OSNOVI GEOFIZIČKOG KAROTAŽA Dvanaesto predavanje TERMO KAROTAŽ MERENJE TEMPERATURE U BUŠOTINI
Merenje temperature u bušotini izvodi se u cilju izučavanja prirodne raspodele toplote u Zemlji, kao i promena temperature izazvanih veštačkim putem, tokom bušenja, istraživanja i eksploatacije bušotine. Rezultati merenja temperature u bušotini koriste se i pri obradi i interpretaciji drugih karotažnih dijagrama (postupci električnog karotaža, pre svega).
Izučavanje prirodne raspodele toplote obuhvata: - određivanje geotermalnog gradijenta, - određivanje toplotnih svojstava stena i formacija, koje bušotna preseca, -izučavanje anomalija raspodele toplote, izazvanih različitim fizičko-hemijskim procesima, prisustvom lokalnih izvora toplote (magmatska tela, na primer), cirkulacijom fluida, itd.
Veštački izazvane promene temperature u bušotini su posledica: - cirkulacije isplake (razlike u temperaturi isplake i okolnih stena), - cementacije bušotine (u toku vezivanja cementne mase oslobađa se toplota i dolazi do porasta temperature), - oslobađanja gasa (smanjenje pritiska i isticanje gasa dovodi do smanjenja temperature), itd.
Raspodela temperature u bušotini zavisi od prirodne raspodele toplote, veštački izazvanih promena temperature, kao i od toplotnih svojstava stena i isplake u bušotini. Pri termometrijskim istraživanjama najčešće se izučavaju sledeće fizičke veličine: - specifična toplotna otpornost ili koeficijent toplotne otpornosti (R), -specifična toplotna provodnost ili koeficijent toplotne provodnosti (λ = 1/R), - specifična toplota (c) i - koeficijent temperaturne provodnosti (a). Navedene veličine povezane su izrazom: gde je ρ - gustina. a = 1 crρ = λ cρ
Načešće se proučava specifična toplotna otpornost (R), koja zavisi od gustine i poroznosti formacije, sastava i sadržaja fluida u formaciji, kao i propusnosti i teksture stena. Specifična toplotna otpornost (R) opada sa porastom gustine i propusnosti, kao i sa smanjenjem poroznosti stena. Stena ima najmanju specifičnu toplotnu otpornost (R) kada je zasićena vodom, znatno veću kada je zasićena naftom, a najveću kada je zasićena gasom.
Specifična toplotna provodnost je recipročna vrednost specifične toplotne otpornosti (λ = 1/R). U tabeli su date vrednosti specifične toplotne provodnosti za neke vrste stena: vrsta stene specifična toplotna provodnost (CGS 10-3 ) Ugalj - lignit 0.33-1 Glina ili šejl 2-4 Kreda 2-3 Frakturirani krečnjak 2.4-5 Kompaktni (masivni) krečnjak 5-8 Pesak 3-12.2 Soli 3-15 (14.3) Bazalt 4-7 Granit 5 8.4
MERENJE TEMPERATURE U BUŠOTINI Merenja temperature mogu da se vrše u nezacevljenim i zacevljenim bušotinama. Merenja temperature se vrše prilikom spuštanja sonde u bušotinu, kako bi se izbegao uticaj kabla i ostale opreme na promene vrednosti temperature u bušotini. Merenja se najćešće vrše pomoću termometara, koji rade na principu merenja električnog otpora. Termometar sadrži elemente (otpornike) sačinjene od specifičnih materijala, čija se električna otpornost značajno menja sa malom promenom vrednosti temperature.
Merenja temperature mogu da se vrše pre i posle uspostavljanja toplotne ravnoteže u bušotini. Tokom procesa bušenja, isplaka ima ulogu da hladi dleto, te je temperatura isplake znatno niža od temperature okolne sredine. Isplaka cirkuliše kroz bušotinu, a njena temperatura je u zoni bušenja obično znatno niža od temperature stena (isplaka hladi okolnu sredinu), dok je u blizini usta bušotine temperatura isplake viša od temperature okolnih stena (isplaka zagreva okolnu sredinu). To dovodi do poremećaja prirodne raspodele toplote.
Da bi se ponovo uspostavila normalna (prirodna) raspodela toplote, potrebno je da prođe određeno vreme. Tek kada isplaka u bušotini poprimi temperaturu formacije, mogu da se vrše merenja za potrebe određivanja geotermalnog gradijenta (promena temperature sa dubinom, obično se izražava kao promena temperature sa 100m ili na 1 km dubine).
Promene temperature sa dubinom u bušotini: (1) 8.5 časova nakon bušenja, (2) 37.5 časova nakon bušenja, (3) 2 meseca nakon bušenja, (4) 4 meseca nakon bušenja.
Prikazane su promene temperature sa dubinom u bušotini, pre i posle bušenja: linija BB - prirodna promena temperature formacija, koje bušotina preseca (pre izvođenja bušotine); linija CC - promena temperature u bušotini neposredno nakon bušenja (isplaka smanjuje temperaturu sredine u zoni bušenja, a u blizini usta bušotine, isplaka povećava temperaturu okolnih stena);
linija DD - promena temperature u bušotini tokom uspostavljanja normalne raspodele toplote ranija faza (odstupanja od prave linije su posledica različite toplotne provodnosti stena, koje sadrže fluide); linija EE - promena temperature u bušotini u kasnijoj fazi uspostavljanja normalne raspodele toplote (linija EE se približava liniji BB).
INTERPRETACIJA TERMOGRAMA Termogrami su dijagrami, koji se registruju pri merenju temperature u bušotini, a predstavljaju promenu temperature sa dubinom. Na osnovu termograma određuje se geotermalni gradijent. Na termogramima se često javljaju anomalije, odnosno odstupanja krive promene temperature sa dubinom od prave, koja definiše geotermalni gradijent. Uzročnici ovih anomalija mogu da budu različiti. Prikazano je nekoliko primera.
Primer 1. Prikazan je primer bušotine, koja seče gasonosnu formaciju, kao i izgled termograma za bušotinu, koja se ne eksploatiše (a) i bušotinu, koja se eksploatiše (b). Smanjenje pritiska gasa u formaciji i isticanje gasa dovodi do smanjenja temperature u delu bušotine, koji je u neposrednoj blizini gasonosne formacije.
Anomalija temperature, izazvana isticanjem gasa u bušotinu. Gas se širi i hladi pri ulasku u bušotinu, ispunjenu isplakom.
Primer 2. Prikazan je termogram u bušotini, koja preseca vodonosni i gasonosni pesak. Negativna anomalija u kolektoru sa gasom je posledica smanjenja temperature usled širenja gasa. Anomalije na termogramima, koje se javljaju naspram vodonosnih kolektora, su posledica cirkulacije vode u formaciji. Znak anomalije (pozitivna ili negatavna) zavisi od odnosa temperatura slojne vode i isplake, kao i od smera cirkulacije (isplaka utiče u sloj ili slojna voda ističe u bušotinu).
Negativne anomalije se javljaju, kada isplaka, čija je temperatura niža od temperature formacije, utiče u sloj (sloj guta isplaku) ili kada voda (nafta), čija je temperatura niža od temperature isplake, ističe u bušotinu. Pozitivne anoamlije se javljaju kada voda, čija je temperatura viša od temperature isplake, ističe u bušotinu ili kada isplaka, čija je temperatura viša od temperature formacije, utiče u sloj.
Anomalija temperature, izazvana uticanjem isplake (čija je temperatura niža od temperature formacije) u sloj, nakon frakturiranja sloja.
Primer 3. Prikazan je termogram anomalija, odnosno termogram dobijen uklanjanjem uticaja regionalne raspodele toplote (uticaja geotermalnog gradijenta, pre svega). 1 - pešćar, 2 - alevrolit, 3 - glina, 4 - kolektor gasa
Termogrami anomalija imaju visoku rezoluciju i omogućavaju detektovanje anomalija malog intenziteta. Primenjuju se za detaljnije izučavanje promena temperature formacija, koje bušotina preseca. 1 - pešćar, 2 - alevrolit, 3 - glina, 4 - kolektor gasa
Primer 4. Pored merenja apsolutnih vrednosti temperature (T), izvode se i merenja promene temperature (ΔT), na određenom rastojanju (Δz). Merenja promene temperature vrše se pomoću dva termometra, a rastojanje između termometara se podešava, po potrebi. Na taj način se dobija gradijent temperature ΔT/Δz (promena temperature po jedinici dubine).
Raspodela apsolutnih vrednosti temperature sa dubinom u bušotini (levo) i gradijenta temperature (desno). Merenja gradijenta se, takođe, vrše tokom spuštanja opreme u bušotinu.
Raspodela izotermi (izolinije jednake temperature) u okolini sone dome (specifična toplotna provodnost soli je visoka). Povećanje rasojanja između izotermi u zoni sone dome ukazuje na nizak gradijent temperature.
Primer 5. Uticaj promene poroznosti stena na promene temperature (ΔT). Specifična toplotna otpornost raste sa povećanjem poroznosti stena.
Primer 6. Raspodela temperature i specifične toplotne provodnosti sa dubinom u bušotini glina šejl šejl šejl/peščar kreda halit, anhidrit šejl
Za pripremu predavanja korišćeni su materijali iz knjiga: Martinović, S. i drugi, 2000: Geofizički karotaž obrada i interpretacija. Naftagas, Novi Sad. Rider, M., 2002: The Geological Interpretation of Well Logs. Rider-French Consulting, Ltd., Scotland. Slimak, Š., 1996: Inženjerska geofizika. Rudarsko-geološki fakultet, Univerzitet u Beogradu, Beograd.
Hvala na pažnji!
KRAJ! (ili možda tek početak)
Da li ima pitanja?