Головна

лекція 25

  1. Базова лекція
  2. Базова лекція
  3. Базова лекція
  4. Базова лекція
  5. Базова лекція
  6. Базова лекція
  7. Базова лекція

термометрія.

Термометрія вивчає теплові поля в свердловинах з метою вирішення завдань регіональної геології і геотермії, розвідки родовищ корисних копалин, контролю за експлуатацією продуктивних пластів і визначення технічного стану свердловин. Вимірювання температури по стовбуру свердловини роблять із метою вивчення: природного теплового поля Землі; місцевих (локальних) теплових полів, що спостерігаються в свердловині в процесі буріння і експлуатації; штучних теплових полів, визваннихналічіем в свердловині промивної рідини і цементного розчину в затрубному просторі. Результати температурних вимірювань в свердловині є основою для вивчення теплового поля Землі і знаходять широке застосування для вирішення ряду практичних завдань при бурінні та експлуатації свердловин.

За походженням теплові поля діляться на природні, пов'язані з впливом природних факторів, і штучні, що формуються при будівництві та експлуатації свердловин. По темпу зміни температури за часом розрізняють стаціонарні і нестаціонарні поля. Нестаціонарне поле називають квазістаціонарним, якщо з точністю, необхідної для вирішення конкретного завдання інтерпретацті, його температуру можна вважати постійної за часом.

Геотермічними дослідженнями свердловин встановлено, що на континентах температура порід до глибин 10-40 м схильна до періодичних (добовим, сезонним і річним) коливань, пов'язаних зі зміною інтенсивності сонячного випромінювання. (У водних товщах морських і океанічних річні коливання температур поширюються до глибин в 300 м і більше).

Шари, в яких коливання добових і річних температур стають незначними, що не піддаються зміні, названі шарами постійних добових і річних температур або нейтральним шаром. Температура, нейтрального шару приймається рівною середньорічній температурі поверхні Землі Т. Нижче цього шару повсюдно спостерігається закономірне зростання температури з глибиною, визначається внутрішнім теплом Землі. Основним джерелом теплової енергії в надрах Землі прийнято вважати енергію, яка виникає при розпаді радіоактивних елементів; додатковими джерелами можуть з'явитися кристалізаційні поліморфічне перетворення, фізико-хімічні та інші процеси, які відбуваються всередині Землі. Інтенсивність наростання температури з глибиною характеризується геотермічних градієнтом Г. За величину геотермічного градієнта в практичній роботі пренімают зміна температури Землі в градусах Цельсія на 100 м глибини. Градієнт розраховують за формулою:

 (16.1)

Для характеристики приросту температур з глибиною часто використовують величину, зворотну геотермічних градієнтом, геотермічну щабель G, вказує різницю глибин, яка відповідає зміні температури на 1 ° С:

 (16.2)

геотермічний градієнт  пропорційний тепловому опору ? породи, яке відображає літологічні особливості гірських порід, що складають розрізи свердловин (q - Щільність теплового потоку). Цим викликані зміни значень геотермічного градієнта при перетині свердловиною різних порід, що відзначається зміною кута нахилу термограмми по відношенню до вертикалі. При постійній щільності q діаграми геотермічного градієнта можна розглядати як діаграми теплового опору або зворотної величини -теплопроводності (? = 1 / ?).

Вивчення теплових властивостей гірських порід можливо як в свердловині обсаджена колоною, так і в необсаженной. Це пояснюється тим, що тепловий опір металів мало в порівнянні з тепловим опором гірських порід. Наприклад, тепловий опір заліза в 40-80 разів менше теплового опору глин.

На малюнку 16.1 наведено геотермограмма і графік зміни геотермічного градієнта по одній з свердловин центральній частині Дніпровсько-Донецької площі. В залежності від літології порід значення геотермічного градієнта варіюють від 0,2 до 7 оЗ / 100 м. Геотермические вимірювання проводять в свердловинах зі сталим тепловим режимом, який настає після закінчення часу, достатнього для сприйняття рідиною, що заповнює стовбур свердловини, природною температури пластів. Сталому тепловому режиму передує несталий тепловий режим, коли між рідиною в свердловині і породами відбувається теплообмін.

Метод вивчення місцевих теплових полів.

