油气和地热公司使用的岩石热导率模型被证明不可靠

Skoltech 的研究人员利用他们在岩石建模方面的独特实验数据和专业知识来测试通常用于石油、天然气和地热领域的搜索、勘探和开发以及放射性废物处理的岩石热导率理论模型。该研究描述了一种显着改进模型的方法，发表在地热学杂志上。

岩石由于其不同的成分和结构(结构特征)而难以研究和建模，这反映了它们数百万年的形成条件。与工业材料相比，它们的特性更难研究，因为岩石是异质的，并且在自然界中具有独特的结构。由于实验室实验用的岩石样本短缺，情况变得更加复杂，因此科学家不得不使用在很大程度上过度简化岩石结构和性质的近似方法来进行理论建模也就不足为奇了。这导致输入数据质量差，石油和天然气以及地热发电行业、放射性废物处理以及其他依赖地下热状态洞察力的专业人士使用的建模工具的可靠性低。

目前预测岩石热导率的方法是基于简化的理论模型，这些模型不能公正地考虑决定这种岩石特性的各种因素。因此，各种理论模型之间的热导率评估可能相差数百%。在他们发表在Geothermics上的论文中，Skoltech 研究人员和他们的同事认为，最流行的热导率模型相当不可靠，尤其是在多孔岩石方面。

“我们测试了最流行的岩石热导率理论模型的性能，发现其输出存在重大错误，这使我们描述了一种改进热导率建模的方法，”论文合著者、Skoltech 教授 Yuri Popov 说。“我们的研究依赖于 Skoltech 广泛的理论专业知识和大规模实验，其中涉及对岩石热物理特性的无损高精度测量。我们在大量样品上使用了我们独特的内部设备，研究了多达 1,750 个样品来自不同地区的岩石——由于我们的密切合作，我们从 Skoltech 的工业合作伙伴那里收到了最有价值的天然材料。”

先前多孔岩石热导率模型的错误源于将岩石作为介质的极端简化，因为该模型忽略了岩石的结构特征，只考虑了其组分的热导率及其体积分数。在某种程度上，这是因为获得关于沉积岩热导率的可靠实验数据以测试模型仍然是一个棘手的问题，直到最近。在大多数情况下，通过常规技术获得并在现有参考书和数据库中引用的有关岩石热导率的早期数据都需要进行彻底的修改。对热导率实验数据缺乏严格的质量控制，导致对该特性时空变化范围的错误理解，

“热导率数据的可靠性在实践中经常被忽视：有人认为这些值的误差对计算结果影响不大，而另一些人则认为他们对岩石的热导率了如指掌，可以轻松计算。还有一些人认为在他们的模拟器中使用默认值之前，我们发现缺乏最新的热物理特性可能会导致几十个百分点的重大错误，例如，在重油产量预测中——这对许多专家来说是一个令人讨厌的意外。然而，如果我们提出的改进在模拟器中的热导率建模中实施，那么产量预测的可靠性将大大提高，”Skoltech 首席研究科学家 Evgeny Chekhonin 指出。

“虽然我们对提高热导率建模质量的建议使该过程更加复杂，但这显然会导致目标参数的估计更加可靠。当涉及到多孔和裂缝性储层岩石时，这种预测不仅对碳氢化合物很重要提取，但也用于地热能。除此之外，可靠的热导率估计对于地下放射性废物储存至关重要，因为这可以最大限度地降低岩石过热的风险，这可能导致进一步的压裂和危险流体向地表泄漏，“波波夫教授补充道。

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