Твердая фаза - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород
Коэффициент теплопроводности зависит от минерального состава, формы, размеров и пространственных ориентации кристаллов или зерен, а также температуры и давления.
Различают 2 типа теплопроводности:
- 1) электронная - за счет кинетической энергии при столкновении электронов характерна для токопроводящих сред - проводников и полупроводников; 2) фононная - особый вид упругих колебаний частиц кристаллической решетки (квазичастицы называются фононами, по аналогии с фотонами электромагнитного поля).
Коэффициент теплопроводности минералов изменяется в пределах 0,3 (сера) 420 (серебро) Вт/(м-К). У некоторых угольных минералов составляет 0,15 Вт/(мК), а у самородных металлов порядка 100 Вт/(мК). Для последних прослеживается тесная связь с электропроводностью (э) (рис. 95).
Рис. 95. Взаимозависимость тепло - и электропроводности у самородных металлов
Сравнительно большие для графита, алмаза, кварца за счет небольших дефектов в кристаллической решетке.
Коэффициент теплопроводности минералов уменьшается с увеличением межатомного расстояния, а следовательно, с уменьшением. Однако тесная связь отсутствует. Кроме того, уменьшается при увеличении дефектов кристаллической структуры минералов.
Примерный ряд убывания для минералов:
Группы минералов, Вт/мК
Графит, алмаз 120
Сульфиды 20
Оксиды 10
Хлориды 6
Карбонаты 4
Силикаты 4
Сульфаты 3,5
Нитраты 2
Сера, селен 0,8
Теплоемкость С минералов изменяется в пределах 0,1252-4 кДж/(кгК). Параметр С зависит от химического состава и структуры. Так как также определяется составом и структурой, то наблюдается тесная связь С и (рис.96).
Рис. 96. Взаимозависимость показателей С и у минералов
Теплоемкость С возрастает в ряду:
Самородные минералы
Сульфиды
Оксиды
Сульфаты
Карбонаты
Силикаты
Общая тенденция изменения теплофизических характеристик твердой фазы следующая (рис. 97):
Рис. 97. Тенденция изменения теплофизических характеристик минералов
Жидкая фаза
В условиях жидкой фазы коэффициент теплопроводности пропорционален удельной теплоемкости Сm, плотности, среднему молекулярному расстоянию L и скорости перемещения молекул от горячего слоя к менее нагретому:
.
Для воды и нефти основные показатели и Сm составляют:
Вода 0,6 Вт/(мМК), Сm 4000 Дж/(кгМК);
Нефть 0,14 Вт/(мМК), Сm 2000 Дж/(кгМК).
На рис. 98 приведены зависимости теплопроводности и теплоемкости воды от температуры.
Рис. 98. Зависимость теплопроводности и теплоемкости воды от температуры и давления (по В. С.Чиркину). Шифр кривых - Р10-5 Па
Как следует из рис. 98, уменьшение теплопроводности воды начинается примерно после 420 К. Это связано с уменьшением притяжения между молекулами жидкости. Теплоемкость воды уменьшается с ростом давления. Присутствие нефти в породах снижает их теплопроводность, поскольку коэффициент теплопроводности равен 0,13-0,14 Вт/(мК).
Газовая фаза
Средние показатели и Сm следующие:
Воздух 0,24 Вт/(мК), Сm 1000 Дж/(кгК);
Газ (метан, этан) 0,30 Вт/(мК), Сm 3000 Дж/(кгК).
Теплопроводность можно оценить по формуле
Где s и r - средние коэффициенты теплопроводности, зависящие от теплопроводности, составляющих смеси, i и их молярных долей хi,
.
Для нормальных термодинамических условий, то есть при
Р = 0,1 мПа и Т = 0
Возд = 0,2441 Вт/(мК);
Метана = 0,34 Вт/(мК);
Этана = 0,21 Вт/(мМК).
