ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Моделирование в петрофизике из "Моделирование в петрофизике " Мысленный эксперимент в петрофизике в принципе может быть использован безгранично, но в то же время его применение определяется данным уровнем теоретических и экспериментальных знаний о горных породах. Сфера применения мысленного эксперимента в петрофизике благодаря идеализации и абстрагированию намного шире сферы применения материального эксперимента как при изучении пространственного, так и временного существования горных пород. [c.33] Поскольку горная порода рассматривается нами как физикохимическая термодинамическая гетерогенная система, мысленное моделирование в петрофизике должно полностью базироваться на теории систем. Сущность теории систем, как известно, заключается I) в выявлении основных характерных свойств объектов, входящих в состав системы 2) в определении соотношений между отдельными характеристиками объектов 3) в представлении степени взаимодействия между различными объектами 4) в сос1авлении полной совокупности соотношений между характеристиками системы 5) в составлении уравнений связи между характеристиками, изменяемыми экспериментатором. [c.33] При моделировании горная порода в качестве системы долл -на характеризоваться следующими признаками 1) назначением компонентов и фаз, т. е. их ролью в различных физикохимических процессах в горной породе 2) геометрическими особенностями компонентов и фаз всей системы в целом 3) состоянием внутренней структуры породы — характером пространственного (распределения компонентов и фаз 4) физикохимическими особенностями компонентов — минеральным составом, количественными характеристиками сред. [c.33] Горную породу при моделировании следует рассматривать как систему с распределенными параметрами, состояние которой определяется функциями нескольких переменных, зависящих от времени и пространственных координат. [c.34] К таким функциям относятся скалярные, векторные и тензорные поля различной физической природы — электромагнитные, тепловые, концентрационные, радиоактивные, упругих скоростей и др. Математически системы с распределенными параметрами описываются с помощью дифференциальных уравнений в частных производных с определенными краевыми условиями. [c.34] Конечная цель, стоящая перед исследователями петрофизических моделей, заключается в вычислении макроскопических параметров системы — пористости, глинистости, проницаемости, нефтегазонасыщения, нефтеотдачи и др. на основе данных о строении, физико-химических свойствах и взаимодействии составляющих ее компонентов. [c.34] При научном исследовании идеальные модели могут выполнять различные функции интерпретационные, предсказательные, критериальные, вычислительные, классификационные и др. Интерпретационная функция петрофизической модели состоит в том, что она позволяет расщифровать геофизические аномалии, которые мы получаем от различных геологических объектов, т. е. с помощью моделей можно рещать обратные задачи. Предсказательная функция петрофизической модели заключается в выявлении неизвестных свойств моделируемого объекта, установлении новых закономерностей и соотношений между вещественным составом, структурой и физическими характеристиками породы. Критериальная функция петрофизической модели служит для проверки истинности знаний об изучаемой горной породе путем сравнения расчетных и экспериментальных данных. Вычислительная функция петрофизической модели аре-дусматривает проведение расчетов искомых параметров в зависимости от различных физических характеристик по полученным уравнениям. Классификационная функция петрофизической модели предполагает создание классификаций горных пород и их моделей на основе тех или иных признаков и выявление существования неизвестных природных объектов. [c.35] Для многочисленных моделей горных пород, построенных по различным принципам, в литературе нет строгой классификации. Выше дано определение горной породы как гетерогенной физико-химической термодинамической системы, поэтому одна из возможных классификаций моделей и пород может быть основана на законах термодинамики. [c.36] Любая физико-химическая система характеризуется определенным состоянием и числом независимых параметров. Реальные горные породы в природных и атмосферных условиях в общем случае находятся в неравновесном состоянии. Однако в какой-то момент времени горную породу в природном состоянии можно представить как закрытую систему Следовательно, идеальные модели горных пород можно рассматрирать как равновесные закрытые системы. Это означает, что температура, давление и химические потенциалы во всех фазах такой системы одинаковы, а обьемы всех фаз постоянны. Другую часть идеальных моделей горных пород можно представить как частично открытую систему, способную обмениваться с окружающей средой лишь некоторыми компонентами. Такая система может быть заключена в мягкую или жесткую полупроницаемую оболочку. Третью часть идеальных моделей горных пород можно рассматривать как закрытую систему в жесткой адиабатической оболочке. Эта система считается полностью изолированной от окружающей среды и не способна обмениваться с нею компонентами. [c.36] Выражение (51) показывает, какое число параметров состояния можно произвольно менять при равновесии системы, не изменяя числа фаз в ней. Величина / положительна или равна нулю, т. е. / 0. Из формулы (51) также следует, что с увеличением числа фаз в системе f уменьшается, т. е. число свободно изменяющихся параметров убывает и появляется возможность изменения состояния системы с сохранением равновесия и числа равновесных фаз. [c.37] Русановым предложены более общие выражения для вариантности / и полной вариантности Р в случае многофазных многокомпонентных открытых, закрытых и изолированных систем, имеющих плоские и искривленные межфазовые поверхности раздела, прямолинейные и криволинейные межфазовые границы. [c.37] Если на поверхностях имеются только криволинейные границы раздела, то ро = 0 и у — 0 при отсутствии поверхностных фаз (все поверхности однофазны) ро = 0 и у = 0, т. е. в обоих случаях ро—г/ = 0. Если объемные фазы разделены плоскими поверхностями, то г=1 и к = ко если объемные фазы разделены только криволинейными поверхностями, то г=0 и ко=0. [c.37] Из (54) и (55) следует, что полная вариантность закрытых систем не зависит от числа компонентов. [c.37] Условимся считать фазы отдельно для скелета (одна твердая фаза), пластовой воды (жидкая, твердая, парообразная) и углеводородов (газообразная, жидкая и твердая фазы). [c.39] Поскольку вариантность системы всегда больше нуля, либо в равновесии равна нулю, то согласно (63) максимальное число фаз в однокомпонентной инвариантной системе будет равно трем (й = 3). Рассмотрим возможные случаи однокомпонентных моделей горных пород. [c.39] Двухфазная система. Поверхностная фаза отсутствует (р = г= 1), у = 0, ро=0, + р 2. [c.40] Примерами однокомпонентных двухфазных горных пород могут служить лед — пар, лед — вода, вода — пар, газ — гидрат газа и др. [c.40] Трехфазная система. Поверхностная фаза отсутствует (р = 1= ), ро = 0, г/ = 0, к+р 2, поверхность раздела между фазами плоская (й = йо=3), 2=1. Согласно формулам (54) и (55) / = 0, Р = 2, т. е. система инвариантна. Равновесие трех фаз возможно лишь при определенной паре значений давления и температуры. [c.40] Примерами однокомпонентных трехфазных систем могут служить химически однородные вещества, находящиеся в трех агрегатных состояниях, например лед — вода — пар, газ — сжиженный газ — гидрат газа, сера ромбическая — сера моноклинная— сера жидкая. На диаграммах зависимости давления от температуры, отображающих сосуществование трех фаз, такое состояние системы отмечается точкой это так называемая тройная точка. [c.40] Вернуться к основной статье