Приложение а

Таблица 1- Физические параметры воды на линии насыщения

Методические указания

УСЛОВИЯ ТЕПЛООБМЕНА В СКВАЖИНЕ НА РАЗЛИЧНЫХ ЭТАПАХ ЕЕ ПРОВОДКИ

Говоря о тепловом состоянии Земли, различают естественные и искусственные тепловые поля. К естественным тепловым полям относятся региональное тепловое поле Земли и местные тепловые поля, которые могут возникнуть в некоторых горных породах в ре­зультате ряда причин (естественное подземное горение газа или угля, окисление сульфидных рудных залежей и т. п.).

К искусственным относятся тепловые поля, которые создаются в результате заполнения скважин какой - либо жидкостью, имеющей температуру, отличную от температуры пород (различные промы­вочные жидкости, вода, закачиваемая в пласт при вторичных мето­дах добычи нефти

и т. п.), или в результате местного искусственного подогрева пород на заданной глубине (электропрогрев пластов, термический способ добычи нефти и т. п.).

Изучением тепловых полей занимается наука, которая получила название геотермии.

Основной метод геотермии - изучение геотермической характе­ристики земной коры по результатам исследования температур в скважинах и горных выработках. В результате многочисленных наблюдений было установлено, что по мере углубления в недра Земли температура растет; характер этого увеличения зависит от плотности теплового потока и удельного теплового сопротивления горных пород.

Установлено, что поверхностные колебания температуры, вызы­ваемые нагреванием в течение дня и охлаждением в течение ночи, не влияют на температуру Земли уже на глубине 1-2 м; в то же время температура первых 10-30 м земной коры подвержена годо­вым колебаниям, связанным с изменением интенсивности солнечного излучения. Слои, в которых амплитуды суточных и годовых коле­баний становятся меньше погрешности наблюдений, т. е. практи­чески равны нулю, называют слоями постоянной суточной и годовой температур; слой постоянной годовой температуры иначе называют нейтральным слоем.

На территории России глубина нейтрального слоя изменяется от 10 до 40 м, а для Европейской части России многими исследователями принимается равной 20—25 м.

Ниже границы нейтрального споя температура пород остается постоянной во времени и заметно повышается по мере проникнове­ния в глубь Земли, что подтверждено многочисленными наблюде­ниями.

В настоящее время достаточно известно распределение темпе­ратур в земной коре только у поверхности Земли — до глубины 5 км. На больших глубинах температура определяется обычно тео­ретическими расчетами.

4	0,5	1800	2150	0,1	4	18	0,07	12	2,5
5	0,32	1900	2300	0,07	5	16	0,04	20	2,3
6	0,43	2000	2100	0,09	6	20	0,05	14	3,0
7	0,54	2100	2400	0,09	7	14	0,065	16	2,8
8	0,47	2300	2500	0,1	8	17	0,035	9	2,3
9	0,38	2500	2000	0,06	9	19	0,055	11	2,0

Методические указания

Формула,характеризующая распределение температуры по оси потока газа в скважине

где t_ф – температура фильтровой зоны

t_ф = T₀ - ε×Δp;

T₀ – температура горных пород на забое

T₀ = t₀ + Г×H;

ε – коэффициент Джоуля – Томпсона;

Δp – депрессия на пласт, атм;

p_з, p_у – соответственно забойное и устьевое давление, атм;

t₀ – температура нейтрального слоя Земли,

Постоянная ά при установившемся расходе газа

,

где κ – коэффициент теплопередачи,Вт/(м×К);

d₀ – диаметр лифтовых труб, м;

- массовый расход газа, кг/с;

- массовая изобарная теплоемкость газа, Дж/(кг×К);

H – глубина скважины,м;

Г – геотермический градиент, град/м.

Температура, предполагаемая на глубинах, близких к центру Земли (R  6600 км), по данным различных авторов самая различ­ная: 76 000° (Ван - Остранд),70 000° (Лун), 10 000° (Буллард), 2000°, 1000° .

Как это вытекает из теории О. Ю. Шмидта, земная кора в прошлом имела высокую температуру. Так, по расчетам Е. А. Лю­бимовой и Урри, температура теплового потока у поверхности Земли достигла максимума 2—3 млрд лет назад, после чего начала уменьшаться, а среднее значение температуры земной коры за последние 2 млрд лет понижается примерно на 100 °С на каждый миллиард лет.

В бурящихся же скважинах в процессе углубления скважины температура забоя повышается; в то же время в процессе бурения непрерывно циркулирует промывочная жидкость, что также оказы­вает значительное влияние на изменение теплового режима скважины.

В процессе проводки скважины с точки зрения ее термического состояния можно наметить несколько характерных периодов.

1. Процесс нормального бурения, когда долото совершает работу разрушения породы без каких-либо технологических нарушений, при наличии нормальной циркуляции промывочной жидкости. В этот период забойная температура циркулирующей промывочной жидкости достигает минимума; процесс теплопередачи можно считать установившимся.

2. Период спуско - подъемных операций (смена долота, турбобура и т. п.). Как известно, спуско - подъемные операции проводятся при отсутствии циркуляции промывочной жидкости, что сказы­вается на характере процесса теплопередачи в скважине. Прекра­щение циркуляции промывочной жидкости означает прекращение охлаждающего эффекта, в результате чего температура промывоч­ной жидкости на забое скважины постепенно начинает повышаться.

Совершенно очевидно, что чем дольше будут продолжаться спуско -подъемные операции, тем выше будет становиться забойная температура промывочной жидкости, стремясь приблизиться к тем­пературе пород.

По завершении спуско - подъемных операций и с возобновлением процесса бурения, т. е. циркуляции промывочной жидкости, забой­ная температура последней начнет постепенно уменьшаться, пока снова не достигнет минимального значения.

Таким образом, в процессе бурения температурный режим сква­жины все время меняется, отсюда вытекает важная задача - установить время, необходимое для перехода не­установившегося процесса теплопередачи в процесс установившийся. Очевидно, что непосредственным показателем окончания та­кого перехода является наступление стабиль­ности температуры промывочной жидкости. При этом температуру промывочной жидкости удобнее замерять при выходе из скважины.

По окончании спуско - подъемных операций перед началом непосредственного бурения скважину обычно промывают. В процессе промывки

Таблица 2

Последняя цифра шифра	tп, С	tЖ1, С	П, Вт/м К	Предп. цифра шифра
					Время промывки, τ,час	1, Вт/м2К		2, Вт/м2К
0	50	5	1,38	0	8	1000		500
1	60	10	1,85	1	10	900		200
2	70	15	1,96	2	12	700		150
3	80	20	2,2	3	5	650		300
4	90	25	2,94	4	14	750		350
5	100	20	1,57	5	20	450		250
6	110	15	1,42	6	16	400		150
7	120	10	2,25	7	18	800		100
8	130	5	5,73	8	12	600		280
9	140	15	1,70	9	10	500		400