Метод естественного теплового поля

В методе естественного теплового поля изучают распределение в сква­жине температур, создаваемых региональным тепловым полем земли и ло­кальными тепловыми полями, возникающими в горных породах при их пересечении скважиной.

Исследования методом естественного теплового поля проводят только в скважинах, где каких-либо работ не проводилось определенное время, достаточное для того, чтобы буровой раствор воспринял температуру окру­жающих пород.

При исследованиях регионального теплового поля земли изучают ве­личину геотермического градиента Г (врад/м), опреде­ляющего скорость нарастания температуры t в скважине с глубиной h , или величину, обратную геотермическому градиенту, - геотермическую ступень . Величина геотермиче­ского градиента зависит от плотности естественного те­плового потока q и удельного теплового сопро­тивления горных пород .

Под удельным тепловым сопротивлением горных пород понимают величину, обратную их теплопроводности :

 

В зависимости от литологического состава, плотности, влажности и содер­жания минералов с металлической проводимостью тепловые сопротивления горных пород колеблются от десятых долей до нескольких единиц, умень­шаясь с увеличением перечисленных выше факторов (табл. 8). Это позволяет проводить, по данным метода естественного теплового поля, расчленение разреза скважин по тепловым свойствам горных пород. В оса­дочных отложениях наибольшим тепловым сопротивлением характеризуются глины, наименьшим — гидрохимические и карбонатные осадки.

 

Величина плотности теплового потока q при прочих равных условиях определяется глубинной тектоникой.

В отложениях, покрывающих интрузии изверженных и гидрохимические осадки, а также в отложениях, залегающих над антиклинальными поднятиями, плотность теплового потока, а следовательно и величина геотермического градиента повышаются (рис. 45). Это предопределяет возможность использования данных метода естественного теплового поля для изучения тектонического строения района и в благоприятных условиях – для выделения структур, не вскрытых скважинами.

Разные геологические провинции и районы характеризуются различной величиной геотермического градиента. Максимальные значения его приурочены к областям новейших горных сооружений альпийской складчатости, минимальные — к областям древних кристаллических щитов и древних складчатых зон.

Естественные локальные тепловые поля возникают в скважине за счет физико-химических процессов, протекающих в породах и на контактах их с буровым раствором, с выделением или поглощением тепла. Повышение температур в скважинах, связанное с окислительными процессами, наблю­дается против залежей сульфидов и каменных углей; локальные пониже­ния температур в скважинах — против галогенных и газонефтеносных пла­стов. В первом случае понижение температур связано с эндотермическим процессом растворения галоидов, во втором— с дроссельным процессом расширения газа и перехода углеводородов из жидкой фазы в газообразную при понижении пластового давления. Локальные тепловые поля возни­кают также против водоносных горизонтов с циркулирующими в них во­дами. На термограммах, зарегистрированных высокочувствительными термо­метрами, все эти полезные ископаемые отмечаются соответственно повыше­нием или понижением температур.

Область применения метода — определение геотермического градиента Г, расчленение разреза скважин по тепловым свойствам пород, выделение полезных ископаемых (газ, нефть, каменный уголь, сульфиды, каменная соль), изучение глубинной тектоники района.