|
для флюида 67 77С1А-^-уУ7; =т1ЛУ2Т1 х(Тг -Т2У, (2.33) для скелета породы г)Т (\-г1)с2р2-^= (\-г1)Я2у2т2+х(т1 -ту. (2.34) Анализ механизма распространения акустических волн в насыщенных пористых средах [4, 5] свидетельствует о том, что процесс распространения звука сопровождается рядом термодинамических и гидродинамических явлений. Известно, что теплоперенос в насыщенных пористых средах может осуществляться одновременно следующим образом: а) кондуктивной теплопередачей от частицы к частице через контакты между ними; б) молекулярной теплопередачей от частицы к частице через насыщающий флюид (жидкость, газ); в) конвективной теплопередачей через насыщающую среду и г) лучистым теплообменом. Причем, как правило, лучистым теплообменом в пористой среде можно пренебречь. В пределах рассматриваемых частот 1-200 кГц и интенсивностей < 0,2 Вт/см акустическое поле не может влиять на кондуктивную или молекулярную теплопередачу, но может вызывать дополнительную конвективную теплопередачу. Поэтому с позиций механики сплошных сред эффект интенсификации теплообмена можно объяснить увеличением эффективной теплопроводности пористых сред под действием акустического поля, вызывающего гидродинамические эффекты, такие как 1) периодическое «выжимание» флюида из пор, 2) направленная фильтрация флюида в порах градиентом акустического давления («звуковым ветром»), 3) внутрипоровая и межпоровая турбулизация. В работе [43] дана оценка времени выравнивания температур твердой и жидкой фаз при нагреве пористой среды: |
67 воздействия в условиях глубоких скважин. В результате специальных экспериментов установлена зависимость величины термоакустического эффекта от угла между направлениями распространения акустического и теплового полей. Опыты проводились для оценки влияния на теплопереиос направленного массопереноса флюида, возникающего в сильном акустическом поле. Средний эффект прироста температуры наблюдается у песка, насыщенного трансформаторным маслом, теплосодержание которого в 10 раз превосходит теплосодержание воздуха и в 5 раз меньше теплосодержания воды. В водонасыщенном песке эффект термоакустического воздействия имеет больший радиус действия. Гетерогенная среда по теплофизическим параметрам аналогична однородной среде с соответствующими эффективными теплофизическими параметрами в случае, когда термическое состояние гетерогенной среды близко к установившемуся. В общем случае необходимо рассматривать процесс распространения тепла, связанный с теплопроводностью по каждой из фаз отдельно, учитывая теплообмен между фазами. Если в системе уравнений тепломассопереноса пренебречь диффузионными капиллярными эффектами и фазовыми переходами, то процесс распространения тепла и массы в коллекторе: для флюида ’С,а5'“57Г' -У; (2.33) для скелета породы гшч ( 1 П)С,Р 1 ^ = ( 1 + Х(Т, -т,).(2.34) С1 Анализ механизма распространения акустических волн в насыщенных пористых средах [106, 107] свидетельствует о том, что процесс распространения звука сопровождается рядом термодинамических и гидродинамических явлений. Известно, что теплоперенос в насыщенных пористых средах может 68 осуществляться одновременно следующим образом: а) кондуктивной теплопередачей от частицы к частице через контакты между ними; б) молекулярной теплопередачей от частицы к частице через насыщающий флюид (жидкость, газ); в) конвективной теплопередачей через насыщающую среду и г) лучистым теплообменом. Причем, как правило, лучистым теплообменом в пористой среде можно пренебречь. В пределах рассматриваемых частот 1-200 кГц и интенсивностей -у менее 0,2 В г/см акустическое поле не может влиять на кондуктивную или молекулярную теплопередачу, но может вызывать дополнительную конвективную теплопередачу. Поэтому с позиций механики сплошных сред эффект интенсификации теплообмена можно объяснить увеличением эффективной теплопроводности пористых сред под действием акустического поля, вызывающего гидродинамические эффекты, такие как 1) периодическое «выжимание» флюида из пор, 2) направленная фильтрация флюида в порах градиентом акустического давления («звуковым ветром»), 3) внутрипоровая и межпоровая турбулизация. В работе [28] дана оценка времени выравнивания температур твердой и жидкой фаз при нагреве пористой среды: 7](\-Ц)р]С]р2С2 х[прА +{\-г])р2С2\ что для насыщенного нефтью песчаника составляет тп -10'1 -10'3 с. При частоте акустического поля со>10 кГц тп много больше периода колебаний. Высокочастотное акустическое поле за время тп вызывает многократную внутрипоровую турбулизацию, которая, уменьшая время выравнивания температур фаз, т. е. увеличивая теплообмен между фазами пористой среды, интенсифицирует теплопередачу. Согласно классической теории турбулентного движения, коэффициент турбулентной теплопроводности имеет вид: |