Удельная теплоемкость фильтрационной среды как характеристика ползучей фильтрации воды

Abstract

Актуальность работы. Идея, что геология является не прикладной наукой, а фундаментальной, имеющей собственные законы развития Земли, была высказана еще Ф. Энгельсом, в дальнейшем развивалась советскими учеными Б.М. Кедровым, С.Л. Шварцевым, Е.В. Пиннекером и др. Во второй половине XX столетия В.П. Савченко и М.К. Хаббертом была разработана методика гидродинамического картирования ловушек и залежей нефти и газа. Методика основывалась на гидродинамическом уравнении Д. Бернулли. В 1991 г. для уточнения границ Первомайского месторождения нефти автором была предпринята попытка использовать термодинамическое уравнение Д. Бернулли. Для этого была рассчитана удельная теплоемкость воды для пластовых условий Первомайского месторождения, но при картировании его границ с использованием этой величины был получен отрицательный результат. Затем, используя законы первого и второго начал термодинамики, была выведена усложненная формула расчета этой величины, которая оказалась в четыре раза меньше, но ее применение дало положительный результат. Расчетные границы Первомайского месторождения совпали с фактическими границами. В 2000 г. эта величина была названа удельной теплоемкостью пластовой воды, а причина ее снижения в четыре раза объяснялась с точки зрения прикладной науки увеличением молярной массы физически связанной пластовой воды. Но данная точка зрения не объясняла математического парадокса получения положительного результата при усложнении формулы расчета теплоемкости. Цель работы: дать логическое объяснение математического парадокса вывода формулы удельной теплоемкости воды с позиции фундаментальной идеи геологической формы движения воды. Метод исследования. Для доказательства возможности применения данной фундаментальной идеи используется подход Е.В. Пиннекера, который впервые, по сути, предложил рассматривать гидрогеологию не просто как прикладную науку о подземных водах, а как фундаментальную науку о подземной гидросфере. Результаты. На примере Первомайского месторождения установлено, что выведенная формула расчета удельной теплоемкости зависит не только от параметров воды, но и от мольного объема фильтрационной среды, который в четыре раза больше мольного объема воды. Рассмотренное современное определение теплоемкости совпадает по физической и механической сути с процессом ползучести тел. А установленная зависимость рассмотренной удельной теплоемкости от мольного объема фильтрационной среды и совпадение ее с аналогичной геологической сутью процесса ползучей фильтрации воды позволили обосновать новое название этой величины - удельная теплоемкость фильтрационной среды. Вывод. Выведенная в 1991 г. формула расчета удельной теплоемкости фильтрационной среды может рассматриваться как фундаментальная закономерность более высокого уровня организации материи - геологической формы движения воды, которая является температурным коэффициентом, характеризующим ползучую фильтрацию воды.

Relevance of the research. The idea that geology is not the applied science but the fundamental one with its proper laws of the Earth development was stated by F. Engels. This concept was furthered by such Russian scientists as B.M. Kedrov, S.L. Shvartsev, E.V. Penneker. In the second half of XX century V.P. Savchenko and M.K. Habbert developed the hydrodynamic technique for mapping oil and gas traps and accumulation. The technique was based on hydrodynamic equation of D. Bernoulli. In 1991 the author used the first and the second laws of thermodynamics to specify the boundaries of Pervomayskoye oilfield and derived the formula to calculate the specific heat capacity of environment by water parameters. Its value was four times lower than that for ordinary water. The calculated boundaries of Pervomayskoye oilfield coincided with real boundaries. In 2000 this value was called specific heat capacity of formation water. The decrease in this value was explained by the applied science by the increased molar mass of physically bound formation water. But this point of view did not explain the mathematical paradox of obtaining positive result when complicating the formula for calculating specific heat capacity. The main aim of the study is to explain the paradox of obtaining the formula for calculating specific heat capacity from the point of view of fundamental idea of geological mode of water motion. The method used in the study. To prove the possibility of applying this fundamental idea the author used the approach of E.V. Penneker. The latter was the first who proposed to consider hydrogeology not simply as the science of formation waters but as the applied science of subsurface hydrosphere. The results. Using a systematic approach, the author explains the geological cause of the decline of this value and specifies its name - specific heat capacity of filter medium. The paper contains calculations to prove this approach as well. From the viewpoint of the physical nature of creep properties of solid bodies previously substantiated by the author and the modern definition of specific heat capacity, the author shows that this value is a parameter of the creeping filtration of water. Conclusion. The formula for calculating specific heat capacity of filter medium deduced in 1991 can be considered as the fundamental regularity of higher level of matter organization - the geological mode of water movement which is the temperature coefficient characterizing creeping water filtration.