Сделай Сам Свою Работу на 5

Искусственные тепловые поля





 

Нестационарные поля, изучаемые методом искусственного поля, возникают чаще всего при заполнении скважины промывочной жидкостью, температура которой отличается от температуры горных пород, или же при помещении в скважину таких источ­ников тепла, как электронагреватели, цементный раствор (вы­деляющий тепло при схватывании) и т. п.

Если пренебречь различием в температуропроводности гор­ных пород и промывочной жидкости внутри скважины, то изме­нение температуры в скважине, заполненной горячей (холод­ной) жидкостью, в первом приближении можно описать уравне­нием

, (III.8)

где θ - разность температур на оси скважины (Тс) и горных пород (Тп); θ0 - начальное значение θ в момент смены промы­вочной жидкости, т. е. заполнения скважины более горячей (хо­лодной), чем породы, жидкостью; rс - радиус скважины; t - время, отсчитываемое с момента смены промывочной жидкости; а - температуропроводность породы.

Изучая изменение температуры в скважине Тс во времени (повторные замеры температуры в скважине), можно в прин­ципе определить температуропроводность пород. При определе­нии температуропроводности по выражению (III.8) необходимо использовать результаты измерений Тс при достаточно больших значениях t, так как при малых значениях t реальная зависи­мость θ= f(t) может заметно отличаться от выражения (III.8) из-за того, что при его получении игнорировались различия температуропроводности в пласте и в скважине, а также из-за, непостоянства температуры в породе в радиальном направлении в момент смены промывочной жидкости, обусловленного несовпадением до этого Тс и Тп. Для учета влияния всех этих факторов пользуются более сложными схемами обработки дан­ных.



 

Скважинные термометры

 

Наиболее часто для непрерывных измерений температуры в скважинах используют электрические термометры сопротивле­ния. Их чувствительными элементами обычно являются рези­сторы, изготовленные из материала с большим температурным коэффициентом β, т. е. заметно изменяющие свое электрическое сопротивление R при изменении температуры.

В интервале температур до 200—300 °С β=const и зависи­мость R(T) практически линейна:



,

где .

В чувствительных элементах скважинных термометров обыч­но используют медную проволоку, обладающую достаточно вы­соким температурным коэффициентом (β=4,45·10-3 К-1).

Существуют также чувст­вительные элементы из полупроводниковых материалов (термисторы), температурный коэффициент которых почти на порядок больше. Величина β у полупроводниковых материа­лов отрицательна и заметно меняется с изменением темпе­ратуры.

Чувствительные элементы (жгутики медной проволоки, термисторы и т. п.) помещают для их механической защиты в металлические трубки, обес­печив, естественно, электриче­скую изоляцию их друг от друга. Конструкция термометров предусматривает свободное омывание этих трубок средой, заполняющей скважину. О темпера­туре в скважине судят по величине электрического сопротивле­ния чувствительного элемента, а для ее измерения используют мостики сопротивления, электронные -генераторы и др.

Схема электрических термометров для измерений на трехжильном кабеле представляет собой обычно мостик сопротив­ления, содержащий четыре резистора (рис. 60, а). Одно из них R1 (или два Rl и R3, включенные в противоположные плечи мо­стика) изготовлено из материала с высоким значением β и служит чувствительным элементом; три или два других выполне­ны из материала с малым значением β, например, из манганина (β = 10-5К-1) или константана (β = 3·10-5 К-1). Последние практически нечувствительны к изменениям температуры внеш­ней среды.

Сопротивления всех Ri - подбираются равными друг другу при некоторой заданной температуре Т0, называемой температурой равновесия мостика. Плечо АВ мостика питают постоянным током через одну из жил кабеля и землю и определяют разность потенциалов, возникающую в плече MN. Легко показать, что эта разность потенциалов линейно зависит от температуры среды:



(III.9)

Введя понятие постоянной термометра и решив (III.9) относительно Т, получим формулу, используемую для оп­ределения температуры среды по результатам измерений:

(III.10)

Если регистрирующий прибор РП имеет чувствительность n (в В/см), то получаем термограмму в масштабе n/Ст (К/см). Чтобы диаграмма была достаточно дифференцированной, ис­пользуют крупный масштаб (малое значение n/Cт), а сдвига термограммы в пределах диаграммной ленты добиваются, вво­дя в измерительную цепь некоторую разность потенциалов от градуированного компенсатора поляризации ГКП.

