5. Термометрия скважин

Термометрические методы исследования разрезов скважин основаны на изучении распространения в скважинах и окружающих их горных породах естественных и искусственных тепловых полей. Различают стационарные и нестационарные тепловые поля.

К стационарным полям, т.е. к полям практически не изменяющимся в течение длительного времени, относятся региональное поле Земли и местные, локальные, поля с относительно постоянным источником возмущения естественного поля: движение по пластам и по трещинам термальных вод, затрубный переток жидкости или газа в скважине и т.д. В стационарных условиях распределение температуры в стволе скважины и окружающих ее горных породах определяются теплопроводностью последних.

Теплопроводность - процесс распространения тепла в телах, проходящий без перемещения вещества этих тел (без конвекции) и без лучистого обмена. Выражается коэффициентом теплопроводности [Вт/м* °К]

Нестационарные, т.е. изменяющиеся в процессе исследования, тепловые поля носят, главным образом, локальный характер и наблюдаются в начальный период эксплуатации скважин и при их основаниях при цементировании колонны, промывке ствола и т.п. Распределение температуры в нестационарном тепловом поле определяется температуропроводностью горных пород.

Температуропроводность определяет изменение температуры единицы объема среды за единицу времени. Выражается коэффициентом температуропроводности [м³/ч]. Горные породы различаются по температуропроводности более, чем в 100 раз.

Термометрия скважин включает методы изучения естественного (стационарного) теплового поля и искусственных (не стационарных) тепловых полей.

5.1. Тепловые свойства горных пород и их проявление в стационарном тепловом поле

Распределение температуры вдоль ствола скважины можно использовать для литологического расчленения разреза последней. В случае стационарного поля имеем:

q =  * grad t, где

q - плотность теплового потока (т.е. количество тепла, проходящего через единицу поверхности за единицу времени перпендикулярно этой поверхности); К - коэффициент теплопроводности (постоянная величина для конкретной горной породы); t - температура. Часто в практике пользуются не теплопроводностью горных пород, а их тепловым сопротивлением:

 = I / .

Удельные тепловые сопротивления  некоторых горных пород

Магматические	кислые	0,3-0,5	граниты, гранодиорит, пемза
	средние	0,5-0,7	альбитит, диорит, андезит
	основные	0,4-0,8	сиенит, трахит, габбро, диабаз, базальт, трапп
	ультраосновные	0,2-0,3	(дунит, гиперстенитнит, бронзилит)
Осадочные	глина	0,67-6,7
	пески	0,33-3,3
	песчаник	0,2-1,7
	известняк	0.29-1,4
	доломит	0,25
	мергель	0,53-1.26
	каменная соль	0,16
	уголь	0,25-6.7

Рассмотрим закон изменения температуры с глубиной. Т.к. направления потока q и оси системы координат z противоположны, то:

q=*dt/dz, и

dt=(q*dz)/=q*,* dz.

Следовательно:

, где

С - константа, равная температуре нейтронного слоя Т_о, (т.е. слоя горных пород в котором практически не наблюдаются суточные и годовые колебания температур).

Если скважина пробурена вертикально, то тепловой поток q будет идти вдоль ее стенок и его можно вынести за знак интеграла:

В случае однородной среды  также можно вынести за знак интеграла (т.е. термограмма в этом случае - прямая линия).

Реальную термограмму можно разделить на участки с прямолинейным изменением температуры с глубиной тогда:

где N - количество пластов пересеченных скважиной;

 - тепловое сопротивление i-того пласта; Z - здесь текущая координата ( меняется в пределах слоя).

Анализируя последнее выражение можно сделать вывод, что изменение температуры с глубиной будет происходить по ломаной линии.