С ростом температуры Т и давления Р возрастает. Например, при Т = 20 и изменении Р от 0,1 до 40 мПа, возд увеличивается в 2 раза.
Удельная теплоемкость Сm воздуха и природных газов увеличиваются с ростом температуры Т и давления Р. При этом, поскольку Сm воздуха значительно больше Сm газов, то поэтому зависимость этого показателя для последних выражена ярче.
Зависимость показателей и Сm воздуха от температуры при различном давлении показана на рис. 99.
Рис. 99. Зависимость теплопроводности и теплоемкости воздуха от температуры и давления(по В. С.Чиркину). Шифр кривых - Р10-5 Па
Похожие статьи
-
Упругие свойства - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород
Упругость - свойство веществ сопротивляться воздействию механических напряжений. Если не превышен предел упругости - деформации обратимы, т. е....
-
Самые высокие сж и р у пород, содержащих большое количество кварца (диориты, кварциты), а более низкие значения у дунитов, поскольку они...
-
Теплофизические свойства - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород
Теплофизические свойства горных пород являются показателями теплового поля Земли, формирование которого обусловлено тремя основными источниками: А)...
-
Прочностные свойства - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород
Прочностные свойства горных пород не относятся к показателям, которые создают геофизические поля. В то же время эти свойства характеризуют крепость...
-
Электрические свойства - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород
Электрические свойства - это физические свойства, характеризующиеся способностью природных объектов создавать и распространять электромагнитные поля. Под...
-
Магнитные свойства - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород
Магнетизм - особая форма взаимодействия между движущимися электрически заряженными частицами. Он присущ горным породам, так как они имеют способность...
-
Нейтронные свойства - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород
Нейтроны представляют собой электронейтральные частицы. Их свойство - беспрепятственно проникать в ядра веществ. Происходит упругое и неупругое...
-
Осадочные породы - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород
Характеристику диэлектрической проницаемости е осадочных пород целесообразно первоначально рассмотреть на примере мономинеральной водонасыщенной породы,...
-
Измеряется только Jп, так как система в плоскости меридиана. Определяется составляющая момента, перпендикулярная к плоскости меридиана. Индуктивная...
-
Жидкая фаза - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород
Вода и нефть - диамагнитны. Воды =0,9Ч10-5 ед. СИ; нефти= - 1,04Ч10-5 ед. СИ. Минерализация вод практически не влияет на, так как соли диамагнитны....
-
Метаморфические породы - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород
У метаморфических пород величина е определяется в основном пористостью kп при условии отсутствия или низкого содержания минералов-проводников. В то же...
-
Крепость горных пород - характеристика сопротивляемости пород их добыванию - технологическому разрушению. Это понятие крепости введено профессором М. М....
-
Общие сведения о горных породах - Построение паспорта прочности горной породы
Горные породы - это природные агрегаты одного или нескольких минералов, образующие самостоятельные геологические тела По происхождению горные породы...
-
В качестве исходных данных для статистического анализа взяты ежегодные цены на нефть Urals c 1999 по 2007года в России (см. таблицу №1). Источник:...
-
Основные показатели разработки Заводнение нефтяных месторождений применяют с целью вытеснения нефти водой из пластов и поддержания при этом пластового...
-
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ БУРЕНИИ - Бурение нефтяных и газовых скважин
Основной вид деформации, под действием которой породы в процессе бурения разрушаются, -- вдавливание. Рассмотрим явления, происходящие в породе при...
-
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГОРНЫХ ПОРОДАХ Земная кора сложена главным образом изверженными и метаморфическими горными породами, на которых прерывистым покровом...
-
Структуры магматических горных пород - Магматические горные породы и принципы классификации
Под Структурой Магматических пород понимают величину и форму минеральных зерен или кристаллов, если они имеются, и особенности их расположения в породе....
