ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА (Арвилл Леворсен) - часть 50

 

  Главная      Учебники - Разные     ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА (Арвилл Леворсен) - 1970 год

 

поиск по сайту            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  48  49  50  51   ..

 

 

ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА (Арвилл Леворсен) - часть 50

 

 

месторождение Элк-Бейсин, Вайоминг (Espach, Fry, U.S. Bur. Mines, RI 4768, Fig. 12,
opp., p. 10).

Фиг. 9-15. Градиенты температуры и давления, группа месторождений района

Большая Офисина, Венесуэла (геотермический градиент равен примерно 1°F/50 фут
глубины (Неdberg, Sass, Funkhouser, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 31, p. 2124, Fig. 11,
1947).

среднем 2°F на 100  футов  (1°С на каждые 27,5  м). Более распространено обратное

выражение  -  количество   футов   возрастания   глубины,   приходящееся   на   1°F

увеличения   температуры¹.   Этот   показатель   составляет   в   среднем   50   футов/Г   F,

изменяясь   от   20   до   180   футов   на   1°F.   Таким   образом,   на   забое   5000-футовой

скважины

¹В   советской   литературе   этот   показатель   называется   геотермической   ступенью   и

измеряется в м/°С. - Прим. перев.

температура должна достигать 160°F (температура на поверхности 60°F плюс 100°F -

по средней величине градиента для глубины 5000 футов). Типичные геотермические

градиенты   показаны   на   фиг.   9-14,   9-15   и   9-16.   Аномально   высокие   величины

геотермического градиента достигают 20-40 футов/°F, а аномально низкие - 120-180

футов/°F.

Изотермическая поверхность - это такая поверхность, на которой температура

постоянна   во   всех   точках.   На   профиле   фиг.   9-17   показан   ряд   изотермических

поверхностей   между   городами   Талса   и   Оклахома-Сити   в   Оклахоме.   В   частности,

геотермическая поверхность, соответствующая

Фиг.   9-16.   Геотермические   градиенты,   группа   залежей   в   северо-восточном

Техасе и северо-западной Луизиане (величина градиента изменяется от 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   близ   Оклахома-Сити   располагается   на   глубине   около   4200  футов,   а   близ

Талсы,   в   100   милях   от   первого,   на   глубине   1800   футов   [27].   Это   значит,   что

геотермический градиент близ Оклахома-Сити равен примерно 1°F на 100 футов, в то

время как близ Талсы  -  1°F на 36  футов. Разрез в районе Талсы представлен более

древними,   чем   в   районе   Оклахома-Сити,   докембрийскими   гранитами   и

метаморфическими   породами   фундамента,   характеризующимися   и   более   высокой

степенью теплопроводности.

Геотермический градиент может быть показан в виде изолиний. Линии равных

значений температуры, расположенные на какой-либо поверхности выше или ниже

уровня моря, называются изогеотермами. Если горизонтали, проведенные через 100

футов  глубины   соответствуют   геотермическому   градиенту,   то   такие   карты

называются картами изоградиентов. На фиг. 9-18 показаны карты изоградиентов для

некоторых   районов   Техаса,   Нью-Мексико,   Оклахомы,   Арканзаса   и   Луизианы,   где

величина геотермического градиента варьирует примерно в пределах 0,4-2,2°F на 100

футов глубины [28]. Интересен аномально низкий градиент температур, образующий

«впадины»   примерно   в   центральной   части   бассейна   Мидленд   в   Нью-Мексико   и

западном Техасе.

Возрастающий интерес к добыче нефти и газа с глубин свыше 15 000  футов

(4,5  км)   вызывает   ряд   проблем,   связанных   с   влиянием   высоких   давлений   и

температур, которые могут быть встречены на этих глубинах. В США температура

212°F (100°С) была зафиксирована в трех случаях на глубинах менее 7000 футов и в

трех случаях - на глубинах свыше 10 000 футов [29]. Критическая температура воды

374° С (705°F), судя по расчетам, характерна для глубины, значительно

 

Фиг.   9-17.   Профиль,   показывающий   изменение   пложения   изотермических

поверхностей между городами Оклахома-Сити и Талса на расстоянии примерно 100
миль (McCutchin, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 14, p. 542, Fig. 2).

Изотерма   100°F   располагается   на   глубинах,   соответствующих   изменению

величины геотермического градиента от 1°F/107 фут на западе до 1°F/36,5 фут на
востоке,   примерно   параллельно   напластованию   осадков.   Наиболее   древние
палеозойские   отложения   и   докембрийские   граниты   в   восточной   части   профиля
располагаются ближе к поверхности, чем в западной.

превышающей   30 000  футов  (9 км).   Давления   и   температуры,   замеренные   в

нескольких   глубоких   скважинах,   приведены   в   табл.   9-1.   Следует   заметить,   что

градиенты давления

 

Фиг.   9-18.   Карта   изотермальных   градиентов   Техаса   и   части   Луизианы   в

градусах Фаренгейта на 100 футов глубины (Nichols, Trans. Am. Inst. Min. Met. Engrs.,
170, p. 46, Fig. 2, 1947).

