vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Изогеотерма 160°F пересекает кровлю продуктивных песчаников Уэбер (пенсильваний) на крутом крыле складки. а - кровля песчаников Уэбер; б - плоскость через главную ось складки по кровле песчаников Уэбер.

соляными куполами. По-видимому, повышение температуры над приподнятыми участками объясняется более близким залеганием к поверхности пород, имеющих более высокую температуру. Теоретически по температурным картам неглубоких горизонтов можно выявить положительные структуры, однако стоимость этих работ,

видимо, значительно выше, чем других методов структурного картирования.

Использование результатов температурных замеров

В большинстве случаев измерение температуры производится с целью выявления в разрезе скважины зон с отличной от фона тепловой характеристикой,

выделяющихся аномальными «пиками» или градиентами [35]. Такие исследования весьма распространены в промысловой практике. Наиболее часто определяется местоположение зон понижения температур, соответствующих участкам поступления газа в скважину, или наоборот - зон повышенной температуры при определении высоты подъема цемента за колонной. Термограммы скважин оказывают определенную помощь при корреляции пластов в скважинах, поскольку различные пласты характеризуются различной теплоемкостью и теплопроводностью. Данные замеров температуры используются также для обнаружения утечки газа в скважины из пластов при его подземном хранении. Такая утечка может быть обнаружена, даже если она составляет всего 300 куб. футов в сутки.

Источники тепловой энергии

Температурные измерения служат для определения: 1) величины тепловой энергии пород и заключенных в них флюидов и 2) направления теплового потока, что определяется по величинам геотермического градиента. Наличие градиента,

обусловленного средней удельной теплоемкостью осадочных пород, свидетельствует о том, что огромные количества тепловой энергии перемещаются как в направлении дневной поверхности, так и параллельно ей, в верхних нескольких милях земной коры.

Источниками тепла в верхней части земной коры могут быть мощные тепловые потоки, идущие от центра ядра Земли [36], остывающие изверженные магматические массы, радиоактивный распад [37] или тепло подкоровых термических конвекционных потоков [38]. Второстепенное значение имеет тепловая энергия

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

трения, возникающая в процессе диастрофизма, когда отдельные частицы пород трутся друг о друга, а также экзотермические химические реакции внутри проницаемых пород. Влияние обоих этих источников тепловой энергии является временным и локальным.

Способность вещества проводить тепло называется его теплопроводностью¹.

Теплопроводность некоторых наиболее распространненых горных пород приведена в табл. 9-2. Различия геотермических градиентов отдельных территорий могут быть связаны с различиями в источниках тепла и теплопроводности пород.

Таблица 9-2 Теплопроводность различных пород¹

¹Теплопроводность - количество тепла в калориях, передаваемое в 1 сек через пластинку толщиной 1 см и площадью 1 см² при изменении температуры на 1°С

Изменения геотермического градиента в одной или нескольких скважинах на одной и той же площади наиболее вероятно обусловлены различной теплопроводностью вскрытых этими скважинами отложений. Необходимо заметить,

что величина наблюдаемой пластовой температуры в каждой точке может быть обусловлена в конечном счете несколькими причинами. Кроме того, при интерпретации любые данные температурных измерений, аналогично данным о пластовом давлении, относятся лишь к определенному моменту геологического времени. Эти данные характеризуют только одну точку на кривой, которую, вероятно,

можно было бы построить, если бы было возможно проследить направление изменения температуры в течение нынешнего геологического времени, ее повышение или снижение относительно какого-либо уровня. Поскольку каждый из обычных геологических процессов, протекающих в нефтегазоносных регионах

(осадконакопление, эрозия, диастрофизм, интрузивная деятельность), характеризуется определенным тепловым эффектом, можно сделать вывод о том, что температура отложений, залегающих в верхних нескольких милях земной коры, в течение

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

геологического времени должна была периодически повышаться или понижаться, по крайней мере в пределах ныне наблюдаемых температур, т.е. между 60 и 325°F. В

связи с этим все явления, обусловленные увеличением или уменьшением тепла,

наблюдаемые нами в настоящее время в нефтяных месторождениях, безусловно,

могли происходить и в геологическом прошлом.

