Геотермічного градієнт - студопедія

У загальному випадку температура пласта збільшується з глибиною. Ступінь цього збільшення називається геотермічних градієнтом. До глибини 50-400 футів. де температура знаходиться під впливом змін температури атмосфери і циркулюючих грунтових вод, геотермічний градієнт відносно постійний. Однак, будучи досить постійної в будь-якої одиночної свердловині, величина геотермічного градієнта може істотно варіювати від дільниці до дільниці, навіть в межах одновікових горизонту [25]. На відміну від пластового тиску, зазвичай знижується у міру вилучення з покладу нафти і газу, пластова температура в основному залишається незмінною.

Вимірювання пластової температури проводиться самозапісивающімі термометрами, опускають в свердловину. Записує прилад може перебувати всередині інструменту, званого температурної бомбою. яка опускається в свердловину, або залишатися на поверхні, а в свердловину в цьому випадку опускається тільки сам термометр [26]. Якщо необхідно заміряти величину температури, відповідної термічної рівноваги, свердловина повинна бути зупинена на декілька днів або навіть тижнів, щоб виключити вплив різних локальних факторів, що можуть призвести до зміни температури, як, наприклад, схоплювання цементу за колоною, надходження до свердловини газу або води внаслідок порушення колони і т.п.

Величина геотермічного градієнта дорівнює відношенню різниці пластової температури і середньорічної температури на поверхні до глибини залягання пласта.

Геотермічного градієнт = (пластова температура # 8209; середньорічна температура) / глибина залягання пласта

Величина геотермічного градієнта може бути виражена по-різному. Іноді вона виражається в градусах Фаренгейта на 100 футів глибини, складаючи в

Фіг. 9-14. Геотермічний градієнт (близько 1 ° F / 62,5 фут), нафтове родовище Елк-Бейсін, Вайомінг (Espach, Fry, U.S. Bur. Mines, RI 4768, Fig. 12, opp. P. 10).

Фіг. 9-15. Градієнти температури і тиску, група родовищ району Велика Офісіна, Венесуела (геотермічний градієнт дорівнює приблизно 1 ° F / 50 фут глибини (Неdberg, Sass, Funkhouser, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol. 31, p. 2124, Fig. 11 , 1947).

середньому 2 ° F на 100 футів (1 ° С на кожні 27,5 м). Найбільш поширене зворотне вираз # 8209; кількість футів зростання глибини, що припадає на 1 ° F збільшення температури¹. Цей показник становить в середньому 50 футів / Г F, змінюючись від 20 до 180 футів на 1 ° F. Таким чином, на забої 5000-футовий свердловини

¹В радянській літературі цей показник називається геотермической щаблем і вимірюється в м / ° С. - Прим. перев.

температура повинна досягати 160 ° F (температура на поверхні 60 ° F плюс 100 ° F # 8209; за середньою величиною градієнта для глибини 5000 футів). Типові геотермічні градієнти показані на фіг. 9-14, 9-15 і 9-16. Аномально високі величини геотермічного градієнта досягають 20-40 футів / ° F, а аномально низькі # 8209; 120-180 футів / ° F.

изотермическая поверхню # 8209; це така поверхня, на якій температура постійна у всіх точках. На профілі фіг. 9-17 показаний ряд ізотермічних поверхонь між містами Талса і Оклахома-Сіті в Оклахомі. Зокрема, геотермічна поверхню, відповідна

Фіг. 9-16. Геотермические градієнти, група покладів в північно-східному Техасі і північно-західній Луїзіані (величина градієнта змінюється від 1 ° F / 44 фут / лр 1 ° F / 50 фут) (Nichols, Tech. Paper 2114, Trans. Am. Inst. Min . Met. Engrs. 170, p. 46, Fig. 2, 1947).