Величина пластовой температуры в любой точке карты может быть определена

путем   умножения   величины   геотермального   градиента   в  этой   точке   на   глубину   и
прибавления   к   получившемуся   результату   среднегодовой   температуры   на
поверхности 74°F.

и температуры в некоторых из этих глубоких скважин даже меньше, чем во многих

нефтегазоносных районах, характеризующихся высокими значениями градиентов.

Когда   замеры   температур   произведены   достаточно   тщательно,   то   на

диаграммах   температура  -  глубина   градиент   обычно   представляет   собой   линию,

слегка   изогнутую   в   сторону   оси   глубин.   С   глубиной   наклон   этой   линии   слегка

увеличивается, что указывает на постепенное возрастание градиента температуры по

мере погружения [29].

Геотермический градиент, замеренный в той или иной скважине либо в том

или ином районе, может варьировать в зависимости от типа пород, слагающих разрез.

В   частности,   в   одной   из   скважин,   пробуренных   в   Нью-Мексико   [30   ],   замерены

следующие градиенты для различных типов отложений: 

Средний геотермический градиент по этой скважине, максимальная глубина

которой 6 683 фута (пермь), составляет 131,8 фут/°F, причем в интервале глубин 0-

3 500 футов он равен 2°F на 100 футов, а в интервале 3 500-6 300 футов - 1,2°F на

100 футов. Примерно такой же характер имеет усредненная кривая геотермического

градиента   по   восьми   исследованным   скважинам   месторождения   Рейнджли   в

Колорадо   [31],   показанная   на   фиг.   9-19,   на   которой   изменения   геотермического

градиента   происходят   на   отметке   1800  футов  выше   уровня   моря,   где   глинистые

породы формации Манкос (верхний мел) налегают на песчаники формации Дакота

(верхний мел). На фиг. 9-20 показано изменение геотермического градиента в залежи

месторождения Ла-Пас в западной Венесуэле. Величина геотермического градиента

изменяется от 1,66° F/100 фут в интервале 0-4000 футов до 1,0°F на 100 футов ниже

этой   глубины,   соответствующей   переходу   от   третичных   песчаников   и   сланцев   к

меловым известнякам. Во всех приведенных случаях изменения величины градиента,

по-видимому, лучше всего объясняются изменением теплопро водности (см. стр. 398:

глава 9, источники тепловой энергии. – А.Ф.) вскрытых скважинами 

Фиг. 9-19. Усредненная ттоооп кривая по восьми температурным градиентам

месторождения Рейнджли, Колорадо (Cupps, Lipstate,  Fru  U.S.  Bur.  Mines,  RI  4761,
Fig. 5, 1951).

Изменение величины градиента от 1°F/51 фут дo 1°F/68 фут на отметке 1800

футов  выше   уровня   моря   (на   глубине   около3500   футов)   соответствует   контакту
подошвы сланцев Манкос и кровли песчаников Дакота (мел), что, видимо, связано с
различной теплопроводностью песчаников и сланцев. 

Величина   геотермического   градиента   может   изменяться   и   в   пределах

локальной структуры, Например, величины геотермического градиента, замеренные в

сводовых частях 57 антиклинальных складок [32], составляют 47,4-50,6 футов на 1°F,

а на крыльях этих же складок - 51,3-62,1 фута на 1°F. Детальное изучение пластовой

температуры   в   песчаниках   Уэбер   (пенсильваний)   на   месторождении   Рейнджли   в

Колорадо   также   свидетельствует   о   влиянии   на   величину   замеряемой   температуры

положения   скважины   на   структуре.   На   фиг.   9-21   видно,   что   изотерма   160°F

повышается   на   своде   и   снижается   на   крыле   антиклинали.   Нефтеносные

антиклинальные   складки   в   Оклахоме   также   характеризуются   относительно

повышенными   температурами   по   сравнению   с   окружающими   участками   [26].

Различия эти очень малы, но вполне измеримы и безусловно закономерны.

Исследования,   проведенные   в   Калифорнии   [33]   и   долине   Рейна   [34],

свидетельствуют о том, что само по себе наличие в пластах нефти и газа не влияет на

температуру. Последняя изменяется главным образом в связи

Фиг.   9-20.   Изменение   величины   геотермического   градиента   от   дневной

поверхности   до   подошвы   песчаников   Газарс,   до   глубины   около   4000  футов,   и   в
меловых известняках в интервале 4000-9000  футов  (среднегодовая температура на
поверхности   83,3°F)   (Rоjas,   Smith,   Austin,   Report   of   Ministry   of   Mines   and
Hydrocarbons, Venezuela, Nat. Petr. Convention, p. 214, Fig. 5, 1951).

с   изменением   структурного   положения   точки   замера:   в   точках   более   высокого

гипсометрического   положения   температура   повышается   независимо   от   наличия

нефти. Положительные температурные аномалии фиксируются также над

Фиг. 9-21. Изогеотермический профиль месторождения Рейнджли, Колорадо

(Lipstate, Fry, U.S. Bur. Mines, RI 4761, opp., p. 6, Fig. 6, 1951).

Замеры температуры произведены вкрест простирания структуры. 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 кубфутов 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

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

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  48  49  50  51   ..