Delist.ru

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

Автор: Курбанов Абдулгаджи Ахмедович

4. Оценка теплопроводности для различных по составу литологических комплексов в условиях глубинного залегания.

5. Построения моделей распределения термодинамических и теплофизических характеристик по глубинным геологическим разрезам ряда флюидоносных месторождений в осадочном чехле на базе полученных лабораторных результатов, состава литологических комплексов региона.

6. Применение полученных результатов исследований:

- для оценки глубинных температур и тепловых потоков Северного и Южного Дагестан по глубине не достигнутых бурением;

– для разработки методических основ геологии, геофизики и геотермии в связи с комплексным освоением ресурсов недр нефтегазоносных и геотермальных бассейнов, таких как: разработка методики поиска, разведки месторождений флюидных полезных ископаемых (Патент на изобретение № 2117318); расчет проектных параметров рациональных схем ГЦС в задачах отбора глубинного тепла (определение расстояние между подъемными и нагнетательными скважинами, определение сроков службы ГЦС и др.).

7. Расчет термобарических коэффициентов теплопроводности горных пород и рекомендация их для широкого использования на практике.

8. Разработка рекомендаций для использования модифицированного устройства и совершенствованной методики для измерения теплопроводности горных пород в условиях, моделирующих пластовые.

Важность и актуальность решения вышеперечисленных проблем и определила направления развития исследования.

Направление исследования.

Проведение фундаментальных исследований теплофизических свойств газо -, водо - и нефтенасыщенных коллекторов (кернового материала) при совместном влиянии изменение температуры и порового давления, направленных на осуществление решения крупной научной проблемы, имеющей важное хозяйственное значение в связи с комплексным освоением ресурсов недр (нефтегазовых, геотермальных и др.).

Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов. В работе использованы эмпирические и теоретические методы исследования. Решения задач базируются на экспериментальных данных и известных теоретических положениях теплофизических свойств горных пород и теплового режима осадочного чехла в модельных условиях различных давлений, температур и их совместном влиянии. Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждается надежностью и высокой точностью экспериментальных

данных, полученных с помощью аппаратуры, проверенной на эталонных образцах, их адекватностью по известным критериям оценки изучаемых процессов, использованием известных положений фундаментальных наук, и корректностью разработанных методик, позволяющих проводить самоконтроль измеряемых значений тепловых характеристик в процессе эксперимента, а также сходимостью полученных результатов с результатами исследований других авторов; - изучением различных типов горных пород, гарантирующего обоснованность выводов, касающихся средних значений и характерных особенностей поведения теплофизических параметров; - проведением петрографического анализа на шлифах образцов до и после исследования; - определением ожидаемой ? горных пород на глубинах, не достигнутых бурением, с использованием экстраполяции результатов экспериментальных данных.

На защиту выносятся:

1. Измерительная установка, созданная путем усовершенствования компенсационного метода плоского слоя, повышает надежность и точность определения теплопроводности разнообразных литологических комплексов в диапазоне 293-573К и гидростатических давлений в интервале 0,1-150 МПа, а также в условиях совместного воздействия этих термодинамических факторов на образец при различном его флюидонасыщении под вакуумом.

2. Усовершенствованная методика измерения теплопроводности горных пород при различных термобарических условиях, максимально приближенных к пластовым, с использованием упомянутой установки, позволяет учесть влияние начальных условий термостатирования в измерительной ячейке, путем поддержания оптимального соотношения мощностей основного и охранного нагревателей. Метод обеспечивает учет появления различных неоднородностей теплового поля в измерительной ячейке в процессе термостатирования и наличие погрешности, связанной с отсутствием учета направления начального периода температур. Этим достигается постоянство направления начального теплового потока между блоками указанных нагревателей и повышение точности определения исследуемого параметра.

3. Впервые полученные результаты изучения теплофизических характеристик газо-, нефте- и водонасыщенных коллекторов различного литологического состава в условиях, совместного влияния температур и порового давления, максимально близких к пластовым. Экспериментально зафиксированные и сфотографированные полиморфные превращения водонасыщенных карбонатных образцов и установленные аномальные значения их теплопроводности при 293-573К и 0,1-150 МПа. Установленные новые закономерности и степень изменения теплопроводности в зависимости от характера коллектора, вида и рода насыщающего флюида.

