Фізичні основи використання термокаротажу

Термічні методи дослідження свердловин

Контрольні запитання

Задачі, що вирішуються за допомогою акустичного каротажу

Результати акустичного каротажу в комплексі з іншими геофізичними методами дозволяють розв’язувати наступні задачі пошуково-розвідувальної та промислової геології:

- літологічне розчленування та кореляція розрізів свердловин;

- стратиграфічна прив’язка відкладів;

- виділення пластів-колекторів;

- визначення характеру насичення пластів;

- визначення коефіцієнта пористості;

- визначення розміщення газорідинного та водонафтового контактів;

- контроль за якістю цементування обсадної колони.

1. Сформулюйте фізичні основи акустичного каротажу та задачі, що вирішуються за допомогою даного методу.

2. Які ви знаєте механічні величини, що характеризують вплив пружної хвилі на середовище?

3. Які ви знаєте типи пружних хвиль, їх характеристики?

4. Які ви знаєте пружні властивості гірських порід?

5. Які ви знаєте види акустичних досліджень у свердловинах?

6. Яка будова, принцип дії і характеристики випромінювачів пружних коливань?

7. Охарактеризуйте структурну будову апаратури АК.

8. Як використовуються дані АК для вивчення геологічних розрізів свердловин?

9. Як визначається пористість за допомогою інтервального часу?

10. Які фізичні процеси використовуються в акустичному методі? Що таке “інтервальний час”

11. Якими характерними аномаліями на діаграмах геофізичних методів відрізняється пласт-колектор?

Інтенсивність і поширення теплових полів залежить від термічних властивостей, геометричних форм і розмірів досліджуваних середовищ.

Термічні властивості гірських порід характеризуються коефіцієнтом теплопровідності або питомим тепловим опором, тепловою анізотропією, питомою теплоємністю і коефіцієнтом температуропровідності.

Коефіцієнт теплопровідності l визначається з відомого рівняння Фур’є:

, (5.1)

яке описує передачу тепла dQ за час dt через елемент середовища з поперечним перерізом ds, довжиною dl при перепаді температур dt. У рівнянні (5.1) l характеризує властивість середовища передавати теплову енергію її молекул і називається питомою теплопровідністю середовища. У системі СІ має розмірність Вт/м·градус.

Питомий тепловий опір x – величина, яка обернена питомій теплопровідності l, і має розмірність м·градус/Вт. Для різних гірських порід і корисних копалин x змінюється в широких межах – від тисячних до десятків м·градус/Вт. Він знижується зі збільшенням щільності, вологості, проникності і вмісту льоду в породі, підвищується при заміщенні в поровому просторі води нафтою, газом або повітрям і залежить від шаруватості порід (теплова анізотропія).

Теплова анізотропія порід характеризується безрозмірним коефіцієнтом

, (5.2)

де x_n і x_t – питомі теплові опори породи по нормалі та по дотичній до напластування.

Так як в шаруватих породах x_n>x_t, то l_t>1 (1,015-1,32).

Питома теплоємність С_р визначається з рівняння

, (5.3)

яке описує зміну температури dt тіла, що має об’єм dV і густину d, при наданні тілу тепла dQ. Коефіцієнт С_р у рівнянні (5.3) характеризує властивість середовища змінювати свою температуру. В системі одиниць СІ С_р має розмірність Дж/кг·градус. Для більшої частини гірських порід і корисних копалин С_р змінюється у відносно невеликих межах – від 580 до 2090 Дж/кг·градус, зростаючи зі збільшенням вологості.

Коефіцієнт температуропровідності а входить множником у диференціальне рівняння теплопровідності і має розмірність м²/с. Величина а визначається співвідношенням а=l/С_рd. Це комплексний параметр, що характеризує тепло-інерційні властивості гірських порід. Він виражає зміну температури одиниці об’єму середовища за одиницю часу. Гірські породи розрізняються за температуропровідністю більш ніж у 100 разів.

У розподілі природного теплового поля істотне значення має тепловий опір, а при вивченні нестаціонарних теплових процесів, при аналізі штучних теплових полів у свердловинах – теплоємність і температуропровідність гірських порід. Диференціація гірських порід і корисних копалин за термічними властивостями лежить в основі застосування термічних методів для вивчення геологічних розрізів свердловин, а теплова анізотропія гірських порід забезпечує можливість рішення тектонічних задач.

Аналіз теплових полів зводиться до рішення диференціального рівняння теплопровідності, що у випадку однорідного ізотропного середовища в системі прямокутних координат має вигляд:

, (5.4)

де ¶t/¶t – зміна температури t з часом t в точці з координатами x, y, z; Ѳt – лапласіан від функції t, що має в прямокутній системі координат наступне вираження:

. (5.5)

Інтегрування рівняння в умовах нестаціонарних теплових процесів, коли ¶t/¶t =0, є складною задачею, яку можна розв’язати лише для найбільш простих окремих випадків поширення тепла.

При сталому процесі теплообміну, коли ¶t/¶t =0, рівняння (5.4) перетвориться в рівняння Лапласа

. (5.6)