Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 [ 53 ] 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78

Так, принимая для воды Ср = I ккал/кг • ° С, Уср = Ю кГ/см, {Г-Г) = 3 • 10-« град/см; р, = 2,1 • 10"* град-; а = = 3600 ккал/м . ч • °С = 10"* ккал/см • сек • °С; d = 10 см, получаем но расчетным формулам (X. 20) G = 81,5 см/сек и АТ = = 0,02° К. Средняя скорость восходящего потока, соответствующая этому расходу воды, равна w = i,04 см/сек 900 м/сутки. Как видно, скорость геотермических конвективных потоков в стволе скважины достигает значительных величин, что может внести определенные погрешности в измерения притока глубинными дебитомерами, особенно в малодебитных скважинах. Однако погрешности измерений геотермического градиента на участках, отдаленных от забоя и уровня воды в скважине, ограничиваются сотыми долями градуса. Более интенсивных тепловых эффектов вследствие геотермической циркуляции можно ожидать в стволах нефтяных и газовых скважин.

Расход циркуляционного потока в стволе скважины зависит, в нервом приближении, от диаметра скважины в четвертой степени, а перепад температур между восходящим и нисходящим потоками - в третьей степени. Поэтому в каналах больших размеров, например в кратерах аварийных скважин или вулканов, наблюдается весьма интенсивная геотермическая конвекция. В этом случае перепад температур между восходящим и нисходящим потоками возрастает, а температуры на забое кратера Т ж у поверхности Тп мало отличаются.

§ 3. ЦИРКУЛЯЦИЯ Самопроизвольное возникно-

В ЗАКРЫТОЙ ЗАЛЕЖИ вение конвективной циркуляции

в недрах земли - неизбежное следствие нестабильного состояния равновесия жидкостей и газов в геотермодинамических условиях. Случайная асимметрия теплового ноля, вызванная, например, флюктуационным характером теплового движения, дает начало конвективному движению, которое постепенно развивается но схеме обратной связи. Начальное смещение усиливает асимметрию теплового поля, асимметрия поля усиливает конвекцию и т. д. С течением времени образуется стационарный циркуляционный ноток, параметры которого в любой наблюдаемой точке системы не зависят от времени. Скорость циркуляции зависит прямо пропорционально от перепада температур между восходящим и нисходящим потоками и проницаемости коллектора.

Так, геотермодинамический напор циклической конвекции в газовой среде будет

Apycph. (Х.21)

Скорость фильтрации в пористой среде определяется законом Дарси

где к - проницаемость среды в 5; р - вязкость жидкости в спз-I - путь фильтрации в см.

Пусть I = 4й. Это означает, что горизонтальные и вертикальные участки циклического пути конвекции одинаковы. Тогда из (X. 21) и (X. 22) получим в первом приближении скорость циркуляции газа в пласте

Обычно в сводовой области залежи температура выше, чем на периферии. Поэтому восходящий конвективный поток концентрируется в центре залежи и замыкается через периферию. Возникновению именно такого направления циркуляции газа способствует вначале асимметрия теплового поля в залежи, возникающая благодаря анизотропной теплопроводности наклонно залегающих осадочных пород. Геотермическая циркуляция газа усиливает концентрацию теплового поля в сводовой части залежи. Свод нагревается интенсивнее, вследствие чего геотермический градиент лежащих выше пород увеличивается, а геотермический градиент в пределах газоносного интервала понижается. Установившиеся перепады температур между ветками циркуляционного потока достигают значительных размеров. По фактическим данным (Шебелинское газовое месторождение) эти перепады температур достигают значений от 6 до 9° С. При таких перепадах температур, проницаемости коллектора к = 0,006 д, вязкости газа р = 0,015 спз и Уср = 0,2 х X 10" кГ/см получим по формуле (X. 3) значение скорости фильтрации W = 0,6 • 10" м/сек = 20 м/год. Принимая длину пути замкнутой конвекции равной 4 км при высоте этажа нефтеносности 1 км, заметим, что полный цикл совершается в течение примерно 200 .п£т.

Таким образом, за геологический период существования залежи ее содержимое совершает тысячи полных циклов конвективного перемешивания, вследствие чего состав газа во всей залежи становится исключительно однородным без ощутимых следов гравитационной сегрегации. Если залежь расчленяется на изолированные блоки, то в каждом блоке возникает независимый замкнутый конвективный поток, что нетрудно обнаружить на карте температурных изолиний на площади среднего горизонтального среза ловушки.

§ 4. ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ Объяснение многих тектони-

МАГМАТИЧЕСКИХ ОЧАГОВ ческих процессов, происходящих в земной коре, значительно облегчается предположением о существовании подкоровых течений. Основной причиной таких течений считается гипотетическая асимметрия теплового поля Земли, т. е. существование более и менее нагретых областей, а следовательно, наличие горизонтальной составляющей градиента температур. Однако измерения те-

плового потока земной коры в мировом масштабе не подтверждают этой гипотезы. Горизонтальные составляющие тепловых потоков оказались ничтожно малыми и вряд ли могут быть основной причиной ощутимого течения чрезвычайно вязких магматических масс. Таким образом, возможность подкоровых течений, но существу, ничем не доказана.

С другой стороны, геотектонические процессы объясняются просто предположением о фазовых превращениях в верхней мантии, связанных с изменениями объемов вещества. Фазовые превращения протекают в определенных термодинамических условиях с выделением или поглощением тепла. Это приводит к нарушению этих условий-к затуханию процесса. Поэтому для поддержания процесса фазовых превращений в больших масштабах требуется постоянно действующий источник, восстанавливающий необходимые для заданной реакции температуры и давления. Наличие такого источника также не доказано.

Подкоровые течения и фазовые превращения в мантии объясняются просто условиями нестабильного механического равновесия вещества в недрах земли. Вследствие нестабильного состояния гидростатического равновесия в геотермодинамических условиях в мантии зарождаются подкоровые течения, которые постепенно развиваются в стационарные циркуляционные тенлоконвективные потоки. Вполне очевидно, что ввиду очень высокой вязкости среды такая циркуляция совершается чрезвычайно медленно. Вместе с тем циркуляция усиливает в значительной мере асимметрию земного теплового поля, поэтому изучение характера этого поля по всей планете может помочь объяснить геометрию подкоровых течений.

Здесь ограничиваемся рассмотрением частного случая - изучением деятельности расплавленных магматических очагов. Наличие таких очагов в земной коре и верхней мантии подверждается вулканической деятельностью. Объемы магматических очагов, как указывает А. Ритман в книге «Вулканы и их деятельность», измеряются тысячами и сотнями тысяч кубических километров. Так, объем очага вулкана Этны оценивают в 3000 км. Объем очага вулкана Мануа-Лоа оценивается но меньшей мере в 200000 кж*. А. Ритман считает, что «такой гигантский очаг едва ли мыслим внутри симати-ческой земной коры Тихого океана. Позтому мы должны заключить, что Мануа-Лоа питается непосредственно из подкоровой магматической зоны ...». Весьма вероятно наличие закрытых (без выхода на поверхность) крупных расплавов на больших глубинах, но крайней мере, до глубин расположения самых глубоких эпицентров землетрясений - до 700 км.

Ввиду больших размеров магматических очагов конвективная циркуляция, возникающая в них в результате нестабильности гидростатического равновесия, стремительно развивается и приводит, с одной стороны, к существенному выравниванию температур по вертикали, а с другой стороны, - к значительной дифференциации температурного ноля в горизонтальной плоскости. Температура