Delist.ru

Закономерности изменения теплофизических свойств флюидосодержащих коллекторов при изменении температуры и порового давления (15.08.2007)

Автор: Курбанов Абдулгаджи Ахмедович

ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ЗЕМЛИ

им. О. Ю. ШМИДТА РАН

На правах рукописи

КУРБАНОВ АБДУЛГАДЖИ АХМЕДОВИЧ

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ  ФЛЮИДОСОДЕРЖАЩИХ КОЛЛЕКТОРОВ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ТЕМПЕРАТУРЫ И ПОРОВОГО ДАВЛЕНИЯ

Специальность 25.00.10 – геофизика, геофизические методы поисков

полезных ископаемых

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

доктора физико-математических наук

Москва, 2007

Работа выполнена в Институте геологии ДНЦ РАН

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, проф. Ю.А. Попов (МГГРУ, Москва)

доктор физико-математических наук, проф. Г.И. Петрунин (МГУ, Москва)

доктор физико-математических наук, проф. И.В. Голованова (Институт геологии Уфимского научного центра РАН)

Ведущая организация: Геологический институт РАН

Защита диссертации состоится 31 октября 2007 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д.002.001.01 при Институте физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН по адресу: 123995, ГСП-5, Москва, Д-242, ул. Б. Грузинская, 10.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН.

Автореферат разослан________________ 2007 года.

Ученый секретарь Диссертационного совета Д.002.001.01

К.ф.м-н. А.П.Трубицын

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В диссертационной работе поставлена актуальная задача, состоящая в совершенствовании и создании аппаратурно-методических основ, проведении фундаментальных исследований теплофизических свойств газо -, водо - и нефтенасыщенных коллекторов (кернового материала) при совместном влиянии изменение температуры и порового давления, направленные на развитие научного направления, связанного с изучением и установлением закономерностей изменения теплопередачи осадочного чехла земной коры, необходимые для научно обоснованного ведения работ в связи с комплексным освоением ресурсов недр (нефтегазовых, геотермальных и др.), имеющих важное хозяйственное значение. Приводятся примеры применения результатов исследования в геологии, геофизике, геотермии и разработке методических основ при решении некоторых задач.

Актуальность. Изучение теплофизических свойств горных пород осадочного чехла земной коры является задачей геофизических исследований и имеет важное значение в исследовании его теплового режима, для понимания особенностей природы термодинамических и физико-химических процессов, проведения геотермических работ, прямых поисков и разведки в них минерально-сырьевых ресурсов, в том числе нефти, газа, парогидротерм и других полезных ископаемых. Исследование закономерностей изменения и распределения теплофизических характеристик глубокозалегающих слоев, в условиях моделирующих глубинные залегания, создают предпосылки решению различных геолого-геофизических задач, включая теоретические и прикладные задачи нефтегазовой терморазведки, прогнозирование закономерностей формирования и размещения очаговых зон (нефтегазовых, геотермальных, теплоэнергетических и др.), а также ряда вопросов, связанных с изучением и использованием энергетического потенциала геотермального тепла. В современной научной литературе незначителен накопленный материал по результатам исследования теплофизических характеристик коллекторов в условиях, моделирующих поровые, и связи их аномальных явлений с процессами полиморфизма. Практически отсутствуют обоснованные модели распределения теплофизических характеристик глубинных структур осадочного чехла Восточного Предкавказъя и оценки термодинамической обстановки глубокопогруженных зон. В связи с этим, особое значение придаются экспериментальным исследованиям теплофизических свойств горных пород в условиях, моделирующих совместное влияние поровых давлений и температур. В частности решается задача исследований в условиях, имитирующих пластовые, позволяющих повысить точность и надежность полученных результатов и приблизить их к природной ситуации, что имеет большое значение для правильной оценки глубинных температур и тепловых потоков, выявить связи аномальных явлений теплопроводности - ? с процессами полиморфизма в зависимости от глубины верхней части земной коры и установить значения этих характеристик и т. д., чему посвящена первая глава диссертационной работы.

