Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Теплофизические свойства любого вещества связаны между со­бой следующим соотношением: •

Я = аср, (11.47)

где Я — коэффициент теплопроводности; а—коэффициент темпе­ратуропроводности; с — удельная теплоемкость; р — плотность.

Коэффициент Я выражает то количество тепла в джоулях, ко­торое проходит в течение 1 с через стенку толщиной 1 м и площа­дью 1 м2 при разности температур на поверхностях стенки, рав­ной 1 °С.

Удельная теплоемкость с вещества представляет собой то коли­чество тепла Q, которое необходимо для нагревания единицы ко­личества вещества т на 1 °С. Из определения имеем

с = Q/mAt. (11.48)

Коэффициент температуропроводности а характеризует собой скорость изменения температуры единицы объема среды, т. е. из­менение ее температуры за единицу времени. Из (II.47) имеем

, а = Я/ср, (11.49)

Первые данные о теплоемкости нормальных глинистых раство­ров появились в 1944 г. благодаря исследованиям Н. И. Шацова с сотрудниками. А удельную теплоемкость химически обработанный и утяжеленных глинистых растворов удалось определить только лишь в 1963 г. применительно к условиям промыслов Азербайджа­на (рие. 3). Из рис. 3 видно, что величина удельной теплоемкости глинистых растворов с увеличением плоФности уменьшается и

находится в пределах от 0,88 до 0,40 ккал/(кг-°С) или от 3,68-103 до 1,67-103 Дж/(кг-°С) в СИ. Это объясняется тем, что глина, благодаря своей достаточно низкой теплоемкости (около 0,22 ккал/(кг-°С), или примерно 0,92-103 Дж/(кг-°С)), как бы занижает удельную теплоемкость воды (1 ккал/(кг-°С = 4,19Х ХЮ3 Дж/(кг-°С)), являющейся составной частью нормальных растворов.

03

0.7

0,5

0.3 х —

0,3 1,0

1,2

,ккап^<г% а-10,^пг/% Л, ккал/м-ч1С)

				Хх X л
•4	■Ср	<7ч X • •	X*	✓ X <
		^ X		Я.
	.

0,9

в,7

0,5

1Л

1,6 1,0 у, г/см:

Рис. 3. Зависимость теплофизических свойств (удельная теплоемкость ср; теплопроводность К, температуропроводность а) от плотности глинистых растворов

Сопоставление показало, что зависимости c=f(у) для раство­ров, взятых из скважин и приготовленных в лабораторных усло­виях, полностью совпадают, несмотря на различие других их па­раметров. Иначе говоря, величина удельной теплоемкости явно зависит лишь от удельного веса раствора и не зависит от таких параметров, как водоотдача, условная вязкость, статическое на­пряжение сдвига, хотя изменение самих этих параметров от плот­ности прослеживается довольно заметно. ,

Аналитическое выражение полученной кривой хорошо описыва­ется (при условии, что у в г/см3) эмпирической формулой

— с = [0,334 + 0,6745y~3’3] 4,19-Ю3 Дж/(кг •°Q. (11.50

Однако с достаточной для практики точностью всю кривую можно разбить на четыре прямолинейных участка и для каждого из них зависимость с=/(у) определять по формулам, указанным в табл. 1.

В дальнейшем экспериментальным определением удельной теп­лоемкости глинистых растворов занимались Р. С. Лернер и

Э. Г. Кистер. Они фактически подтвердили выводы предшествую­щих исследований и, кроме того, пришли к выводу, что теплоем­кость глинистых растворов подчиняется правилу аддитивности. .

Номер участка	Интервал значений г/см*	Вид формулы
1	1—1,15	с = [1—1,6(7— 1,0)} 4,19-103 Дж/(КГ.°С) Ц,
2	1,15—1,33	с = [0,76—1,21 (7—1,15)]-4,19-10* Дж/(кг-°С)
3	1,33—1,44	с = [0,60—0,636(7—1,33)]-4,19-10» Дж/(кг-°С)
4	1,44—2	с = [0,53—0,23 (7— 1,44]-4,19* 10* Дж/(кг-°С)

Поисковые исследования, выполненные в лаборатории термогид­равлики скважин ИПГНГМ АН АзССР, показали, что при опре­делении температуропроводности глинистых растворов наиболее целесообразно использовать акалориметры, принцип работы кото­рых основан на первом методе регулярного режима, разработан­ного в трудах Г. М. Кондратьева. Разработка конструкции акало — риметра с учетом особенностей работы на глинистых растворах так же, как и проведение всей серии опытов, была выполнена Г. Г. Габузовым.

Определению коэффициента температуропроводности подверга­лись 11 утяжеленных растворов, обработанных 10 %-ным раство­ром УЩР и утяжеленных гема^-итом. .

По данным опытов был построен график (рис. 3), согласно ко­торому коэффициент температуропроводности линейно возрастает по мере увеличения плотности раствора и для утяжеленных гли­нистых растворов с плотностью от 1,45 до 2 г/см3 может быть вычислен по формуле

• . •

а =.[0,00066-*- 0,000582(у — 1,45)]2,78-10-*ма/с. (1151)

Как и удельная теплоемкость, коэффициент температуропровод­ности раствора явно зависит лишь от его плотности.

Располагая экспериментальными данными по определению удельной теплоемкости с й коэффициента температуропроводно­сти а, можно легко вычислить коэффициент теплопроводности утя­желенных глинистых растворов по формуле (II.47).

Из обобщенного графика на рис. 3 видно, что коэффициент теп­лопроводности увеличивается при возрастании плотности глини­стого раствора и может быть определен по следующей формуле:

Я = [0,51+ 0,49(7 —1,45)] 1,16 Вт/(м.°С). (11.52)

Интересно отметить, что А. Н. Щербань и В. П. Черняк [69] экспериментально доказали возможность применения в случае оп­ределения теплопроводности глинистых растворов закона аддитив­ности. ‘

Комментарии запрещены.