Місцеві або локальні теплові поля, які спостерігаються в свердловині, зазвичай приурочені до газоносних і нафтоносних пластів, пластів-колекторів, в яких відбувається циркуляція води; сульфідних руд, копалин вугілля, галогенних опадів. При фільтрації через пористу середу рідини температура її за рахунок тертя підвищується; при фільтрації газу відбувається зниження

Малюнок 16.1 Геотермограмма і графік зміни геотермічного градієнта по одній з свердловин центральній частині Дніпровсько-Донецької площі.

температури внаслідок адіабатичного розширення газу. Це явище назву ефекту Джоуля Томпсона або ефекту дроселювання газу і нафти в продуктивному пласті. В

Внаслідок дросельного ефекту в свердловині спостерігається аномалія температур, максимальне значення якої

,  (16.3)

де  - Ефективний коефіцієнт Джоуля Томпсона;  - Перепад тисків в свердловині і пласті.

коефіцієнт  прийнято називати позитивним, якщо газ в процесі дроселювання охолоджується, і негативним, якщо відбувається його нагрівання. Числове значення коефіцієнта  залежить від складу газу, що надходить в свердловину, і його температури. Для природних горючих газів при температурах 20-200 ° С і тисках 5-30 МПа  змінюється в межах 0,05- 0,45. значення  знижуються з ростом тиску, температури і молекулярної ваги газу. В процесі буріння тиск стовпа промивної рідини перевищує пластовий тиск, розкривають газоносний пласт відзначається зниженням температури. В експлуатаційних свердловинах газоносний пласт відзначається негативною аномалією незалежно від співвідношень тисків в свердловині, і пласті. Як випливає з формули (16.3), значення  пов'язані не з кількістю що надходить з пласта газу, а з перепадом тиску в продуктивному пласті. Тому невеликі надходження газу можуть викликати значні температурні аномалії охолодження, в той час як проти високодебітних і добре проникних газових пластів з малим перепадом тиску можливі малі значення .

Основною умовою проведення термокаротажа за методом штучного теплового поля є наявність в свердловині несталого теплового режиму.

Після припинення циркуляції промивальної рідини, що заповнює свердловину, вона сприймає температуру навколишнього середовища (природний температуру пласта). У зв'язку з тим що різні гірські породи мають різний температуропроводностью, швидкість сприйняття глинистим розчином температури оточуючих пластів для цих порід буде неоднаковою.

Відомо, що піски мають більшу температуропроводностью, ніж глини. У зв'язку з цим, в залежності від температури рідини в свердловині піщаний пласт відзначився підвищенням (температура рідини нижче природної температури пласта) або зниженням температури (температура рідини вище температури пласта). За отриманими температурним кривим вдається виділити пласти з більшою або меншою температуропроводностью.

Збільшення діаметра свердловини в глинистих пластах, що володіють зниженою температуропроводностью, призводить до штучного зниження температуропроводности цих порід і збільшення диференційованості температурної кривої проти них. Після проведення цементування обсадної колони на інтервалі освіти цементного кільця в результаті екзотермічної реакції схоплювання цементу відбувається підігрів породи і розчину. Оптимальним часом для проведення заміру температур слід вважати 12-30 чпосле закачування цементу. Для відносно невеликих глибин, коли температура цементу перевищує температуру навколишнього середовища, водоносні піски (більш температуропроводностью) відзначаються зниженими температурами, менш температуропроводностью глини відзначаються на термограмме підвищеними значеннями температури.

Для вимірювання температури в свердловинах застосовують в основному: електричні термометри опору, що опускаються в свердловину на одножильному або трижильний кабелі. Дія електричного термометра (термометра опору) заснована на властивості металевого провідника змінювати опір  зміною температури середовища, в якій він знаходиться:

,  (16.4)

де  - Початкова температура середовища (температура рівноваги моста), зазвичай рівна 21 ° С;  - Опір провідника при температурі  (В Ом);  - Температура середовища (в ° С);  - Температурний коефіцієнт, що характеризує зміну опору Ом) провідника, т. Е. Чутливого елемента термометра (резистора) при зміні температури на 1 ° С. Як чутливий елемент термометра опору служить металевий або напівпровідниковий резистор з великим температурним коефіцієнтом. Такий термометр сприймає температуру навколишнього середовища досить швидко і дає можливість вимірювати температуру безперервним переміщенням термометра уздовж стовбура свердловини. Розрізняють декілька типів термометрів, що відрізняються за способом вимірювання опору чутливого елемента. Для вимірювання температури в нафтових і газових свердловинах найбільш широке застосування отримали електронні термометри, розраховані на роботу з одножильним кабелем.

