3.1 Физические основы метода, решаемые задачи

Термометрия. Физические основы. Регистрируемые параметр, единица измерения, технические особенности, область применения, интерпретация данных каротажа.

Термометрические методы исследования разрезов скважин основаны на изучении распространения в скважинах и окружающих их горных породах естественных (геотермия) и искусственных тепловых полей.

Интенсивность и распространение тепловых полей зависят от термических свойств, геометрических форм и размеров исследуемых сред. Термические свойства горных пород характеризуются теплопроводностью, или удельным тепловым сопротивлением, тепловой анизотропией, удельной теплоемкостью и температуропроводностью. В нефтяной и газовой геологии и практике промысловых работ геотермия играет особенно больщую роль. Естественная температура недр является одним из основных факторов, определяющих условия образования нефти и газа, их миграцию и скопление в виде залежей.

От температуры зависят физико-химические свойства и фазовое состояние нефти, газа и воды в пластовых условиях. Точный учет температуры недр необходим при проектировании и осуществлении разработки нефтяных и газовых месторождений, при определении термических условий бурения и эксплуатации скважин, проектировании, изготовлении и эксплуатации термостойкой скважинной аппаратуры и, наконец, при количественной интерпретации данных различных геофизических методов исследования скважин.

Тепловые поля в нефтеносных и газоносных горизонтах образуются при вскрытии и разработке пластов. При этом изменение температуры обусловлено дроссельным и калориметрическим эффектами. Дроссельный эффект (эффект Джоуля-Томсона) при поступлении газа в скважину вызывает резкое снижение температуры. Движение нефти за счет дроссельного эффекта создает положительные аномалии на фоне изменения геотермического градиента. Распределение естественного теплового поля в толще земной коры зависит главным образом от литологического, тектонического и гидрогеологического факторов, на изучении которых основано решение следующих задач.

Литолого-тектонические и гидрогеологические задачи региональной геологии решаются путем определения основных геотермических параметров, которые позволяют: а) определять естественную температуру пород на заданной глубине; б) коррелировать разрезы скважин при региональных исследованиях; в) прогнозировать тектоническое строение территории, не изученной с помощью бурения; г) получать гидрогеологическую и мерзлотную характеристики исследуемых районов. Для решения этих задач используют термограммы естественного теплового поля. Детальное исследование разреза скважин. Для этой цели определяют тепловые свойства пород по данным термических исследований с установившимся и неустановившимся тепловым режимом. Тепловые характеристики в комплексе с другими петрофизическими параметрами пород позволяют решать следующие задачи: 1) литологическое расчленение разрезов скважин; 2) выявление коллекторов; 3) поиски полезных ископаемых.

Метод искусственного теплового поля основан на изучении распределения во времени теплового поля, искусственно созданного в скважине, и на различии тепловых свойств изучаемых сред, в частности, тем пературопроводности.

Искусственное поле в скважине может быть создано путем заполнения ее промывочной жидкостью с температурой, отличающейся от температуры пород, и путем нагревания промывочной жидкости при экзотермической реакции схватывания цемента при цементировании затрубного пространства. Метод искусственного теплового поля позволяет рещать следующие задачи: 1) определение термодинамических и газогидродинамических характеристик эксплуатируемых объектов; основная цель этих работ - контроль разработки нефтегазовых месторождений и подземных хранилищ газа; 2) изучение технического состояния скважин.

Температурные измерения в скважинах проводят с помощью электрических термометров. Каждый электрический термометр сопротивления характеризуется постоянной времени, показывающей в какое время он, будучи перенесен из одной среды в другую, воспримет 2/3 разности температур этих сред. Постоянная времени составляет от 0,5 до 3 с, определяя допустимую скорость перемещения прибора по скважине. Термограммы регистрируют при спуске термометра, чтобы исключить искажающее влияние перемещивания раствора.

В процессе бурения в скважине циркулирует раствор, температура которого отличается от температуры окружающих пород. После прекращения циркуляции раствора скважина и прилегающие к ней участки пород постепенно принимают свою естественную температуру. Время наступления теплового равновесия скважины с породами зависит от длительности теплового возмущения и достигает нескольких суток.

Измерения температур про водят как до установления теплового равновесия с породами - методом неустановившегося теплового режима, так и при тепловом равновесии - методом установившегося теплового режима. Термограмма, зарегистрированная при установившемся тепловом режиме, представляет кривую изменения естественных температур по разрезу скважины (рис. 1). Наклон кривой к оси глубин определяется величиной геотермического градиента. Среди осадочных пород наибольшее значение геотермического градиента соответствует глинам и аргиллитам, меньшее - неглинистым песчаникам и карбонатным породам. Минимальные значения градиента соответствуют гидрохимическим осадкам. Когда температуры в скважине и окружающих породах различаются между собой, выравнивание температур происходит снеодинаковой для различных пород скоростью.

Если температура бурового раствора tp выше температуры пород tп, то породам повышенной температуропроводности - песчаникам, известнякам,

гидрохимическим осадкам соответствуют пониженные показания, а породам с пониженной температуропроводностью – глинам - повышенные показания на термограмме. Обратное соотношение наблюдается при tp < tп• Таким образом, разная интенсивность теплообмена между глинистым раствором и горными породами позволяет применять этот метод для изучения геологических разрезов скважин.

Рисунок 1 – Схематические термограммы для различных режимов