Физика пласта: Курс лекций по одноименной дисциплине, страница 13

Вибраторы создают продольные и поперечные волны. Распространяясь в породе продольные волны создают деформации попеременного объемного сжатия и растяжения. Поперечные волны создают поперечные деформации сдвига в породах. Скорости волн зависят от плотности породы и её упругих параметров: модуля продольной упругости Юнга, модуля сдвига и коэффициента Пуассона.

Несцементированные пески обладают слабым внутренним трением и поэтому оказывают небольшое сопротивление сдвиговым усилиям. В них, как и в жидкости проходят только продольные волны. В жестких горных породах проходят как продольные, так и поперечные волны с соотношением скоростей равным в среднем 1.5 – 14. Скорость упругих волн в пористых породах значительно меньше, чем в плотных.

 Поглощение упругих волн, их отражение и преломление характеризуется удельным волновым сопротивлением  z = vρ, произведением скорости волн на плотность пород. Чем больше соотношение волновых сопротивлений горизонтов или контактирующих сред, тем больше энергии волны отражается от границы раздела. При переходе звуковой волны из нефти или воды в породу отражается до 85% энергии волны. Различие волновых сопротивлений горизонтов с различной пористостью и флюидонасыщенностью используется при ГИС.

2.4 ТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД

Изучение технического состояния скважин и обсадных колонн, расчленения геологического разреза, определения перспективности горизонта, планирования термического воздействия, требует знания термических свойств горных пород: теплоемкости –  С, коэффициента теплопроводности –  λ, коэффициента температуропроводности –  α, градиента температур – grad T.

Теплопроводность. Теплопроводность среды характеризует ее способность передавать тепловую энергию. Коэффициент теплопроводности характеризует количество тепла, проходящего в единицу времени через единицу площади при градиенте температуры 1°С на единицу длины.

l= Q/gradT  ,    l= a×c×s,   Вт/(м°С),

где:  a –  температуропроводность,    c–  теплоемкость, s- плотность пород.

Температуропроводность -– способность передавать температуру с большей или меньшей ее потерей на единицу длины. Единица измерения температуропроводности – м 2 /сек:          a = l/(сs).

Вода, нефть обладают малой теплопроводностью и температуропроводностью, но зато большой теплоемкостью. Теплоемкость воды в 5 раз выше теплоемкости твердых пород и в 2 раза выше теплоемкости нефти.

Теплоемкость –  способность единицы объема вещества поглощать или отдавать тепловую энергию. Коэффициент теплоемкости численно равен величине тепловой энергии, которую надо сообщить единице объема вещества, чтобы поднять его температуру на 1°С. Измеряется удельная теплоемкость в Дж/(кг°С).

Теплофизические параметры горных пород зависят от составляющих их минералов, структурно-текстурных особенностей пород, плотности, пористости, давления, температуры, влагонасыщенности. Одна и та же порода может иметь разные величины теплофизических параметров, в зависимости от места и направления измерения, что обусловлено неоднородностью породы и ее анизотропией.

В породах земной коры передача тепла происходит молекулярной кондуктивной теплопроводностыо и конвекцией. Молекулярная теплопроводность определяется электронами проводимости и колебаниями атомов кристаллической решетки. Конвективная теплопроводность зависит от объема пористого пространства, скорости фильтрации жидкости, ее вязкости. При малой скорости движения жидкости поперечная и продольная теплопроводности равны.

 Величины теплофизических параметров основных видов пород приводятся в таблице 2.1, из которой видно, что отдельные породы имеют резко отличные теплофизические параметры. Высокой теплопроводностью и температуропроводностью обладают каменные соли, а низкой теплопроводностью – вода, нефть и воздух. В то же время вода обладает высокой теплоемкостью, поэтому ее роль в конвективном теплопереносе очень большая.

 Высокой теплоемкостью обладает и нефть. Это следует учитывать при планировании разработки месторождений нагнетанием горячей воды или газа.