Принципова електрична схема вимірювань електронним термометром ТЕГ-60 на одножильному кабелі (рис. 16.2), складається з наземного пульта 1, що встановлюється в каротажной лабораторії, і свердловинного приладу 2. Свердловинний прилад забезпечений електронним RC-генератором G, управління частотою якого здійснюється ланцюгом RC, містить термо чутливі резистори RT і керується за допомогою терморегулятора ємності С. Резистор RT з великим температурним коефіцієнтом є плечем мостової схеми, розташованої в свердловину приладі і живиться змінним струмом.

Зміна опору чутливого плеча Rj впливає на RC-генератор, змінюючи його частоту пропорційно опору резистора RT. В результаті період автоколивань генератора RC знаходиться в лінійній залежності від величини опору RT і, отже, від температури середовища, що оточує свердловинний термометр. Змінний струм з виходу генератора передається по кабелю на поверхню і перетворюється спеціальної схемою-періодометром П в напругу, пропорційне температурі. Отримане напруга надходить на реєстратор РК, де записується у вигляді термограмми.
 
 Харчування свердловинного приладу постійним струмом з напругою 250 В здійснюється випрямлячем В через навантажувальний опір R. Електронна схема свердловинного приладу полягає в сталевий герметизированний кожух. У нижній частині свердловинного приладу в мідних трубках розміщені термочутливих опору RT, контактують з промивної рідиною.

При роботі з електричними термометрами масштаб температурної кривої зазвичай вибирають рівним 0,25; 0,5 або 1 ° С на 1 см.Глубіну виміру температури визначають так само, як і при електричному каротажі. Перед спуском термометра в свердловину він піддається випробуванню на поверхні. Для цього звіряють показники температури навколишнього середовища, заміряні одночасно термометрами опору і ртутними. Розбіжності показань не повинні перевищувати 0,5 ° С. Температурну криву реєструють під час спуску приладу в свердловину і цим виключають похибка, пов'язану з перемішуванням промивної рідини. Термометр має теплову інерцію і сприймає температуру середовища, в яку він поміщений, не миттєво, а протягом деякого часу відповідно до формули

,  (1.5)

де  - Виміряна температура;  - Постійна часу термометра, рівна часу, протягом якого термометр сприймає приблизно 0,63 різниці температури середовища  і початкової температури термометра  до приміщення його в цю середу,  для різних типів електричних термометрів змінюється від 0,5 до 3 с.

Точність вимірювання термометра залежить від швидкості його переміщення в свердловині. чим менше  тим більше допустима швидкість. При звичайних вимірах (реєструючий масштаб 0,5 - 1 ° С на 1 см) швидкість реєстрації не повинна перевищувати 3000 /  (В м / ч), а при більш детальної записи в масштабі 0,125 oЗ / см швидкість повинна бути знижена в 1,5-2 рази.

Методика проведення дослідження

Перед вимірюванням в свердловині термометр слід випробувати на поверхні. Для цього збирають вимірювальну схему і проводять вимірювання, визначаючи одночасно температуру навколишнього середовища (зазвичай повітря в станції) ртутним термометром. Різниця в показаннях обох термометрів не повинна перевищувати 0,5 ° С.

Перевірку і настройку термометра ТЕГ-60 перед спуском в свердловину виробляють в послідовності, зазначеної нижче.

1. Після установки необхідного струму харчування (200 мА) і прогріву електронної схеми термометра, маніпулюючи кнопкою 1кН (див. Рис. 1.3), перевіряють роботу схеми комутації свердловинного приладу. Позиції перемикача 2В1 визначають по приладу 1ІП: в позиції «стандарт сигнал 100 ° С» його показання найбільше.

2. Регулюють періодометр так, щоб нульова температура термометра дорівнювала 20 ° С. Для цього свердловинний перемикач переводять в позицію «стандарт-сигнал 20 ° С» і при найбільшої чутливості схеми (праве положення ручки 1R29 «масштаб») потенціометром 1R25 «вуст. нуля »виводять відблиск гальванометра каротажного реєстратора на нуль шкали.

3. Узгоджують рівень вихідного сигналу термометра з напругою градуированного компенсатора поляризації ДКП, який застосовується для усунення температурної кривої. З цією метою при позиції «стандарт-сигнал 100 ° С» в вимірювальну ланцюг вводять напруга від ДКП, рівне  80 мВ, де  - Число мілівольт ДКП, вбрання для перенесення кривої на 1 ° С (зазвичай беруть = 2,5 мВ). Потім потенціометром 1R29 «масштаб» повертають відблиск гальванометра реєстратора в нульове положення.

4. Встановлюють масштаб запису  (° С / см), вводячи в ДКП додаткову різницю потенціалів  і домагаючись шляхом регулювання чутливості каналу реєстратора відхилення відблиску гальванометра на  см.

Після регулювання масштабу записи свердловинний перемикач 2В1 переводять в позицію «вимір», за допомогою ДКП виводять відблиск гальванометра на доріжку записи і відраховують по перемикачів ДКП і відхилення відблиску навколишнє температуру.

При роботі з мостикову термометром на трижильні кабелі зазвичай застосовують наступний порядок настройки вимірювальної схеми.

Спочатку по приладу пульта блоку живлення лабораторії встановлюють струм харчування термометра, близький до значення, зазначеного в паспорті приладу, потім проводять установку масштабу запису. Для цього з контрольного шунта RQ в кола струму пульта при замиканні її всередині пульта і збереженні встановленої сили струму подають напругу в вимірювальну ланцюг і регулюванням чутливості каналу реєстратора домагаються, щоб відхилення відблиску гальванометра (в см)

 (1.6)

де С - Постійна термометра в ° С / Ом; n- масштаб записи в ° С / см.

Після установки масштабу узгоджують свідчення ДКП з постійною по напрузі каналу. Для цього по відхиленню відблиску гальванометра регулюють ДКП так, щоб показання = 2,5 мВ відповідало 1 ° С.

Температурну криву реєструють при спуску приладу в свердловину, щоб уникнути спотворень через перемішування розчину. Перед початком запису повторюють розглянуті вище операції по налаштуванню термометра, потім для початкової точки кривої фіксують повне значення компенсує різниці потенціалів - початкову компенсацію (НК) - і визначають початкову температуру:

(16.7)

де То - Значення нульової температури термометра;  - Показання компенсатора поляризації (НК);  - Число поділок компенсатора поляризації, що припадає на 1 ° С.

На стрічці відзначають початкову точку кривої і наносять значення НК і Тн. Температурну шкалу у верхній частині кривої розмічають; шкали для наступних частин кривої встановлюють з урахуванням її зміщення. Внаслідок похибок зміщення кривої значення кінцевої температури Тк, Відраховані за шкалою, побудованою по температурі Тн, Може не збігатися з безпосередньо визначеним значенням Тк. Ця розбіжність не повинно перевищувати декількох десятих часток градуса.

Точність вимірювання сильно залежить від швидкості переміщення термометра. Термометр сприймає температуру навколишнього середовища не миттєво, а протягом деякого часу за законом

(16.8)

де Т - виміряна температура; Тс - Температура середовища; Тн - Температура термометра перед приміщенням його в дане середовище; т - постійна часу термометра, рівна часу, протягом якого термометра сприймає 0,63 різниці температур Тн і Тс.

У звичайних умовах швидкість вимірювання не повинна перевищувати 3000 / т (в м / ч), а під час запису в масштабі 0,125 ° С / см вона повинна знижуватися в 1,5- 2 рази.

Градуювання термометрів.

В процесі експлуатації і після ремонту термометра необхідно його градуювати - визначати його постійну С (Значення стандарт -сігналов для термометра ТЕГ-60) і нульову температуру То. Термометр градуируют в заповненому водою термостаті при температурах від 20 до 100 ° С.

При градуювання місткового термометра на трижильні кабелі вимірюють вихідну напругу  і силу струму I харчування термометра, використовуючи для цієї мети один і той же прилад; ртутним або іншим еталонним термометром визначають температуру води в термостаті. За результатами вимірювань будують градуювальну криву залежності  U / I від температури Т. Точка перетину кривої з віссю абсцис (  U / I = 0) дає значення нульової температури То. Для визначення постійної З вибирають два значення температури Т1 і Т2 і на кривій знаходять відповідні їм значення (  U / I)1 і (  U / I)2. Постійну термометра підраховують за формулою

(16.9)

При градуювання термометра ТЕГ-60 порівнюють показання від стандарт-сигналів, відповідних температурі 20 і 100 ° С, з показаннями термометра при температурі води в термостаті 20 і 100 ° С. Якщо ці свідчення не збігаються, підлаштування резисторами 2R5, 2R9 (див. Рис . 1.3) домагаються рівності показань. Потім проводять вимірювання при декількох значеннях температури води в інтервалі 20-100 ° С і будують графік залежності показань від температури.

