Региональное тепловое поле

При бурении скважин, а также при работе добывающей или нагнетательной скважин температура пород, прилегающих к скважине, может заметно отличаться от естественной темпера­туры Т_е,которая была в породах до бурения. Однако в про­стаивающей скважине температура этих пород и самой скважи­ны постепенно приближается к Т_е. Так, в необсаженной скважине диаметром 200 мм, заполненной водой, через три недели начальное различие температур в скважине и в пласте умень­шается примерно на порядок. Поэтому, измеряя температуру в длительно простаивающей скважине, можно определять есте­ственную температуру пород Т_е, изучать распределение естест­венного теплового поля Земли по разрезу и по площади.

Основной источник тепла в Земле — распад радиоактивных элементов. Солнечное излучение играет решающую роль только в тепловом режиме поверхностных слоев. Суточные колебания температур прони­кают на глубину 1—2 м, годовые — на 10-40 м. Температура на глубине ниже 10—40 м определяется лишь внутренним теплом Земли. Здесь тепловой поток всегда направлен снизу вверх и темпера­тура монотонно повышается с глубиной. Скорость роста температуры с глубиной называется геотермичес­ким градиентом. Согласно закону Фурье значение Г на некоторой глуби­не Н равно , где q_п - верти­кальная составляющая плотности тепло­вого потока; λ и ξ -теплопроводность и тепловое сопротивление пород на этой глубине.

Плотность теплового потока в данном районе тем ниже, чем раньше закончи­лись магматические процессы. Она мини­мальна на древних платформах, где обычно Г ≈ (0,66÷1,30)·10^-2 К/м, и мак­симальна в зонах молодого вулканизма, где Г повышается до (3—7)·10^-2 и даже 10^-1 К/м.

На глубинах до нескольких километров плотность потока тепла можно считать не зависящей от глубины. Тогда значе­ние Г против однородного пласта будет постоянным, пропорцио­нальным величине ξ для данного пласта. Соответственно для разреза, представленного переслаиванием однородных пластов, термограмма (зависимость Т от глубины) имеет вид, показан­ный на рис. 59.

Если величина q_п для данного района известна, термограм­мы позволяют по значениям Г и q_п рассчитать удельные тепло­вые сопротивления пород ξ. Если q_п не известна, удается опре­делить относительные изменения ξ по разрезу.

Анизотропия горных пород, движение подземных вод вдоль проницаемых пластов и другие причины могут вызвать более интенсивный перенос тепла вдоль наклонных пластов по, срав­нению с поперечным направлением, рост q_п и Г над сводами антиклинальных структур по сравнению с синклиналями. Соответственно поверхность равных температур (геоизотермы) при­поднимается над антиклиналями. Аналогичная картина наблю­дается над соляными куполами из-за повышенной теплопровод­ности солей по сравнению с другими породами. Поэтому по­строение и изучение карт изотерм для некоторой глубины или построение профилей геоизотерм позволяет обнаруживать анти­клинальные структуры, соляные купола и решать некоторые другие задачи.

Локальные тепловые поля

Чаще всего встречаются следующие разновидности локальных тепловых полей.

1. Положительные температурные аномалии против сульфидных руд и углей, обусловленные экзотермическими реакция­ми окисления на их границе со скважиной.

2. Отрицательные аномалии против растворимых солей из-за эндотермической реакции растворения.

3. Аномалии против коллекторов, поглотивших буровой раствор с иной, чем у пласта, температурой.

4. Аномалии против проницаемых пластов, перекрытых не­перфорированной колонной, связанные с интенсивной циркуля­цией вод с иной температурой, в том числе закачиваемых для поддержания пластового давления.

5. Аномалии против коллекторов, обусловленные расширением жидкости или газа при снижении их давления, в том чис­ле: а) аномалии против пластов, не отдающих газа или жидкос­ти в данной скважине; б) аномалии, возникающие при посту­плении жидкости или газа в скважину.

Аномалии 1—3 обнаруживаются через некоторое время пос­ле остановки бурения. Со временем они растут, затем медленно затухают. Термограммы против однородных пластов по форме симметричны (после вычитания температуры регионального теп­лового поля); ширина аномалии (на половине ее высоты) не­сколько больше толщины пласта.

Близки по форме к описанным термоаномалии типа 4 и 5а. Они четче всего наблюдаются в простаивающих скважинах, в которых соответствующие пласты перекрыты неперфорирован­ной колонной. Аномалии типа 5б на нефтяных месторождениях малы и их обнаружить трудно, а на газовых месторождениях они достигают десятых долей градуса и легко наблюдаются.

Термоаномалии, обусловленные притоком нефти, газа или воды в скважину, в том числе эффектом Джоуля — Томсона при их дросселировании через пористую среду, могут иметь более сложную и разнообразную форму. Важнейшие случаи рассмот­рены в разделах, посвященных использованию термометрии для выделения работающих интервалов (гл. X) и контроля за тех­ническим состоянием скважин (гл. VIII).

Обнаружение и изучение аномалий на термограмме, обус­ловленных локальными тепловыми полями, позволяют выделять пласты, обладающие перечисленными выше особенностями, определять их мощность, судить об интенсивности соответствующих процессов.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: