Лабораторна робота №8 Визначення геотермічного градієнту і побудова термограми природного теплового поля по розрізу свердловини

8.1 Мета роботи

Вивчити основні закономірності зміни параметрів природного теплового поля по розрізу свердловини.

8.2 Завдання

1.Розрахувати значення геотермічного градієнту і щільностітеплового потоку.

2.Використовуючи довідкові значення питомого теплового опорудля кожного літотипу породи в розрізі свердловини, розрахувати іпобудувати графіки зміни температури і геотермічного градієнта зглибиною.

3. Теоретичні відомості.

Передавання тепла шляхом теплопровідності здійснюється в напрямку, протилежному до вектора gradT. Щільність теплового потоку q , тобто кількість тепла, яка проходить за одиницю часу черезодиничну площадку, перпендикулярну до grad T, пропорційна модулю grad T. Одиниця виміру q — Вт/м².

Основний закон теплопровідності — закон Фур'є:

(8.1)

де λ — коефіцієнт теплопровідності, Вт/м·°С.

Коефіцієнт теплопровідності λ, характеризує здатність середовища передавати тепло; фізичний зміст λ, — це кількість тепла, що передається за 1 с поміж протилежними гранями одиничного куба, температури яких відрізняються на 1 °С.

Часто використовують величину, обернену до λ. — питомий тепловий опір ξ.

Природне регіональне поле Землі створюється в основному за рахунок реакцій радіоактивного розпаду, що відбувається в надрах. Значно меншу роль відіграє сонячне випромінювання і різноманітні фізико-хімічні процеси.

Тепловий режим приповерхневих ділянок суттєво залежить від сонячного випромінювання, якому властиві періодичні коливання. Нижня межа шару, в якому спостерігаються річні коливання температури, називається нейтральною поверхнею. Глибина залягання нейтральної поверхні в основному становить 25 м. Під нейтральною поверхнею тепловий потік спрямований знизу вверх, і з глибиною температура монотонно зростає. Швидкість зростання температури з глибиною носить назву геотермічного градієнта Г:

(8.2)

Геотермічний градієнт залежить від щільності теплового потоку в даному районі і від теплофізичних властивостей гірських порід. На цьому базується можливість розрахунку температури в будь-якій точці розрізу:

(8.3)

де T₀, Н₀ — відповідно температура і глибина залягання нейтральної поверхні.

Враховуючи, що питомий тепловий опір ξ з глибиною змінюється ступенеподібно, вираз (8.3) зручно записати у вигляді суми:

(8.4)

де h_і — товщина і-того шару, м;

Н_к — глибина, для якої проводиться розрахунок температури.

8.4 Порядок виконання роботи

За вихідними даними, наведеними в таблиці 8.1, розраховують величину геотермічного градієнту Г.

Для визначення щільності теплового потоку q встановлюється (з використанням довідкових даних) значення питомого теплового опору в інтервалі глибин, в якому визначався геотермічний градієнт. Якщо даний інтервал глибин складений породами різних літотипів, загальний для цього інтервалу питомий тепловий опір визначається як середньозважена величина.

За формулою (8.4) розрахувати температури на підошвах кожного із пластів, наведених в таблиці 8.1. Розрахунок проводити зверху вниз, використовуючи довідкові значення теплофізичних параметрів порід.

Для всіх літологічних типів порід, що складають розріз, розрахувати значення геотермічного градієнта.

За результатами розрахунків побудувати графіки зміни геотермічного градієнта і температури природного теплового поля з глибиною. Аналіз отриманих результатів викласти у висновку

Таблиця 8.1

Вхідні дані

№ в-ту	Н0	Т0	Тн	Н	Літотип породи, глибина залягання
1	20	15	35	800	доломіт 0-900	вапняк Кп=20% 900-1000	кам’яна сіль 1000-1200	гіпс 1200-1500	ангідрит 1500-2400
2	25	17	29	200	пісковик Кп=25% 0-150	глина 150-350	аргіліт 350-900	кварцит 900-1200	алевроліт Кп=10% 1200-1800
3	15	15	34	500	дуніт 0-400	габро 400-800	перидотит 800-900	граніт 900-2000	базальт 2000-2600
4	15	17	40	650	туф вулкан 0-800	діабаз 800-1200	андезит 1200-1500	андезит 1500-2000	базальт 2000-3000
5	20	12	30	1500	крейда 0-300	доломіт 300-2000	мергель 2000-2200	ангідрит 2200-2500	кам’яна сіль 2500-3000
6	25	12	20	300	пісок водонас. 0-200	ангідрит 200-400	пісковик Кп=20% 400-500	аргіліт 500-1500	алевроліт 1500-2000
7	20	15	20	300	мармур 0-600	кам’яна сіль 600-700	гіпс 700-800	доломіт 800-1800	аргіліт щільний 1800-2500
8	20	12	25	500	крейда 0-700	пісковик середньоп. 700-1000	пісковик щільний 1000-1200	аргіліт 1200-1800	ангідрит 1800-2500
9	18	18	27	300	аргіліт 0-200	гіпс 200-1200	вапняк 1200-2500	аргіліт 2500-2700	доломіт 2700-3000
10	20	19	22	200	пісковик середньоп 0-100	кам’яна сіль 100-700	гіпс 700-800	кам’яна сіль 800-1700	доломіт 1700-2000
11	20	19	22	200	доломіт 0-900	вапняк Кп=20% 900-1000	кам’яна сіль 1000-1200	гіпс 1200-1500	ангідрит 1500-2000
12	18	18	17	300	пісковик Кп=25% 0-150	глина 150-350	аргіліт 350-900	кварцит 900-1200	алевроліт Кп=10% 1200-1800
13	20	12	25	500	дуніт 0-400	габро 400-800	перидотит 800-900	граніт 900-2000	базальт 2000-2600
14	20	15	20	300	туф вулкан. 0-800	діабаз 800-1200	андезит 1200-1500	базальт 1500-2000	андезит 2000-3000
15	25	12	20	300	крейда 0-300	доломіт 300-2000	мергель 2000-2200	ангідрит 2200-2500	кам’яна сіль 2500-3000
16	12	12	30	1500	Пісок водонас. 0-200	ангідрит 200-400	Пісковик Кп=20% 400-500	аргіліт 500-1500	алевроліт 1500-2000
17	15	17	40	650	Мармур 0-600	кам’яна сіль 600-700	гіпс 700-800	доломіт 800-1800	аргіліт щільний 1800-2500
18	15	15	34	500	Крейда 0-700	пісковик середньоп 700-1000	пісковик щільний 1000-1200	аргіліт 1200-1800	ангідрит 1800-2500
19	25	17	29	200	аргіліт 0-200	гіпс 200-1200	вапняк 1200-2500	аргіліт 2500-2700	доломіт 2700-3000
20	20	15	35	800	пісковик середньоп 0-100	кам’яна сіль 100-700	гіпс 700-800	кам’яна сіль 800-1700	доломіт 1700-2000

5. Контрольні запитання.

1. Теплофізичні характеристики гірських порід.

2. Закон Фур’є.

3. Фактори, що спричиняють утворення природних теплових полів.

4. Особливості теплового режиму приповерхневих ділянок Землі.

5. Параметри і залежності, які характеризують зміну температури з глибиною.

6. Порядок виконання роботи.

7. Оцінка отриманих результатів.

8.6 Література

1. Резванов РА. Радиоактивнье и другие неэлектрические методы исследования скважин. — М., Недра, 1982.

2. Физические свойства горных пород и полезных ископаемых. Справочник геофизика/Подред.Ті .Б. Дортман. — М., Недра, 1985.

3. Итенберг С.С, Дахкильгов ТД. Геофизические исследования в скважинах. — М., Недра, 1982.