Процессы теплопереноса в модельных условиях отвечают особенностям механизма теплопередачи в таких средах в естественной ситуации.

Недостаточность опубликованных данных по теплофизическим свойствам коллекторов, измеренных в условиях, совместного влияния изменения температур и поровых давлений объясняется сложностью техники и методики проведения эксперимента. В связи с вышеизложенным, возникает необходимость решения задачи получения экспериментальных данных теплопроводности флюидосодержащих коллекторов с помощью метода, позволяющего моделировать на установке условия повышенных температур и давлений. Наиболее приемлемым методом исследования ? флюидонасыщенных коллекторов в этих условиях является компенсационный метод плоского слоя стационарного теплового поля. Важным достоинством компенсационного метода плоского слоя, реализуемого на использованной в данной работе экспериментальной установке, является возможность измерения флюидонасыщенных горных пород при различных температурах и давлениях. Это позволило измерить ? при совместном их влиянии, в зависимости от рода и вида насыщающего флюида. При этом накоплено значительное количество данных по ? коллекторов кернового материала и установлены закономерности изменения ? в этих условиях. Установка и методика позволяют измерить ? не только горных пород, но и теплопроводность любых веществ. В данной работе экспериментальные и аналитические исследования проведены по изучению теплоемкости и температуропроводности горных пород в широком диапазоне температур и при атмосферном давлении. Получены экспериментальные данные по исследованию плотности и пористости горных пород. Результатами проведенных исследований стали такие фундаментальные выводы, как выявления факта аномального изменения ? водонасыщенных известняка и мергеля в температурном диапазоне, связанные с полиморфными превращениями. Полиморфное превращение водонасыщенного мергеля экспериментально зафиксировано и сфотографировано. Отмеченное аномальное явление ? признано Международной Ассоциацией авторов научных открытий, как научное открытие. Результатами исследований стали также ряд важных методических разработок и предложения способов их реализации, включая методику аналитического определения ? флюидонасыщенных горных пород в условиях, совместного влияния изменения температур и поровых давлений, когда отсутствуют условия ее экспериментального измерения.

Вторая глава работы посвящена описанию аппаратуры, методики и анализа погрешностей лабораторных измерений теплофизических свойств коллекторов. На базе компенсационного метода создан прибор, который в отличие от других вариантов, рассчитан на работу в условиях совместного влияния температур и давлений в широком интервале при насыщении жидким и газообразным флюидами. Разработан способ, в котором учтены влияние неравномерности температурного поля на результат измерения и погрешности, связанной с отсутствием учета направления начального перепада температур и появления различных неоднородностей теплового поля в измерительной ячейке в процессе термостатирования. В методическом плане эксперимент последовательно усложняется: от изучение температурной зависимости ? воздушно-сухих образцов до исследования одновременного влияния различных температур и давлений для газо-, водо- и нефтенасыщенных образцов. Некоторые затруднения в подготовке прибора по ? полностью оправдывают себя при экспериментальных измерениях. Во–первых, тем, что всевозможные потери градиентного нагревателя контролируются одним гальванометром. Во-вторых, все эти потери компенсируются одним компенсационным нагревателем. Включение в цепь компенсационного нагревателя магазина сопротивлений МСР-63 с наименьшей декадой регулировки 0,01 Ома позволяет устанавливать стационарный тепловой поток в течение продолжительного времени без повторной регулировки. В-третьих, нужно заметить, что отсутствию боковых потерь тепла с самого образца способствует не только меньший диаметр эффективной площади по сравнению с диаметром образца 21 мм, но и компенсационный нагреватель прибора. При измерениях возможные потери градиентного нагревателя непрерывно контролируются одним гальванометром и компенсируются нагревателем. Подсчитаны возможные ошибки измерения ? описанного метода.

Третья глава содержит результаты изучения теплофизических свойств флюидосодержащих горных пород в условиях совместного влияния пластовых температур и давлений.

