Analiza wpływu zwilżalności ośrodka skalnego na parametry termiczne na podstawie profilowań geofizycznych i danych laboratoryjnych

Abstract

Celem prowadzonych badań była analiza i oszacowanie wpływu systemu zwilżalności ośrodka skalnego na jego parametry termiczne. W zależności od temperatury, składu mineralnego, porowatości i nasycenia wodą skałę charakteryzuje określona przewodność cieplna. Jednak nie tylko ilość wody w formacji wpływa na przewodność cieplną. Ważne jest także rozmieszczenie wody w skale, które w znacznym stopniu determinowane jest przez zwilżalność. Woda w skałach wodozwilżalnych pokrywa ziarna i tworzy tzw. film wodny na powierzchni minerałów, wypełnia także małe pory skały, tworząc strugi, ścieżki perkolacji dla migracji fazy przewodzącej ciepło (wody), ale też przewodzącej prąd elektryczny. W skałach hydrofobowych film wodny na powierzchni ziaren mineralnych jest nieciągły lub w ogóle go brak, gdyż większa część powierzchni skały pokryta jest ropą, natomiast woda w większości wypełnia centralną część porów o dużych średnicach. W pracy wykazano, że istnieje zależność pomiędzy systemem zwilżalności skały a przewodnością termiczną oraz przeprowadzono modelowanie ilościowe. Analizowano dane literaturowe z badań na hydrofilowych i hydrofobowych próbkach piasku przy różnym stopniu nasycenia wodą. Obserwacja eksperymentu prowadzącego do zmiany charakteru zwilżalności skały z hydrofilowej na hydrofobową na drodze powleczenia ziaren piasku polimerem zainspirowała autorów niniejszej pracy do zaproponowania dwóch równań przedstawiających zależność przewodności termicznej (λ) od współczynnika nasycenia wodą (Sw) dla skał wodozwilżalnych i skał ropozwilżalnych. W skałach wodozwilżalnych zaobserwowano wykładniczy wzrost przewodności cieplnej wraz ze wzrostem współczynnika nasycenia wodą, natomiast w skałach ropozwilżalnych zależność λ od Sw przedstawiono przy wykorzystaniu funkcji logistycznej. W ramach testowania modeli wykonano serię obliczeń dla czterech hipotetycznych skał klastycznych i czterech skał węglanowych. Przeprowadzono analizę wyników i obliczono przewodność termiczną w rzeczywistym ośrodku skalnym, wykształconym w postaci piaszczysto-ilastych utworów paleozoicznych, dla którego istniały opracowane wcześniej przez autorów wyniki interpretacji parametrów litologiczno-złożowych. Jednym z takich parametrów była obliczona i skalibrowana z wynikami badań laboratoryjnych krzywa zwilżalności. Stanowiła ona podstawę do podziału interpretowanego interwału na strefy wodozwilżane i ropozwilżalne. Ostatecznym wynikiem pracy jest estymacja zakresów zmienności przewodności cieplnej analizowanych skał w funkcji zwilżalności oraz parametrów petrofizycznych (zailenie Vcl, porowatość efektywna PHI, współczynnik nasycenia wodą Sw).