4. Результаты оценок теплопроводности для различных по составу литологических комплексов в условиях глубинного залегания.

5. Построенные модели распределения термодинамических, теплофизических характеристик по глубинным разрезам месторождений осадочного бассейна региона.

Научная новизна результатов исследования. Конструирование и создание экспериментальной установки (А. с. СССР № 779870), разработка методических основ определения ? веществ (А. с. СССР № 760774 ДСП) позволили развить прецизионные теплофизические измерения горных пород насыщенных различными флюидами (воздух, аргон, нефть и вода), связанных с поднятием верхнего предела температуры до 573К и гидростатического давления до 150 МПа при их совместном влиянии на образец и флюид в замкнутой системе. На этой основе впервые получены новые данные по ? образцов, установлены закономерности ее изменения в зависимости от температуры и порового давления, от их совместного влияния, от вида и химического состава флюида. Экспериментально зафиксированные и сфотографированные полиморфные превращения некоторых водонасыщенных карбонатных пород в исследованном интервале температур. Отмеченные аномальные явления ? этих пород, которые подтверждены Международной Ассоциацией научных открытий как научное открытие.

Выбранные методы, созданные и отлаженные экспериментальные установки позволили получить данные температуропроводности, теплоемкости пород в интервале температур (298-673К), а также плотности и пористости исследованных пород. Вычислены термобарические коэффициенты ? по результатам экспериментально исследованных типов горных пород, которые будут основой для корректного расчетного определения ? по объединенному закону Эйкена-Бриджмена и введения поправок на давление и температуру в значении ? по глубине.

Новые данные теплофизических свойств горных пород, полученные экспериментальным путем, позволили: оценить ? для различных по составу литологических комплексов в условиях глубинного залегания; оценить глубинные температуры и тепловые потоки Северного и Южного Дагестана; построить модели распределения геотермических характеристик по глубинным разрезам месторождений региона; разработать методику поиска, разведки месторождений флюидных полезных ископаемых (Патент на изобретение № 2117318); рассчитать проектные параметры рациональных схем ГЦС в задачах отбора глубинного тепла (определение расстояние между подъемными и нагнетательными скважинами, определение сроков службы ГЦС и др.).

Практическая полезность работы. Научные разработки, включающие результаты теплофизических исследований в глубинных условиях земной коры способствуют повышению эффективности решения геолого-геофизических задач как фундаментального, так и прикладного аспекта. Изучение теплового режима земной коры, распределение теплофизических свойств горных пород, оценка глубинных температур и теплового потока позволяют более обоснованно подходить к постановке терморазведочных работ в изучаемом регионе, а также повысить качество интерпретации данных этих работ при решении важных хозяйственных задач, связанных с поиском, разведкой и разработкой месторождений полезных ископаемых (нефтегазовых, гидротермальных и др.); с расчетом режимов глубокого и сверхглубокого бурения скважин; с использованием геотермального тепла.

Реализация результатов работы. Научные разработки и результаты исследований теплофизических параметров для различных литологических комплексов в условиях лабораторных опытов, имитирующих пластовые температуры и давления, приняты к внедрению и реализуются в Институте геологии, Институте проблем геотермии ДНЦ РАН, ВНИПИгеотерм (ныне «НПЦ Подземгидроминерал») и др. Эти результаты использованы при построении теплофизических разрезов глубоких скважин Восточного Предкавказья и Дагестана для изучения глубинной структуры осадочного чехла, при геотермических исследованиях и интерпретации их результатов, поисках, разведки и выборе перспективных глубокозалегающих зон извлечения и использования углеводородов и высоко параметрического гидротермального тепла в народном хозяйстве, при расчетах геотермальных циркуляционных систем и проектировании систем теплоснабжения (в задачах извлечения теплового потенциала Мостовского, Каясулинского, Тарнаирского, Кизлярского, Избербашского и др. месторождений). Научно обоснованное техническое решение методико-аппаратурной части, внедрение которых вносит значительный вклад в развитии экономики страны, имеет самостоятельное практическое значение, поскольку успешно применяется не только при изучении теплофизических свойств горных пород в области высоких температур и давлений, но и для проведения измерений минералов, технических материалов и других веществ. Получены авторские свидетельства: на устройства измерения теплопроводности горных пород, на способ определения коэффициента теплопроводности веществ и патент на способ поиска и разведки месторождений флюидных полезных ископаемы. Разработанная установка прошла метрологическую аттестацию средств измерений. Стенд схемы установки для исследования теплопроводности горных пород экспонировался на выставке стран СЭВ по использованию возобновляемых источников энергии (Ашхабад, 1986) и на 4 Международной выставке «Наука. Научные приборы 2000» (Москва, 2000). На базе указанных разработок выполнен ряд хоздоговорных работ, оказана техническая помощь, проведены и проводятся в настоящее время совместные работы с научно-исследовательскими учреждениями, в частности:

- для объединенного Института физики Земли проведено изучение теплопроводности горных пород из Кольской сверхглубокой скважины;

- для «Полигона солнца» ИВТАН России осуществлено измерение теплофизических свойств осадочных пород Дагестана;

- для «НПЦ Подземгидроминерал» изучены теплофизические параметры флюидонасыщенных осадочных пород в пластовых Р,Т-условиях в процессе расчета проектных параметров рациональных схем ГЦС, включая породы из месторождений Камчатки.

Результаты измерений теплофизических свойств горных пород при высоких температурах и давлениях необходимы при решении различных задач геотермии. Они могут быть использованы заинтересованными  научно- исследовательскими организациями для изучения различных геолого-геофизических процессов в недрах Земли.

Апробация работы. Результаты по теме диссертации получены в ходе выполнения многолетних исследований, проведенных автором в лаборатории экспериментальной геотермии Института физики и Института проблем геотермии ДНЦ РАН в рамках научно-исследовательских бюджетных тем: 1) 3.1.14.1.4.1., выполнявшейся по заданию 02.07 (HID HIE, H2) общегосударственной проблемы 0.71.03. распоряжения Президиума АН СССР от 27.05.81 г № 10103-875; 2) тема инициативная 3.1.14.8.1.2. - «Исследование нерегулярности распределения глубинного теплового потока в земной коре (Юго-Запада Европейской части РСФСР)», выполнявшаяся в соответствии с Генеральным договором между Министерством геологии РСФСР и Дагестанским филиалом АН СССР на 1981-1985 г.г. Часть материалов диссертации была получена автором при разработке плановой тематики в «НПЦ Подемгидроминерал»: «Разработать рациональные технологические схемы ГЦС на месторождениях Краснодарского края и Чечено-Ингушской АССР 1983-1985 г.г., № Госрегистрации 01840038638 (шифр проблемы задания - 0.01.08.07.03. Т2). Последние годы исследования осуществлялись автором в Институте геологии ДНЦ РАН по разделам: Моделирование петрофизических условий в очагах тепла по теме: 15.1.1. и Современная геодинамика, движения и напряженное состояние земной коры, сейсмичность и сейсмический прогноз по теме: 6.3. Материалы исследования докладывались и получили положительную оценку на научных форумах: 5 и 6 Всесоюзные совещания по физическим свойствам горных пород при высоких термодинамических параметрах (Баку, 1978; Ташкент, 1981); Всесоюзная конф. «Народнохозяйственные и методические проблемы геотермии» (Махачкала, 1978); Всесоюзное совещание «Современное состояние методики и аппаратуры для геотермических исследований» (Свердловск, 1980); 2 Всесоюзная научно-техническая конф. по проблемам горной теплофизики (Ленинград, 1981; 7 Всесоюзная конф. по теплофизическим свойствам веществ (Ташкент, 1982); Международное совещание «Лабораторные исследования при высоких давлениях и их использование в промышленности» (Уппсала, 1981); Международный симпозиум социалистических стран по геотермическим исследованиям (Сухуми, 1985); семинар ВДНХ АН СССР, «Теплофизические измерения в подземных сооружениях» (Москва, 1986); научно-практическя конф. «Основные направления и опыт использования нетрадиционных источников энергии в народном хозяйстве (Душанбе, 1988); Международ. симпозиум проекта п-з КАПГ «Геофизические свойства вещества и внутреннее строение Земли» (Махачкала, 1990); Международ. симпозиум и выставка «Нетрадиционные источники углеводородного сырья и проблемы его освоения» (С-Петербург, 1992, 1997); 9-ая теплофизическая конф. СНГ (Махачкала, 1992); Международ. Симпозиум «Проблемы геофизики высоких давлений и температур», КАПГ-3 (Острава, 1991); Международ. конф. «Теплофизические свойства вещества на высоких давлениях и температурах» (София, 1994); Международ. симпозиум «Каспий-Балтика-95» «Проблемы рационального природопользования и обеспечения экологической и экономической безопасности Прикаспийского региона» (С-Петербург, 1995); Международ. конф. Каспий-95 «Каспийский регион: экономика, экология, минеральные ресурсы» (Москва, 1995); II Междунар. симпозиум «Мониторинг и прогнозирование чрезвычайных ситуаций МиПЧС» (Махачкала, 1997); Международ. конф., посвященной 275-летию РАН и 50-летию ДНЦ РАН (Махачкала, 1999); Международ. конф. «Фазовые переходы и нелинейные явления в конденсированных средах» (Махачкала, 2000); Международ. конф. «Тепловое поле Земли и методы его исследования» (Москва, 2002); Международ. Геофизической конф. (Москва, 2003); Азербайджанская Международ. Геофизическая конф. «Геофизические исследования геодинамической обстановки и нефтегазоносности больших глубин» (Баку, 2004); пятая конференции «Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле» (Москва, 2004); Международ. конф. «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, 2005).