В получивших широкое распространение термометрах типа ТЭГ, рассчитанных на работу с одножильным кабелем, измери­тельная схема содержит электронный -генератор, период ко­лебаний которого пропорционален сопротивлению чувствитель­ного элемента из медной проволоки (Rt), входящего в его ко­лебательный контур (рис. 60, б).

Период колебаний генератора линейно зависит от Rt, а зна­чит, и от температуры окружающей среды. Вырабатываемый генератором Г переменный сигнал передается на поверхность по одножильному кабелю и выделяется на резисторе Rσ, выпол­няющем роль нагрузки генератора Г, а частота этого сигнала измеряется частотомером Ч. Образующееся на выходе периодомера постоянное напряжение, пропорциональное частоте сигна­ла и температуре среды, подается на прибор визуального на­блюдения ИП и на регистрирующий прибор РП. Выпрямитель питает скважинный прибор постоянным током.

Преимущество ТЭГ и аналогичных ему приборов с преобра­зованием измеряемой температуры в частотно-модулируемый сигнал — их помехоустойчивость: практически отсутствие влия­ния утечек, изменений параметров кабеля и других факторов.

Если термометр, находившийся в среде с температурой Тн, перенести в среду с температурой Т, температура чувствитель­ного элемента (а следовательно, показания термометра) при­ближается к Т не мгновенно, а постепенно. Скорость этого приб­лижения зависит от конструкции термометра, тепловых свойств конструкционных материалов и окружающей среды. Это явление называют тепловой инерцией термометра. Показания датчика (или, что то же, его температура Тд), помещенного в среду с температурой Т и имевшего до этого момента температуру Тн, изменяется во времени по закону

Таким образом, разность температур датчика и внешней среды уменьшается во времени экспоненциально от начального значения ТТн до нуля при t = ∞. Скорость снижения разности зависит от параметра τ, поэтому эта величина (имеющая раз­мерность времени) называется постоянной времени или тепло­вой инерцией термометра. За время, равное τ, начальная раз­ность температур датчика и внешней среды (погрешность в определении температуры среды) уменьшается в е раз.

Тепловая инерция термометра тем меньше, чем больше поверхность датчика и коэффициент теплоотдачи и чем меньше теплоемкость датчика.

Из-за тепловой инерции показания термометра, движущегося со скоростью v, отстают от изменения истинной температуры t по скважине на величину Гто. Тепловая инерция как бы сдвига­ет диаграмму на величину Δz = τv. Если признать допустимым cдвиг диаграммы на Δz, то скорость регистрации не должна превышать

(III.11)

Например, при Δz = 0,3 м и τ = 3 с, vmax = 0,10 м/с = 360 м/ч.

Термические исследования в скважинах предъявляют неко­торые специфические требования к подготовке скважин сверх обычных, выполняемых при всех ГИС.

При исследованиях с целью определения естественной темпе­ратуры горных пород скважина перед измерениями должна находиться в состоянии покоя в течение времени, необходимого для восприятия скважиной температуры горных пород с достаточной точностью. Это время в зависимости от начального различия в температуре скважины и породы, диаметра скважины, а также глубины зоны нарушения естественного теплового поля вокруг скважины может меняться от 1 до 50 сут, а иногда и более.

При исследованиях с целью определения температуропро­водности горных пород методом искусственного теплового поля скважина должна быть промыта жидкостью, температура кото­рой не менее чем на 3 °С отличалась бы от температуры иссле­дуемых пород.

При изучении локальных тепловых полей обычно необходи­мо простаивание скважины в течение нескольких десятков ча­сов. Аномалии дросселирования проявляются через десятки минут. Чтобы уменьшить перемешивание среды в стволе сква­жины до измерения температуры, регистрацию диаграмм, как правило, проводят при спуске прибора.

Максимально допустимую скорость движения прибора по скважине определяют по формуле (III.11). Обычно реко­мендуют скорость 104/τ (м/ч) при общих исследованиях и 120/τ (м/ч) при детальных (где τ — тепловая инерция термо­метра, с).

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.