简易测温钻孔稳态校正的三个关键点

简易测温钻孔稳态校正的三个关键点

1孔道温度的测量随着煤炭开采深度的增加，土壤温度对矿山开采的影响越来越大，并已成为一场灾难。因此,地温测量工作在以后的煤炭勘探中就显得尤为重要。在目前的煤炭地质勘探中,地温测井工作主要为简易测温和近似稳态测温两种形式。所谓简易测温,是指钻探施工结束后进行常规测井前后各进行一次的地温测量方式,又称测前与测后,间隔时间一般只有6~8h。近似稳态测温是指在简易井温测量结束之后按12、12、24、24h的时间间隔各进行一次测温,以求得岩、煤层近似稳定的原始温度值及寻找温度恢复的规律。近似稳态测温工作,需要钻孔保留相当长的时间,孔壁的坍塌、岩粉沉淀、钻孔缩径等一系列因素将使井下仪器(探管)无法下到孔底而中途停止。如果采取捅孔、冲孔等措施,可以重新测量,但已获得的资料将会报废,如此情况在测量过程中还可能会反复发生,因此在实际工作中近似稳态测温是一件非常困难的事情,成功率比较低。一个近似稳态测温孔至少要进行3~5d的测量,有的甚至十几天也达不到目的。虽然有些近似稳态测温孔可以选择在抽水试验孔,利用其稳定水位的时间进行多次地温测量。但只是对沿钻孔各个深度近似原始岩温的了解有较好的作用,其井温恢复(热恢复)的规律与简易测温孔的规律并不相同,因为抽水试验孔是在抽完水后进行井温测量,简易井温孔是在注水完后(即停止钻井后)进行井温测量,二者测量前孔内的热交换条件是不同的,对原始温度的破坏也不一样。因此热恢复过程也不一样,也就不能利用抽水试验孔抽水后热恢复的规律对简易测温孔进行校正。在同一勘探区内,不能把所有近似稳态测温孔都选择在抽水试验孔内。一般只需选择3~4个钻孔作近似稳态测量,但一定要合理布孔,精确测量。同时,要记录好井液停止循环时间及测量时间的间隔。找出热恢复规律,以便利用此规律对简易测温孔的地温曲线进行校正。由于近似稳态测温孔不易进行,所以大量的钻孔测温采用简易测温。所得钻孔温度为非稳态钻孔温度。这类资料在使用上就不能与近似稳态孔等同,这时就需要根据近似稳态孔热恢复规律进行相应校正,校正后的地温资料才能用来评价地温场。2校正曲线的绘制目前,对简易测温钻孔进行近似稳态校正,多采用井底温度、中性点(段)和恒温带的温度三个关键点来近似推求稳态曲线的方法。这种方法被认为是简单有效的方法,由于对这三个关键点的确定方法不尽相同,导致计算结果会出现较大的差异。因此对这三个关键点的认识与取值就成为校正工作最重要的问题。(1)井底温度。在钻孔的井底部位,钻探时间短,对原始地温场的扰动最小,温度恢复最快。所以,利用较短的井液停止循环时间求得最接近的原始岩温,井底部位是最有利的点。在近似稳态测温钻孔的最后一次测温(即井液停止循环时间达72h以上)所测得井底温度可以近似地看作是原始岩温,一般相差0.2℃左右。但是,简易测温第二次测量一般是在井液停止循环时间8h左右进行的,与原始岩温相差较大,必须按照近似稳态钻孔中热恢复的规律推算,予以适当较正,求得近似的原始地温场的温度。这种校正的精度,取决于热恢复规律的代表性如何。如果所校正曲线的量板精度较高,则校正后的数据也较精确。反之,则较低。这就要求在做井底温度恢复与井液停止循环时间的关系曲线时,应选择多个不同季节测量且深度较深,与简易测温孔条件相同或相近的近似稳态测温孔的热恢复曲线加以平均,求出井底温度恢复与井液停止循环时间关系曲线。利用此曲线求出对各个简易测温孔近似的原始岩层温度。图1就是安徽某煤田详查勘探中所使用的校正曲线。图中T代表近似稳态测量钻孔最后一次测得的井底温度,Ti代表某一时刻(即某一次)测得的井底温度(T和Ti必须是同一深度点上的井底温度);t代表井液的停止循环时间。对于简易测温钻孔,一般是利用后一次测得的井底温度,根据其井液停止循环时间从图1中查出其温度校正增量(δ),按下列公式计算井底温度To:式中S=(T-Ti)/T-δ注意,这种校正对于很浅的孔,其井底原始地温低于或接近于冲洗液温度时是不适宜的。另一方面,在很浅的钻孔内,井底原始地温本来不高的情况下进行近似稳态测温所得的热恢复规律也不能对较深的简易测温孔校正。(2)中性点(段)。当钻孔达到一定深度,井底的原始温度高于冲洗液的温度时,热恢复在钻孔上、下二段的变化是不相同的。在下段原始地温场的破坏是被冲洗液冷却,热恢复过程是朝着温度增加的方向回升。在上段,原始地温场的破坏是被冲洗液增温,热恢复过程是朝着温度下降的方向恢复。因此,在温度变化方向相反的上、下二段之间必然存在着温度与围岩原始岩温相近或平衡的点。这就是两次简易测温曲线相交的点,这个点即为中性点。如图2所示。实践证明,只要钻孔井底原始地温高于冲洗的液温度时,在井液停止循环后一定时间间隔进行的两次以上的井温测量,一般都可以找到中性点。当井液停止循环时间较长时,其中性点就向上下二个方向延展,成为一个中性段,如图3所示。从理论上讲,当热恢复到平衡状态时,在恒温带以下,再进行若干次测温,其各次测量的曲线应完全重合,也可以说中性段延伸至恒温带以下的全部钻孔。这时钻孔各处测得的温度即为原始地温。一般的简易测温钻孔,两次测温时间间隔在10h以上时,其中性点(段)都是比较明显的。中性点的位置取决于冲洗液的温度与井底原始岩温之间的温差及热恢复时间的长短。在利用中性点校正时,把恒温点、中性点、校正后的井底温度三点连成折线,此折线即为校正曲线。或者把恒温点、中性段的上端、中性段的下端、校正后的井底温度四点连成折线,此折线即为校正曲线。(3)恒温点。恒温带是指地球内热带的外部边界。在恒温带以上,地温是受地球外部辐射热的影响而变化,在恒温带以下,地温是随深度的增加而受地球内热影响而变化。从理论上讲,在地质地理条件不变的情况下,恒温带的温度是一个不变的常数(恒温值)。较为常用的方法是采用地表多年平均地温为地表的温度点和中性点相联。然而这个温度是从气象部门取得的。由于气象站观测点与地质勘探区的地质地理背景不一定完全相同,使用起来不一定合适。根据多年来地温测量的经验,在目前的煤田地质勘探中不能得到勘探区内恒温带的深度与温度的情况下,可采用两种方法代替恒温点做校正曲线。一种是利用变温点的深度与温度来代替恒温点的深度与温度;另一种方法是利用多个近似稳态测温孔最后一次测温曲线的上段延长至地表所得温度的平均数作为地表地温,然后和中性点相联做校正曲线。第一种方法的变温点可以这样求得:在多个近似稳态孔或井液停止循环时间较长的简易测温孔中找出其温度变化点(即曲线的拐点)的深度与温度,求其算术平均值作为变温点的深度与温度值,用来代替恒温点的深度与温度值校正曲线。必须指出,校正曲线只是近似的。实际上这几个关键点之间又都是有许多小的折线组成的,不可能是一条直线。这种校正只是取近似值。对简易测温孔做好校正曲线后,钻孔中某一层位和某一深度的地