По теме диссертации делались сообщения и доклады на научно-практических конференциях и семинарах Института физики, Института геологии, Института проблем геотермии Даг. ФАН СССР, «НПЦ Подемгидроминерал» в 1987-2006 гг. Стенд схемы установки для исследования теплопроводности горных пород экспонировался на выставке стран СЭВ по использованию возобновляемых источников энергии (Ашхабад, 1986) и на 4 Международной выставке «Наука. Научные приборы 2000», Москва, 2000 (за что Институт получил диплом первой степени). Разработанная установка, на которой выполнены исследования, защищена двумя авторскими свидетельствами (Способ определения и измерительное устройство) и прошла метрологическую аттестацию средств измерений. В 1994 г. участие на конкурсе Международ. научного фонда Сороса в области знаний науки о Земле, проект № 54623. В 2000 г. по итогам конкурса РФФИ выиграл грант в области знаний науки о Земле, инициативный проект № 00-05-64200.

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 16 научных работах, в том числе 1 монография, на 3 из них получено авторские свидетельства и патент. Всего по теме диссертации более 30 работ. В коллективных статьях автор данной работы принимал непосредственное участие.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка, включающего 219 наименований, и 2 приложения. Работа изложена на 279 листах машинописного текста, содержит 38 рисунков, 33 таблиц.

В процессе работы над диссертацией автору разнообразную помощь оказывали многие сотрудники Института геологии, проблем геотермии, физики Дагестанского НЦ РАН и ВНИПИгеотерм, НПО «Союзбургеотермия» (ныне НПЦ Подземгидроминерал).

Успешному проведению исследований способствовали консультации и ценные советы Х.И. Амирханова, В.В. Суетнова, Х.А. Гаирбекова, и др.

Улучшению работы содействовали замечания сделанные А.О. Глико, Г.И. Петруниным, Ю.А. Поповым, В.И. Кононовым, М.Д. Хуторским, Э.И. Пархоменко, А.С. Батырмурзаевым, М.Г. Алишаевым, П.И. Крамыниным, Ю.И. Султановым, С.А. Каспаровым, и др. Автор выражает глубокую благодарность всем вышеперечисленным лицам.

Предшествующим исследованиям теплофизических свойств горных пород в условиях различных изменениях температур и поровых давлений, в том числе при их совместном влиянии на образец, посвящена первая глава диссертационной работы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы и сформулированы цели работы; показаны задачи и направления исследования, методы исследования, достоверность и обоснованность результатов; показана научная новизна результатов исследования, практическая полезность работы, реализация результатов работы; обрисовано содержание ее основных частей.

Глава (. СОВРЕМЕННАЯ ИЗУЧЕННОСТЬ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ И ДАВЛЕНИЯХ

Первая глава посвящена обзору известных исследований о современном состоянии изученности теплофизических свойств горных пород насыщенных жидкими и газообразными флюидами в условиях различных температур, давлений и совместном их влиянии, патентный анализ и материалы, более подробно повествующие о том, что необходимо выполнить для решения поставленных задач и как это сделать более рационально.

загрузка...