Экспериментальные исследования были поставлены на значительной коллекции образцов осадочных пород Восточного Предкавказья, отличающиеся широким спектром петрофизических характеристик, состава и структуры. Были проведены петрографические анализы образцов до и после исследования. Таким образом, полученные экспериментальные результаты зависимости теплофизических характеристик газо-, водо- и нефтенасыщенных коллекторов от совместного влияния изменения температур и поровых давлений имеют важное научное и практическое ценность.

. Результаты аномального изменения ? известняка имеет важное значение при изучении энергетики седименто-литогенеза, т. к. позволяет уточнить количественные оценки элементов энергетического баланса, которые пока, не учитывают изменения расчетных параметров при вариации Р-Т условий. Термобарические зависимости использованы также и для обоснованной оценки теплопроводности вещества осадочного чехла на разных глубинах, и при решении конкретных задач геологии, геофизики, геотермии.

Четвертая глава работы связана с приложением полученных в предыдущих главах результатов к оценке значения теплопроводности литологических комплексов в зависимости от глубины залегания. Рассматривается анализ термических данных и методику использования стандартных термограмм скважин. Проводится оценка теплового поля некоторых месторождений Дагестана и температур на глубинах недостигнутых бурением, интересных в геологическом и геотермическом отношениях. Отмечено, что геотермия осадочных толщ является одной из наиболее сложных областей региональной геотермии, прежде всего, связано с существованием в них нередко весьма значительных вертикальных вариаций величины теплового потока. Такие вариации могут обеспечиваться тепломассопереносом в проницаемых породах, полиморфными превращениями связанными с физико-химическими процессами, на контакте горная порода-вода, сопровождающимися эндотермическими или экзотермическими реакциями, процессами метаморфизм и литогенезом, а также рядом других факторов. Отмечается, что оптимальным условием для расчета теплового потока и оценки глубинных температур является наличие данных по выстоявшимся скважинам. Расчет глубинных температур приводится в предположении о стационарности теплового поля и плоскопараллельности слоев с контрастными теплофизическими свойствами.

Пятая глава работы связана с приложением полученных результатов теплофизических свойств горных пород при разработке методических основ интересных для решения геолого-геофизических и геотермических задач. Данные использованы при разработке методики поиска и разведки залежей флюидных полезных ископаемых. Результаты применены в оценках влияние динамики температурного режима на тепловые параметры и на пористость коллекторов пласта при закачке отработанного теплоносителя, а также в оценках влияние изменения тепловых и емкостных характеристик пласта на эксплуатационные параметры ГЦС.

Цель работы заключается в исследовании и выявлении закономерностей изменения теплофизических свойств флюидонасыщенных коллекторов путем получения надежных экспериментальных данных нефте -, газо - и водонасыщенных образцов (кернового материала) в условиях, моделирующих изменение температуры и порового давления в зависимости от совместного влияния этих параметров, от вида и химического состава насыщающей среды; в поинтервальной оценке термобарических коэффициентов теплопроводности исследованных типов горных пород, которые могли бы служить основой для корректного расчетного определения теплопроводности, когда отсутствуют условия ее экспериментального измерения.

Основные задачи исследований.

В соответствии с поставленной целью последовательно решались задачи различного характера от аппаратурно-методических, задач измерения, анализа и обобщения данных, которые в совокупности формируют следующие части данной работы:

1. Выбор методов, конструирование, совершенствование, создание, отладка и повышения качества модификации современных экспериментальных устройств для исследования теплофизических свойств флюидонасыщенных пород – коллекторов.

2. Разработка и совершенствование методических основ для измерения теплопроводности веществ в условиях высоких температур и давлений.

3. Изучение теплопроводности, температуропроводности, теплоемкости, плотности и пористости пород - коллекторов, их обработка и анализ. Экспериментальное исследование термобарической зависимости этих свойств и установление закономерностей их изменения в условиях, моделирующих совместное влияние РТ соответствующих режимам разных глубин.

загрузка...