100 ° F поблизу Оклахома-Сіті розташовується на глибині близько 4200 футів. а біля Талса, в 100 милях від першого, на глибині 1800 футів [27]. Це означає, що геотермічний градієнт біля Оклахома-Сіті дорівнює приблизно 1 ° F на 100 футів. в той час як біля Талса # 8209; 1 ° F на 36 футів. Розріз в районі Талса представлений більш давніми, ніж в районі Оклахома-Сіті, докембрийскими гранітами і метаморфічними породами фундаменту, що характеризуються і більш високим ступенем теплопровідності.

Геотермічний градієнт може бути показаний у вигляді ізоліній. Лінії рівних значень температури, розташовані на будь-якої поверхні вище або нижче рівня моря, називаються ізогеотермамі. Якщо горизонталі, проведені через 100 футів глибини відповідають геотермічних градієнтом, то такі карти називаються картами ізоградіентов. На фіг. 9-18 показані карти ізоградіентов для деяких районів Техасу, Нью-Мексико, Оклахоми, Арканзасу і Луїзіани, де величина геотермічного градієнта варіює приблизно в межах 0,4-2,2 ° F на 100 футів глибини [28]. Цікавий аномально низький градієнт температур, який утворює «западини» приблизно в центральній частині басейну Мідленд в Нью-Мексико і західному Техасі.

Зростаючий інтерес до видобутку нафти і газу з глибин понад 15 000 футів (4,5 км) викликає ряд проблем, пов'язаних з впливом високого тиску і температур, які можуть бути зустрінуті на цих глибинах. У США температура 212 ° F (100 ° С) була зафіксована в трьох випадках на глибинах менше 7000 футів і в трьох випадках # 8209; на глибинах понад 10 000 футів [29]. Критична температура води 374 ° С (705 ° F), судячи з розрахунків, характерна для глибини, значно

Фіг. 9-17. Профіль, що показує зміну пложения ізотермічних поверхонь між містами Оклахома-Сіті і Талса на відстані приблизно 100 миль (McCutchin, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol. 14, p. 542, Fig. 2).

Ізотерма 100 ° F розташовується на глибинах, відповідних зміни величини геотермічного градієнта від 1 ° F / 107 фут на заході до 1 ° F / 36,5 фут на сході, приблизно паралельно нашарування опадів. Найбільш древні палеозойські відкладення і докембрийские граніти в східній частині профілю розташовуються ближче до поверхні, ніж в західній.

перевищує 30 000 футів (9 км). Тиску і температури, заміряні в декількох глибоких свердловинах, наведені в табл. 9-1. Слід зауважити, що градієнти тиску

Фіг. 9-18. Карта ізотермальних градієнтів Техасу і частини Луїзіани в градусах Фаренгейта на 100 футів глибини (Nichols, Trans. Am. Inst. Min. Met. Engrs. 170, p. 46, Fig. 2, 1947).

Величина пластової температури в будь-якій точці карти може бути визначена шляхом множення величини геотермального градієнту в цій точці на глибину і додавання до одержали результату середньорічної температури на поверхні 74 ° F.

і температури в деяких з цих глибоких свердловин навіть менше, ніж у багатьох нафтогазоносних районах, що характеризуються високими значеннями градієнтів.

Коли заміри температур зроблені досить ретельно, то на діаграмах температура # 8209; глибина градієнт зазвичай являє собою лінію, злегка вигнуту в сторону осі глибин. З глибиною нахил цієї лінії злегка збільшується, що вказує на поступове зростання градієнта температури в міру занурення [29].

Геотермічний градієнт, заміряний в тій чи іншій свердловині або в тому чи іншому районі, може варіювати в залежності від типу порід, що складають розріз. Зокрема, в одній з свердловин, пробурених в Нью-Мексико [30], заміряні наступні градієнти для різних типів відкладень:

