Метод термометрії. Фізична суть і схема випромінювання теплового поля. Термофізичні властивості гірських порід

В ГДС термометрія заснована вивченні характеру розподілу в свердловині і оточуючих породах природних і штучних теплових полів. Термометрія досліджує квазістаціонарні та нестаціонарні теплові поля. Квазістаціонарні теплові поля(майже не змінюються впродовж тривалого часу): регіональне природне полу Землі, місцеві локальні поля з відносно постійним джерелом збудження природного поля (напр., рух по пластах або тріщинах термальних вод, рівномірний тривалий відбір флюїдів, нагнічений або затрубний перетік рідини або газу). Стаціонарні теплові поля: розподіл температури в стовбурі свердловини і оточуючих її породах визначається теплопровідністю середовища λ. Нестаціонарні теплові поля - локальні, спостерігаються в початковий етап експлуатації свердловини і при її зупинці, при цементуванні колони, бурінні. Розподіл температури в нестаціонарному тепловому полі визначається температуропровідністю а.

Коефіцієнт теплопровідності l, питомий тепловий опір x=1/l, коефіцієнт теплової анізотропії , питома теплоємність с_п, коефіцієнт температуропроводності . Рівняння Фур’є описує передачу кількості тепла dQ за час dt через площадку dS довжина елемента dl при перепаді температур dt. В даному рівнянні l характеризує властивість середовища передавати теплову енергію молекул середовища; називається теплопровідністю середовища.. в СІ [l]=Вт/(м*К). Питомий тепловий опір x відповідно (м*К)/Вт. Для разних гірських порід і корисних копалин тепловий опір від 0,00n до n0 (м*К)/Вт. Понижується зі збільшенням щільності, вологості,Ю проникності і вмісту льоду в породі; підвищується при заміщенні в поровому просторі води нафтою, газом або повітрям і залежить від шаруватості порід, тобто від теплової анізотропії.

В розподілі природного теплового поля (квазістаціонарного) суттєве значення мають питомий тепловий опір x та теплопровідність l, а при вивченні нестаціонарних полів - питома теплоємність с_п та температуропроводність а.

Диференціація гірських порід і корисних копалин за температурними властивостями лежить в основі застосування термічних методів для вивчення геологічних розрізів свердловин, а теплова анізотропія l_t використовується для розв’язання тектонічних задач. Аналіз теплових полів зводиться до розв’язання рівняння теплопровідності.

Апаратура термометрії - термометри на опорі; дія заснована на вимірюванні опору металевого провідника зі зміною температури. Розрізняють як методи:

- звичайна температурометрія, ⁰С;

- градієнт-термометрія;

- аномалієтермометрія, ⁰С.

Діаметр термометра 4 см, довжина 1,5-2 см. Диференціальні термометри більш точні. Вимірюється провідність з меншою швидкістю, тобто поточечно. На кожній точці компенсують поперередні вимірювання і знімають точкові значення. Вимірювання завджди(!) проводяться при спусканні в свердловину. Для проведення вимірювань свердловина повинна відстоятись приблизно 10 діб.

Метод природного теплового поля (геотермія). В термічному режимі поверхневих шарів головні роль відіграє сонячні радіація, а тепловий стан глибинних шарів Землі залежить від енергії радіоактивних перетворень. Температурні умови верхніх шарів Землі характеризуються середньодобовими, середньомісячними, середньорічними температурами. В поверхневих шарах спостерігається добова і річна періодичність коливань температур. Амплітуди температурних коливань затухають зі зростанням глибини. Шари, в яких амплітуди коливань температур стають меншими за похибку вимірювань, називають шарами постійних добових і річних температур. Потужність 1-2 м (добова), 10-40 м (річна). Середньорічна температура нейтрального шару рахується рівній середній річній температурі земної поверхні. Є вікові коливання температур в земній корі до 1000м. Інтенсивність зростання температури з глибиною характеризується величиною геотермічного градієнт Г. Обернена до нього величина - геотермічний ступінь G=1/Г; . Вирішувані методом задачі: літологічне розхчленування розрізу, виявлення колекторів, пошуки корисних копалин, вивчення глинистих покришок, пошуки колекторів в карбонатних породах, пошук колекторів в тонкошаруватих і піщаноглинистих комплексах, визначення їх газоносності.

Метод штучного теплового поля вивчає технічний стан свердловин (затрубну циркуляцію), визначає термодинамвчні та гідродинамічні параметрів об’єктів експлуатації.

На кривих термометрії штучного теплового поля породи пласта з пониженою температуропровідністю, які відрізняються від температуропровідності вміщуючих порід, виділяються аномаліями температур. Якщо температура прмивної рідини менша від температури порід, то породи низького питомого теплового опору відмічаються на термограмі аномаліями понижених температур, а породи висовкого опору - аноміліями підвищених температур.