Результаты воздействия тепла

Проблема изучения температур в недрах связана с проблемами нефтегазовой геологии, в особенности, имеющими отношение к разработке месторождений и оценке их запасов, происхождению, миграции и аккумуляции нефти и газа. В общем проблема изменения температур в недрах в зависимости от источников тепла затрагивает целую гамму явлений, касающихся влияния тепла на физические свойства нефтей, газов, связанных с ними флюидов, растворенных солей и самих пластов-коллекторов. Некоторые из этих явлений, обусловленных повышением температуры, описываются ниже. При снижении температуры (потере тепла)

возможен обратный эффект рассматриваемых процессов.

1. Основным результатом повышения температуры в пластовых условиях является увеличение вязкости газа (при низком давлении) и уменьшение вязкости нефти при условии постоянного давления (см. стр. 194-198). Данные о влиянии повышения температуры на вязкость чистой воды сведены в табл. 9-3, а данные об изменении вязкости волы вследствие одновременного изменения температуры и давления - в табл. 9-4.

Таблица 9-3 Вязкость чистой воды¹

¹Handbook of Chemistry and Physics, 13th ed., pp. 1729-1730, 1948.

2. Повышение температуры вызывает соответствующее увеличение объема газа, нефти и горных пород. Объем газа прямо пропорционален его абсолютной температуре. При возрастании температуры и постоянном давлении газ увеличивается в объеме на ¹/273 часть того объема, который он занимал

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Таблица 9-4 Вязкость воды при высоких давлениях и температурах (при постоянном объеме)¹

¹P.W. Bridgman, The Physics of High Pressures, Macmillan Co., New Jork, p. 346,

1931.

Таблица 9-5 Температура и плотность воды

при 0°С, или на ¼60 часть объема, соответствовавшего 32°F - при возрастании температуры на 1°F. Коэффициент температурного расширения¹ газов при относительно небольших давлениях равен приблизительно 0,003665 на 1°С, или

0,002174 на 1°F. Эти величины, конечно, не выдерживаются при высоких давлениях.

Влияние возрастания температуры на увеличение объема нефти показано на фиг. 5-

31, а на плотность воды - в табл. 9-5. Коэффициенты линейного термического

Таблица 9-6 Коэффициенты линейного расширения¹

¹Handbook of Chemistry and Physics, 13th. ed., Chem. Rubber Pub. Co. Cleveland, pp. 1745-1750, 1948.

расширения² некоторых осадочных пород и минералов даны в табл. 9-6. Нагревание

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

карбонатных пород в лабораторных условиях до температур 100-700°С при давлении

1 атм, 5000 фунт/кв дюйм и 10 000 фунт/кв дюйм привело к соответствующему увеличению не только их объема, но и проницаемости [39].

3. В случае если флюиды заключены в ограниченном объеме, повышение температуры приводит к возрастанию давления. В природных нефтегазоносных

¹Коэффициент расширения газа при постоянном давлении равен изменению объема на единицу объема при увеличении температуры на 1°С.

²Увеличение объема породы на единицу объема при увеличении температуры на 1°С примерно соответствует утроенной величине коэффициента линейного расширения этой породы.

пластах, где флюиды находятся в ограниченных или замкнутых ловушках,

возможности для их расширения весьма малы либо отсутствуют вовсе, что должно обусловить временное (в ограниченных резервуарах) или постоянное (в замкнутых резервуарах) повышение пластового давления по мере возрастания температуры.