Визначення постійної часу термометра.

Для визначення постійної часу термометра беруть два бака з водою з температурою T1 і Т2Зі змінною приблизно на 10 ° С, і, переносячи термометр з одного бака в інший, записують криву

Малюнок 1.3 Принципова електрична схема термометра ТЕГ-60

1 - наземний пульт. Перемикачі: В1 - «мережа»; Дон - «Комутація». Змінні резистори: R25 - «уст. нуля »; R29 - «масштаб»; 2 - свердловинний прилад. Перемикач В1 - стандарт-сигнал 20 °; стандарт-сигнал 100 ° .нелінейность графіка більше 1%, вносять виправлення в схему.

зміни температури каротажних реєстратором при великій швидкості протягання стрічки. На стрічку наносять марки часу (наприклад, від звукового генератора). Час, що минув від моменту перенесення термометра з одного бака в інший до моменту, відповідного точці кривої з температурою T1 + 0,63 (Т2 - T1), Так само постійної часу  . При вимірах воду в баках треба інтенсивно перемішувати.

Призначення і можливості методу термометрії.

Температурні вимірювання в свердловині виробляють для вирішення як геологічних завдань, так і завдань, пов'язаних з вивченням технічного стану свердловин. Вибір способу вимірювання температурної кривої і масштабу її реєстрації визначається характером і детальністю вирішуваних завдань.

Вимір абсолютних значень температури  (В ° С) в функції глибини і часу (звичайна термометрія) проводиться для вирішення наступних завдань: визначення основних геотермических параметрів (геотермічного градієнта, геотермической ступені і щільності теплового потоку), теплової характеристики порід (теплопровідності або теплового опору, температуропроводности), вивчення технічного стану свердловин (висоти підйому цементу за колоною, наявності перетоків флюїду в затрубному просторі і місць його надходження в свердловину, виявленіяінтервалов поглинання рідини або її надходження з пласта в свердловину в процесі буріння). Термограмми реєструються з точністю до 0,25-0,50 ° С.

Для виявлення невеликих температурних аномалій, що обчислюються десятими і сотими частками градуса, застосовуються методи високочутливий термометрії. Остання ефективно використовується при визначенні зон закачування газу в підземні газосховища, глибини закачаного під тиском цементу, розташування продуктивного пласта і газонафтового контакту, місць втрати циркуляції в буря свердловині, зон гідророзриву і т. П. Подальше підвищення чутливості глибинних приладів дасть можливість розширити коло завдань, розв'язуваних в нафтогазопромислового геології за температурними вимірам. Найбільш важливими питаннями є виділення пластів по їх тепловим характеристикам і визначення характеру нефтегазона насиченості.

Можливості температурних змін для виявлення локальних аномалій в свердловині значно розширилися з розробкою високочутливих термометрів на напівпровідниках - аномалій-термометрів. Такі термометри розраховані для вивчений теплових полів низької інтенсивності і здатні реєструвати температуру в детальному масштабі до 0,02 ° С / см. В свердловин зі сталим тепловим режимом ділянки розрізу зі зниженими та підвищеними значеннями температури відзначаються на аномалій-термограмме відповідно зниженими або підвищеними аномаліями на тлі діаграми геотермічного градієнт.

Обробка і інтерпретація результатів досліджень

Форма реєстрованих кривих. Відбиття кордонів пласта.

В основі методів інтерпретації термограмм лежать інформативні ознаки, виявлені в результаті теоретичного вивчення особливостей теплового поля в свердловинах і аналізу результатів промислових температурних вимірювань.

При інтерпретації обов'язковий облік даних про конструкції, технічний стан, розрізі свердловини і інший геолого-промислової інформації, одержуваної незалежно від температурних вимірювань, в тому числі матеріалів комплексу ГІС.



Попередня   23   24   25   26   27   28   29   30   31   32   33   34   35   36   37   38   Наступна

Крива ПС проти порід різної літології | лекція 16 | лекція 17 | Радіоактивний каротаж. Гамма-гамма каротаж | лекція 19 | лекція 20 | лекція 21 | лекція 22 | лекція 23 | Застосування даних каротажу для вивчення геологічної будови родовищ. |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати