Введение к работе
Актуальность работы
Последние десятилетия характеризуются развитием и быстрым внедрением новых методов геотермических исследований нефтегазовых месторождений, основанных на применении оптико-волоконных датчиков для измерений температуры в скважинах, интерпретации пространственно-временных вариаций температуры и анализе распределения плотности теплового потока в горных массивах. Все это, а также повышение важности фундаментальных и прикладных геотермических и петрофизических исследований осадочных бассейнов в рамках континентального научного бурения привело к необходимости значительно повысить уровень достоверности информации о тепловых свойствах осадочных пород.
При отсутствии в настоящее время достаточно надежных средств измерений тепловых свойств в скважинах изучение этих свойств сводится к массовым измерениям при нормальных термобарических условиях с последующим изучением влияния пластовых давлений и температур на отдельных образцах. В связи с этим актуальной задачей геотермических и петротепловых исследований является повышение уровня экспериментальных теплофизических исследований осадочных пород на керне лабораторными методами при нормальных условиях. Важным также является развитие инженерных теоретических моделей эффективных тепловых свойств осадочных пород, разработка методик измерений тепловых свойств с использованием шлама, создание подходов к прогнозу тепловых свойств пород по результатам нетепловых методов каротажа.
В условиях недостатка данных о теплопроводности и особенно температуропроводности осадочных горных пород, имеющейся в справочной и научно-технической литературе, актуальным является получение существенно более представительной, хорошо обеспеченной с метрологической точки зрения
экспериментальной информации о тепловы)] «пйагявриіраагоиимк; типов этих
БИБЛИОТЕКА {
х 9 ^**<*o .*
пород. Решение этой задачи способствует получению надежных данных о связях тепловых свойств с другими физическими свойствами осадочных пород, в первую очередь - с коллекторскими свойствами. Создание представительных баз данных по тепловых свойствам осадочных пород и их корреляционным связям с другими свойствами должно стать важным результатом таких работ. Совершенствование экспериментально-методической базы теплофизических измерений позволит расширить информацию о вертикальных вариациях и глубинных значениях плотности теплового потока на участках бурения скважин.
Цель работы
Целью работы является развитие теоретической и экспериментально-методической базы определения тепловых свойств горных пород, повышение представительности и надежности экспериментальной информации о тепловых свойствах осадочных пород и плотности теплового потока для разных регионов.
Основные задачи исследований
В соответствии с поставленной целью в работе решается ряд конкретных задач, основными из которых являются:
-
Совершенствование экспериментально-методической базы для измерений тепловых свойств горных пород на керне при нормальных термобарических условиях.
-
Разработка методов определения тепловых свойств горных пород при отсутствии кернового материала.
-
Расширение метрологически обоснованной информации о тепловых свойствах различных типов осадочных горных пород с учетом тепловой анизотропии и неоднородности пород.
-
Анализ корреляционных зависимостей тепловых свойств с коллекторскими и другими физическими свойствами осадочных пород.
-
Повышение эффективности применения теоретической модели эффективной теплопроводности Лихтенеккера при теплофизических исследованиях осадочных пород.
-
Создание базы данных по тепловым свойствам осадочных пород на основании высокоточных массовых измерений на керновом материале.
-
Получение экспериментальной информации о вертикальных вариациях и глубинных значениях плотности теплового потока.
Научная новизна работы
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Разработаны экспериментально-методические и метрологические подходы, повышающие качество измерений теплопроводности и температуропроводности горных пород методом оптического сканирования в лабораторных условиях и улучшающие надежность корреляционного анализа при петрофизических исследованиях.
-
На основе массовых прецизионных измерений тепловых свойств различных типов осадочных пород на представительных коллекциях керна, отобранных с нефтяных и газовых месторождений и объектов научного бурения, получены представительные, метрологически обоснованные данные о тепловых свойствах осадочных пород.
-
По результатам обширных экспериментальных исследований установлены корреляционные зависимости между тепловыми и другими физическими свойствами различных типов осадочных пород.
-
Путем определения поправочных коэффициентов для различных литотипов повышено качество оценки теплопроводности осадочных пород с использованием теоретической модели Лихтенеккера.
-
Создана методика определения теплопроводности и температуропроводности пород по шламу.
6. На основе установленных корреляционных связей между тепловыми
и другими физическими свойствами показана возможность оценки тепловых
свойств по результатам нетепловых видов каротажа.
7. Получены новые экспериментальные данные о распределении
плотности теплового потока с гллбиной и его глубинных значениях для
различных регионов.
Защищаемые научные положения
-
Разработанная методика исследований тепловых свойств осадочных горных пород, включающая обеспечение прецизионных измерений теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости, учет неоднородности образцов, преимущественное использование составляющей теплопроводности вдоль слоистости пород и использование относительного изменения теплопроводности при флюидонасыщении образцов в качестве информативного параметра, обеспечивает повышение качества корреляционного анализа связей между тепловыми и другими физическими свойствами пород.
-
Результаты массовых прецизионных измерений теплопроводности, температуропроводности, объемной теплоемкости и коэффициента тепловой анизотропии для более чем 2500 образцов осадочных пород обеспечили формирование базы данных по тепловым свойствам пород и являются представительной основой для установления корреляционных связей тепловых свойств с другими физическими свойствами и позволяют регистрировать вертикальные вариации плотности теплового потока при геотермических исследованиях.
3. Использование корректирующих коэффициентов, определенных
экспериментально для различных литотипов пород на представительных
коллекциях, включающих более 870 образцов, повышает эффективность
применения теоретической модели теплопроводности Лихтенеккера для оценки
теплопроводности осадочных горных пород.
4. Определение эффективных тепловых свойств искусственных композитных образцов, изготавливаемых из шлама и двух заполнителей с различными тепловыми свойствами, с последующим расчетом теплопроводности и температуропроводности пород на основе теоретических моделей тепловых свойств неоднородных сред и использование комплекса установленных корреляционных зависимостей между теплопроводностью и другими физическими свойствами в совокупности с нетепловыми видами каротажа позволяют оценивать тепловые свойства осадочных горных пород в условиях отсутствия кернового материала.
Практическая ценность работы
Практическая ценность работы заключается в следующем.
1. Созданы новые и усовершенствованы уже существующие экспериментальные и теоретические подходы для определения тепловых свойств горных пород как при наличии кернового материала, так и при его отсутствии;
2.' Разработана представительная база данных по тепловым свойствам осадочных горных пород и их корреляционным связям с другими физическими свойствами, повышающая достоверность геотермических и петрофизических исследований как фундаментального, так и прикладного характера;
3. Получена представительная информация о вертикальных вариациях плотности кондуктивного теплового потока по ряду научных и структурных скважин и уточнены значения глубинного теплового потока на участках бурения скважин в различных регионах, что необходимо при решении фундаментальных и прикладных геолого-геофизических задач.
Реализация и внедрение результатов исследований
Результаты работы использованы в научных исследованиях РУДН им. Патриса Лумумбы, МГУ им. Ломоносова, ФГУП НПЦ «Недра», ОАО «Архангельскгеолдобыча».
Результаты работ использованы в работах по проектам, поддерживаемым Московским научным центром компании Шлюмберже.
Полученные результаты использованы при выполнении совместных проектов по Международной программе континентального глубокого бурения (ICDP) с Берлинским техническим университетом, университетом Карлсруэ (ФРГ), а также при выполнении совместного проекта с университетом Аахена
(ФРГ)-
Результаты работы внедрены в Научно-исследовательской лаборатории проблем геотермии Российского государственного геологоразведочного университета и Центре коллективного пользования уникальной геотермической аппаратурой РГГРУ-РФФИ.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались на III и V Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов "Геофизика" в Санкт-Петербурге (1999 г., 2003 г.); Международной конференции «Термо-гидро-механические воздействия в трещиноватых породах» в Бад-Хоннефе, Германия (2000 г.); Международной геотермической конференции «Геотермия на рубеже столетий» в г. Эвора, Португалия, 2000 г.; 5-й Международной конференции «Тепловой поток и структура литосферы» в 2001 г. в г. Коштелец, Чехия; Международной конференции «Тепловое поле Земли и методы его изучения» 2002 г. в Москве; Международной геофизической конференции 2003 г. в Потсдаме, Германия; Международной генеральной ассамблее EGS-AGU-EUG 2003 г. в Ницце, Франция; IV Международной конференции «Физико-химические и петрографические исследования в науках о Земле» 2003 г. в Москве; Международном симпозиуме «Новое и классическое применение данных о тепловом потоке» 2004 г. в Аахене, Германия; Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» 2000-2005 гг. в Москве.
Публикации
Результаты работы отражены в 9 научных статьях и 12 тезисах докладов, сделанных на Международных научных конференциях.
Объем и структура работы