Повышение температуры в резервуаре приводит к увеличению объема не только газов, но и жидких и твердых элементов, находящихся в этом пласте, однако в несравненно меньшей степени. В ограниченных условиях повышение температуры должно привести к возрастанию пластового давления, поскольку любое расширение горных пород, по-видимому, происходит в основном за счет их пористости,

уменьшение которой определенным образом влияет на давление флюидов в этих породах. Таким образом, повышение температуры пластовых флюидов может привести к увеличению их объема или к повышению давления или тому и другому одновременно. Уменьшение удельного веса, сопровождающее повышение температуры, является причиной снижения температуры кипения многих легких компонентов нефти. При температурах ниже 300°F и атмосферном давлении многие из них находятся в газообразном состоянии.

Повышение температуры приводит к уменьшению растворимости газа в нефти. В частности, при температуре 140°F и давлении 2000 фунт/кв.дюйм в 1

барреле нефти может раствориться 670 куб. футов газа, а при температуре 200°F -

только 600 куб. футов (см. фиг. 5-30).

Повышение температуры усиливает растворимость большинства солей в воде.

Однако растворимость поваренной соли, одного из наиболее распространенных компонентов вод нефтяных месторождений, с увеличением температуры изменяется очень мало.

Влияние тепла интрузивных и эффузивных пород. Присутствие в осадках,

являющихся объектом поисков нефти и газа, разного рода даек, пластовых интрузий и

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

других интрузивных магматических или вулканогенных эффузивных пород, обычно вызывает большой интерес (см. также стр. 81 и 399: глава 3, породы-коллекторы смешанного происхождения; глава 9, результаты воздействия тепла. – А.Ф.). Какое они имеют значение? Как правило, эффузивные и интрузивные процессы сопровождаются выделением значительных количеств тепла, что способствует экстракции нефти из глинистых пород. Однако интрудированные глинистые породы на контакте с интрузивами нередко оказываются лишь частично обожженными и метаморфизованными на глубину не более дюйма с соответствующей частичной потерей проницаемости. Даже если образование залежи произошло до внедрения интрузии, последняя не обязательно вызовет рассеивание нефти и газа, особенно из хорошо изолированной ловушки. И тем более практически не будет никакого температурного воздействия на залежь, если аккумуляция нефти и газа произошла после завершения интрузивной или эффузивной деятельности. Однако внедрение даек и пластовых интрузий может привести к локальному уменьшению проницаемости коллекторов и, следовательно, к изменению характера миграции нефти и газа. В некоторых случаях таким путем могут даже образоваться ловушки в местах, где их до этого не было. С другой стороны, раскрытие трещин, как результат интрузивной деятельности, может привести к миграции нефти и газа вверх или в сторону ближайших участков с пониженным давлением. Внедрение интрузии может вызвать явление, сходное с гидроразрывом пласта. Туфы и вулканические брекчии, в

особенности залегающие параллельно напластованию осадков, могут стать в конечном счете коллекторами (см. стр. 81: глава 3, породы-коллекторы смешанного происхождения. – А.Ф.), но эти образования обычно сопровождаются развитием даек,

секущих пласты и могущих привести к изменению характера потока пластовых флюидов.

Связь продуктов магматической деятельности с нефтегазоносными отло-

жениями характерна для многих районов. В Мексике, например в районе Тампико -

Туспан, отмечены многочисленные выходы нефти среди интрузивных пород [40].

Продуктивные песчаники Палестайн и Тар-Спрингс (верхний миссисипий) на месторождении Омаха, округ Галлатин в Иллинойсе, секутся слюдисто-

перидотитовыми дайками и пластовыми интрузиями мощностью от 1 до 5 футов [41].

В штате Сан-Паулу в Бразилии, в северном Парана, интенсивные нефтепроявления и нефтенасыщенные песчаные породы перми и песчаники Ботукату (триас) тесно связаны с дайками и пластовыми интрузиями и с крупным лавовым потоком Серра-

Жерал (триас). Эти нефтенасыщенные пески, по-видимому, являются остатками