. Технологічні режими експлуатації свердловин. Аналіз єфективності дії соляно-кислотної обробки на привибійну зону пласта.

    дипломная работа [2,2 M], добавлен 26.10.2014

  • Аналіз існуючих технологій виробництва капсульованої продукції. Оцінка рівня сучасних технологій застосування рослинних твердих жирів у виробництві борошняних кулінарних виробів. Перспективи розвитку технології капсульованої жировмісної продукції.

    курсовая работа [133,7 K], добавлен 01.12.2015

  • Характеристика Киняминского месторождения. Подсчет балансовых и извлекаемых запасов нефти и газа. Анализ структуры фонда скважин и показателей их эксплуатации. Технологии воздействия на пласт и призабойную зону пласта. Оценка капитальных вложений.

    курсовая работа [264,4 K], добавлен 21.01.2014

  • Оцінка економічності й теплової потужності турбіни, визначення ступенів тиску і параметрів робочого тіла за регулюючим рівнем на номінальному режимі. Витрати у регенеративні відбори та розрахунок лопатки постійного профілю на згин від парового зусилля.

    дипломная работа [1,5 M], добавлен 19.05.2011

  • Характеристика Южно-Ягунского месторождения. Эксплуатация фонтанных и газлифтных скважин. Гидродинамические и промыслово-геофизические методы исследования скважин и пластов. Способы воздействия на призабойную зону. Подземный текущий и капитальный ремонт.

    отчет по практике [1,4 M], добавлен 02.05.2015

  • Визначення значень термопари типу ніхром–константант і значення її термо-е.р.с. Систематична похибка отриманого результату. Оцінка відносної випадкової похибки, середнього квадратичного відхилення результату, точності, вірності і достовірності вимірювань.

    курсовая работа [53,3 K], добавлен 09.10.2011

  • Дослідження ринку пиломатеріалів України, формування їх споживних властивостей та якості. Вибір хвойних порід, з яких виготовляють пиломатеріали: модрина, сосна, ялина, кедр та ялівець. Технологічний процес виготовлення елементів стропильної системи.

    курсовая работа [202,0 K], добавлен 17.12.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.