Tepelné vlastnosti hornin jsou charakterizovány následujícími fyzikálními parametry:

specifická tepelná kapacita;

• koeficient tepelné difuzity;

• součinitel tepelné vodivosti.

Tyto parametry je nutné brát v úvahu při tepelném ovlivnění formace a řešení termodynamických otázek souvisejících s predikcí teploty tekutin na ústích těžebních vrtů, posuzováním filtračních parametrů formace a tepelném zpracování produkčních horizontů.

Vlastnost hornin absorbovat tepelnou energii při výměně tepla se vyznačuje měrná tepelná kapacita hornin.

Specifické teplo se odhaduje podle množství tepla potřebného k zahřátí jednotkové hmoty horniny o 1°:

kde M – skalní masiv; dT – zvýšení teploty z množství tepla (dQ) přeneseného do horniny.

Tepelná kapacita hornin závisí na podmínkách jejich ohřevu – při konstantním objemu nebo konstantním tlaku. Když se kámen zahřívá na konstantní objem, veškeré teplo se spotřebuje na zvýšení vnitřní energie těla. Když se hornina zahřívá při konstantním tlaku, část tepla se spotřebuje na zvýšení vnitřní energie těla a část jde na roztažení horniny.

Specifické teplo záleží na mineralogické složení, rozptyl, teplota, tlak a vlhkost hornin. Tepelná kapacita hornin navíc závisí na mineralogickém složení hornin a nezávisí na struktuře a struktuře minerálů.

Více pórovitost, teplota a vlhkost hornin, tím vyšší je jejich tepelná kapacita, zejména při nízké salinitě formační vody.

Čím nižší je hustota hornin, tím vyšší je měrná tepelná kapacita.

Měrná tepelná kapacita hornin tvořících ložiska ropy se pohybuje v rozmezí 0,4 – 1,5 kJ/(kg K).

Součinitel tepelné vodivosti (λ) nebo měrný tepelný odpor, charakterizuje množství tepla (dQ) přeneseného v hornině přes jednotku plochy (S) za jednotku času (t) s teplotním gradientem (dT/dx) rovným jednotce:

Součinitel tepelné vodivosti ( tabulka) se zvětšuje hustota plemena a jejich vlhkosti. S růstem pórovitost hornin, jejich tepelná vodivost klesá. Při volném pohybu vody, který podporuje další přenos tepla, se součinitel tepelné vodivosti hornin zvyšuje s rostoucím propustnost.

S nárůstem nasycení olejem hornin klesá i součinitel tepelné vodivosti. Málo závisí na mineralizaci formačních vod.

Charakterizována jsou také plemena anizotropie tepelných vlastností — ve směru podestýlky je tepelná vodivost vyšší než ve směru kolmém na podestýlku.

ČTĚTE VÍCE
Jaké vyvrtávací frézy se používají při vyvrtávání slepých a průchozích otvorů?

Růst nasycení plynem hornin, stejně jako pokles vlhkosti, je doprovázen poklesem tepelné vodivosti.

Koeficient tepelné difuzity (α) hornin charakterizuje rychlost ohřevu hornin, změny teploty hornin v důsledku pohlcování nebo uvolňování tepla nebo rychlost šíření izotermických hranic.

Tepelná difuzivita hornin přibývá s úbytkem pórovitost a s přibývajícími vlhkosti. V nasycený olejem plemen je nižší než v nasycený vodou, protože tepelná vodivost oleje je nižší než tepelná vodivost vody. Tepelná difuzivita hornin je téměř nezávislá na slanosti vod formace. Tepelná difuzivita hornin podél podloží je vyšší než napříč podložkou.

Při zahřátí se horniny roztahují. Charakterizuje se schopnost hornin expandovat lineární koeficienty (α L) A objemový (α V) teplotní roztažnost.

. (1.40)

Hodnoty tepelná vodivost и tepelná difuzivita horniny jsou ve srovnání s kovy velmi nízké (tabulka). Proto ohřev zón dna vyžaduje velmi vysoký výkon ohřívače. Tepelná vodivost hornin naplněných ropou a vodou se výrazně zvyšuje v důsledku konvekčního přenosu tepla kapalným prostředím. Z tohoto důvodu, aby se zvýšil ohřev formačních hornin a zvýšila se hloubka ohřevu, je dno vrtu současně podrobeno ultrazvukovému ošetření. Vlivem elastických vibrací média se urychluje proces přenosu tepla v důsledku konvekce.

Křemenný písek a další hrubozrnné horniny mají nejvyšší koeficienty roztažnosti.

Skála s, kJ/kg×K l, W/m×K a×10, m3/s aL×10, 5/K
jíl 0,755 0,99 0,97
Shale 0,772 154-218 0,97 0,9
Dolomity 0,93 1,1-4,98 0,86
Krystalický vápenec 1,1 2,18 0,5-1,2 0,5-0,89
Dolomitizovaný vápenec 1,51
Quartz 0,692 2,49 1,36 1,36
Mergel 0,92-2,18
písek (suchý) 0,8 0,347 0,2 0,5
písek s obsahem vlhkosti 20–25 % 3,42
Pískovec je hustý 1,27-3,01 0,838 1,39 0,5
Kapaliny v nádrži: Olej 2,1 0,139 0,069-0,086
Voda 4,15 0,582 0,14

Koeficienty lineární a objemové expanze lišit v závislosti na hustota hornin je podobná tepelné kapacitě, to znamená, že vztah je nepřímo úměrný.

Koeficient lineární expanze plemen s růstem klesá hustota minerály.

Líbil se vám článek? Přidejte si ji do záložek (CTRL+D) a nezapomeňte ji sdílet se svými přáteli: