5.2 Класифікація термічних методів

Методи термометрії поділяють на:

- метод природного теплового поля Землі (регіонального і локальних природних теплових полів);

- метод штучних теплових полів, викликаних наявністю у свердловині промивної рідини, пластового флюїду або цементного розчину в заколонному просторі.

Метод природного регіонального теплового поля вивчає стаціонарні поля, зумовлені регіональним потоком тепла з глибин Землі. Локальні теплові поля пов’язані в основному з протіканням пластової продукції і з процесами окислення та розчинення на межі між свердловиною і гірськими породами.

Основне джерело теплової енергії, що спричиняє утворення регіонального теплового поля Землі, – це реакції радіактивного розпаду елементів, що складають надра. Крім цього, на природне теплове поле впливають сонячне випромінювання і різноманітні фізико-хімічні процеси (в першу чергу – окислення, кристалізація і поліморфні перетворення).

Тепло земної поверхні визначається, в основному, сонячним випромінюванням, якому властиві періодичні коливання. Добові коливання температури спостерігаються до глибини 1-2 м, річні – 10-40 м (в середньому – 25 м), вікові – до 1 км. Поверхню, що відповідає нижній межі шару, в якому протягом року не відбуваються коливання температури, називають нейтральною. Над нейтральною поверхнею основний тепловий потік направлений зверху вниз (це більш помітно в приповерхневих ділянках), хоча деяка частина тепла поступає в цю область з-під неї. За температуру нейтрального шару приймають середньорічне значення температури поверхні Землі.

Під нейтральним шаром спостерігається закономірне зростання температури з глибиною, яке по’язане з внутрішнім теплом Землі. Швидкість зростання температури з глибиною називається геотермічним градієнтом Г:

Геотермічний градієнт характеризує середнє зростання температури на 100 м глибини:

(5.14)

Для платформи геотермічний градієнт не перевищує 1 К/100 і складає (0,75-3 К/100) палеозой, мезозой. Максимального значення він досягає в зонах кайнозойської складчастості (2,5-20 К/100м). В осадових породах найбільші значення величини Г відмічається в глинах, а найменші – в карбонатах та гідрохімічних відкладах.

Геотермічна ступінь – величина обернена геотермічному градієнту:

(5.15)

Локальні теплові поля спостерігають в газоносних і нафтоносних колекторах в процесі їхньої розробки, в зонах притоку пластових вод, а також в породах, які виділяють тепло в результаті інтенсивних окисно-відновних реакцій (сульфіди, вугілля).

Границі порід, відрізняють за тепловими властивостями і відзначають на термограмах за точками зміни кута нахилу кривої, тобто – зміни геотермічного градієнта.

Метод штучного теплового поля вивчає, в основному, нестаціонарні процеси теплообміну між гірськими породами і свердловиною, температура якої відрізняється від температури гірських порід.

Нестаціонарні теплові поля, що вивчають методом штучного теплового поля, виникають внаслідок або заповнення свердловини промивною рідиною з температурою, відмінною від температури гірських порід, або при введенні в свердловину джерел тепла, наприклад, різноманітних нагрівачів чи цементного розчину, який виділяє тепло при затвердінні.

Вивчаючи зміну температури в свердловині за допомогою серії повторних вимірів і знаючи початкову температуру гірських порід (до зміни промивної рідини) можна визначити температуропровідність порід.