Середній геотермічний градієнт по цій свердловині, максимальна глибина якої 6 683 фути (перм), становить 131,8 фут / ° F, причому в інтервалі глибин 0-3 500 футів він дорівнює 2 ° F на 100 футів. а в інтервалі 3 500-6 300 футів # 8209; 1,2 ° F на 100 футів. Приблизно такий же характер має усереднена крива геотермічного градієнта по восьми дослідженим свердловинах родовища Рейнджлі в Колорадо [31], показана на фіг. 9-19, на якій зміни геотермічного градієнта відбуваються на позначку 1800 футів вище рівня моря, де глинисті породи формації Манкос (верхня крейда) налягають на пісковики формації Дакота (верхня крейда). На фіг. 9-20 показано зміна геотермічного градієнта в поклади родовища Ла-Пас в західній Венесуелі. Величина геотермічного градієнта змінюється від 1,66 ° F / 100 фут в інтервалі 0-4000 футів до 1,0 ° F на 100 футів нижче цієї глибини, що відповідає переходу від теоретичних пісковиків і сланців до крейдяних вапняках. У всіх наведених випадках зміни величини градієнта, мабуть, найкраще пояснюються зміною ТЕПЛОПРОМ водності (див. Стор. 398: глава 9, джерела теплової енергії. - А.Ф.) Розкритих свердловинами

Фіг. 9-19. Усереднена ттоооп крива по восьми температурним градиентам родовища Рейнджлі, Колорадо (Cupps, Lipstate, Fru U.S. Bur. Mines, RI 4761, Fig. 5, 1951).

Зміна величини градієнта від 1 ° F / 51 фут дo 1 ° F / 68 фут на позначку 1800 футів вище рівня моря (на глибині около3500 футів) відповідає контакту підошви сланців Манкос і покрівлі пісковиків Дакота (крейда), що, мабуть, пов'язано з різною теплопровідністю пісковиків і сланців.

Величина геотермічного градієнта може змінюватися і в межах локальної структури, Наприклад, величини геотермічного градієнта, заміряні в склепінних частинах 57 антиклінальних складок [32], складають 47,4-50,6 футів на 1 ° F, а на крилах цих же складок # 8209; 51,3-62,1 фута на 1 ° F. Детальне вивчення пластової температури в пісковиках Вебер (Пенсільванія) на родовищі Рейнджлі в Колорадо також свідчить про вплив на величину заміряє температури положення свердловини на структурі. На фіг. 9-21 видно, що ізотерма 160 ° F підвищується на зводі і знижується на крилі антикліналі. Нафтоносні антиклінальні складки в Оклахомі також характеризуються відносно підвищеними температурами в порівнянні з оточуючими ділянками [26]. Відмінності ці дуже малі, але цілком вимірні і безумовно закономірні.

Дослідження, проведені в Каліфорнії [33] і долині Рейну [34], свідчать про те, що саме по собі наявність в пластах нафти і газу не впливає на температуру. Остання змінюється головним чином в зв'язку

Фіг. 9-20. Зміна величини геотермічного градієнта від денної поверхні до підошви пісковиків Газарс, до глибини близько 4000 футів. і в крейдяних вапняках в інтервалі 4000-9000 футів (середньорічна температура на поверхні 83,3 ° F) (Rоjas, Smith, Austin, Report of Ministry of Mines and Hydrocarbons, Venezuela, Nat. Petr. Convention, p. 214, Fig. 5, 1951).

зі зміною структурного стану точки виміру: в точках більш високого гіпсометричного положення температура підвищується незалежно від наявності нафти. Позитивні температурні аномалії фіксуються також над

Фіг. 9-21. Ізогеотерміческій профіль родовища Рейнджлі, Колорадо (Lipstate, Fry, U.S. Bur. Mines, RI 4761, opp. P. 6, Fig. 6, 1951).

Заміри температури зроблені навхрест простягання структури. Ізогеотерма 160 ° F перетинає покрівлю продуктивних пісковиків Вебер (Пенсільванія) на крутому крилі складки. а # 8209; покрівля пісковиків Вебер; б # 8209; площину через головну вісь складки по покрівлі пісковиків Вебер.

соляними куполами. Мабуть, підвищення температури над піднятими ділянками пояснюється більш близьким заляганням до поверхні порід, що мають більш високу температуру. Теоретично за температурними картками неглибоких горизонтів можна виявити позитивні структури, однак вартість цих робіт, мабуть, значно вище, ніж інших методів структурного картування.