-
Механизм зарождения магмы - Магматические горные породы и принципы классификации
Магматический расплав образуется путем плавления локальных участков мантии или земной коры. Большинство очагов плавления располагается на относительно...
-
Понятия и основные показатели состава и структуры населения Статистика состава человеческого общества является важнейшим разделом статистики населения,...
-
Как объект горных разработок горные породы характеризуются различными технологическими свойствами - Крепостью, абразивностью, твердостью, буримостью,...
-
Сосна обыкновенная PinussylvestrisL. Географический ареал сосны простирается по всему бореальному поясу лесов Евразии. Сосна малотребовательна к теплу,...
-
Горные породы: Известняк, песчаник, гнейс - Почвоведение и инженерная геология
Известняк -- осадочная горная порода органического (биогенного), реже хемогенного происхождения, состоящая преимущественно из карбоната кальция,...
-
Классификации магматических горных пород - Магматические горные породы и принципы классификации
Магматические горные породы классифицируются, исходя из фациальной принадлежности, химического состава, минералогического состава, структурных...
-
Краткая характеристика основных технико-экономических показателей НГДУ "Чекмагушнефть" Основные месторождения, разрабатываемые НГДУ "Чекмагушнефть",...
-
Определение буримости и взрываемости горной породы - Построение паспорта прочности горной породы
Буримость принято оценивать по длине шпура или скважины, пробуренной в исследуемой породе за 1 мин. чистого времени бурения в стандартных условиях, или,...
-
Электроимпульсное разрушение горных пород
При дроблении горных пород важное значение имеет проблема их избирательного разрушения. Это связано с тем, что традиционные механические методы...
-
В случае контактового метаморфизма происходят изменения вмещающих горных пород, обусловленные тепловым и химическим воздействием на них интрузивных...
-
ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Рис.1. Схема скважин Скважиной называется цилиндрическая горная выработка, сооружаемая без доступа в нее человека и...
-
Рассчитаем аналитические и средние показатели динамики в таблице №3. Таблица №3 Расчет аналитических показателей динамики цены на нефть Urals Дата Цена...
-
Показатели разработки - Основы добычи нефти и газа
Для характеристики процесса извлечения нефти из недр применяют показатели, определяющие во времени как интенсивность, так и степень извлечения нефти,...
-
Комплексный показатель неоднородности отражает расчлененность и глинистость пласта, а, следовательно, и коллекторские свойства (пористость, проницаемость...
-
Методы подсчета запасов газа - Разработка месторождения
В связи с тем, что условия залегания и разработка газовых месторождений и месторождений нефти с газовой шапкой и растворенным в нефти газом различны, для...
-
В горных породах обычно содержится некоторое, хотя бы самое ничтожное, количество радиоактивных элементов, таких как уран, торий, радий, калий или их...
-
Первый предполагает переменное давление и наличие буферного объема газа, второй основан на вытеснении газа рассолом при извлечении газа и рассола газом...
-
На территории Российской Федерации находятся три крупных нефтяные базы: Западно-Сибирская, Волго-Уральская и Тимано-Печорская. Основная из них -...
-
Основные показатели разработки месторождения - Разработка месторождения
При реализации базового варианта 1 прогнозируемая накопленная добыча нефти на конец разработки составит 150,2 Млн. т. Вариант 1 не обеспечивает...
-
ФОРМЫ ЗАЛЕГАНИЯ ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД - Геология земной коры
Характерный признак осадочных горных пород -- их слоистость, т. е. свойство располагаться параллельными или почти параллельными слоями, отличающимися...
-
Оценка степени закарстованности горных пород - Особенности карста
Степень закарстованности горных пород - скважность по Ф. П. Саваренскому (1934г.), образовавшаяся в результате развития карста и характеризующая...
-
Расчет структуры себестоимости 1 тонны угля сводим таблицу. Структура себестоимости определяется по формуле: (5.49) Таблица 5.9 - Расчет структуры...
Твердая фаза - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород