Тематический рубрикатор статей

Георесурсы Т.22.№1.2020
Стр.
Скачать статью

Методы подавления свободной тепловой конвекции в водонаполненных скважинах при проведении температурных исследований

Д.Ю. Демежко, Б.Д. Хацкевич, М.Г. Миндубаев

Оригинальная статья

DOI https://doi.org/10.18599/grs.2020.1.55-62

55-62
rus.
eng.

open access

Under a Creative Commons license

Температурные измерения в буровых скважинах широко используются в нефтегазовой геофизике, гидро-геологии, геоэкологии, геокриологии, при эксплуатации гидротермальных ресурсов. Круг задач, которые могут решаться с помощью термометрии, неуклонно растет, при этом растут и требования к точности температурных измерений. Этому однако препятствует явление свободной тепловой конвекции (СТК), возникающее в скважинах при положительном температурном градиенте и вызывающее температурный шум, уровень которого может превышать полезный сигнал.

Долгое время считалось, что течения СТК организованы в виде вертикальной последовательности замкнутых ячеек. На этих представлениях базируются существующие методы подавления конвекции горизонтальными дисками. Теоретические и экспериментальные исследования, проведенные авторами, показали, что эти представления неверны. Течения СТК образуют вращающуюся спиральную систему восходящих и нисходящих струй, не ограниченную по вертикали. В этих условиях наиболее эффективно и технологично разделение скважины вертикальными полосами полимерной пленки на отдельные сегменты. Другой метод подавления конвекции использует сферические гранулы гидрогеля. Описаны результаты испытаний разработанных устройств подавления СТК в реальной скважине. Их применение позволяет снизить температурный шум в 16-20 раз (с 0,025-0,044 К до 0,002-0,003 К).

 

геотермия, термометрия скважин, свободная тепловая конвекция, температурный мониторинг

 

  • Астрахан И.М., Марон В.И. (1969). Нестационарный теплообмен при промывке скважины. Прикладная механика и техническая физика, 1, с. 148-152.
  • Валиуллин Р.А., Шарафутдинов Р.Ф., Федотов, В.Я., Канафин, И.В. (2016). Экспериментальная установка для изучения свободной тепловой конвекции при индукционном нагреве эксплуатационной колонны. Вестник Башкирского университета, 21(2), c. 264-268.  
  • Гершуни Г.Э., Жуховиций Г.М. (1972). Конвективная устойчивость несжимаемой жидкости. М.: Наука, 393 с.
  • ГОСТ 25358-82. Грунты. Метод полевого определения температуры. (1982). М.: Изд-во Госкомитета СССР по делам строительства, 14 с.  
  • Дахнов, В. Н. (1982). Интерпретация результатов геофизических исследований разрезов скважин. М.: Недра, 310 c.
  • Демежко Д.Ю., Юрков А.К, Уткин В.И., Климшин А.В. (2012а). О природе температурных вариаций в скважине Kun-1 (о. Кунашир). Геология и геофизика, 53(3), с. 406-414. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2012.02.008  
  • Демежко Д.Ю., Юрков А.К., Уткин В.И., Щапов В.А. (2012б) Температурные изменения в скважине kun-1 (о. Кунашир), вызванные землетрясением Тохоку (11.03.2011 г., M = 9.0). Доклады Aкадемии наук, 445(2), с. 200-204. https://doi.org/10.1134/S1028334X12070124  
  • Демежко Д.Ю., Миндубаев М.Г., Хацкевич Б.Д. (2017). Температурные эффекты свободной тепловой конвекции в буровых скважинах. Геология и геофизика, 58(10), с. 1602-1610. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2016.10.016  
  • Демежко Д.Ю., Юрков А.К. (2017). О причинах квазипериодических температурных колебаний в скважине Kun-1 (о. Кунашир). Геофизические процессы и биосфера, 16(1), с. 75-86. https://doi.org/10.1134/S0001433817080023  
  • Демежко Д.Ю., Хацкевич Б.Д., Миндубаев М.Г. (2019). Исследование свободной тепловой конвекции в вертикальном водонаполненном цилиндре методом инфракрасной термографии. Геология и геофизика, 60(7), с. 1028-1035.  
  • Дворкин И.Л., Филиппов А.И., Буевич А.С., Рамазанов А.Ш., Пацков Л.Л. (1981). Способ оценки характера насыщенности пласта. Ас. 796399 СССР.   
  • Ипатов А.И., Кременецкий М.И., Каешков И.С., Буянов А.В. (2018). Стационарный мониторинг геофизических параметров при контроле разработки месторождений. Возможности, проблемы и перспективы использования. Актуальные проблемы нефти и газа, 2(21), с. 1-13.   
  • Казанцев С.А., Дучков А.Д. (2008). Аппаратура для мониторинга температуры и измерения теплофизических свойств мерзлых и талых пород. Мат. межд. конф.: Криогенные ресурсы полярных и горных регионов. Состояние и перспективы инженерного мерзлотоведения. Тюмень: ИКЗ СО РАН, с. 236-239.  
  • Миндубаев М.Г., Демежко Д.Ю. (2012). Свободная тепловая конвекция в буровых скважинах: численное моделирование и экспериментальные данные. Мониторинг. Наука и технологии, 4(13), с. 12-18.  
  • Павлов АВ. (2006). Оценка погрешностей измерений температуры грунтов в неглубоких скважинах в условиях сплошной криолитозоны. Криосфера Земли, 10(4), с. 9-13.  
  • Поляк Б.Г., Хуторской М.Д. (2018). Тепловой поток из недр − индикатор глубинных процессов. Георесурсы, 20(4), c. 366-376. https://doi.org/10.18599/grs.2018.4.366-376  
  • Хацкевич Б.Д., Демежко Д.Ю., Миндубаев М.Г. (2019). Способ температурного мониторинга в водонаполненных скважинах. Пат. 2678174 РФ, МПК7: E21B47/07.   
  • Хацкевич Б.Д., Демежко Д.Ю. (2019). Способ температурного мониторинга в водонаполненных скважинах. Патент 2701261 РФ, МПК7: E21B47/07.   
  • Хорошев А. С. (2012). Численное исследование свободно-конвективных течений в протяжённых вертикальных цилиндрических областях при постоянном вертикальном градиенте температуры на боковой поверхности. Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета, 5-1(36), c. 46-48.  
  • Череменский Г. А. (1977). Прикладная геотермия. Л.: Недра, 224 с.  
  • Anderson M. P. (2005). Heat as a ground water tracer. Ground water, 43(6), pp. 951-968. https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.2005.00052.x  
  • Beck, A.E., Anglin, F.M. and Sass, J.H. (1971). Analysis of heat flow data – in situ thermal conductivity measurements. Can. J. Earth Sci., 8, pp. 1-19. https://doi.org/10.1139/e71-001  
  • Berthold S., Börner F. (2008). Detection of free vertical convection and double-diffusion in groundwater monitoring wells with geophysical borehole measurements. Environmental geology, 54(7), pp. 1547-1566. https://doi.org/10.1007/s00254-007-0936-y  
  • Cermak V., Bodri L., Safanda J. (2008). Precise temperature monitoring in boreholes: evidence for oscillatory convection? Part II: theory and interpretation. Int J Earth Sci, 97(2), pp. 375-384. https://doi.org/10.1007/s00531-007-0250-7  
  • Colombani N., Giambastiani B. M. S., Mastrocicco M. (2016). Use of shallow groundwater temperature profiles to infer climate and land use change: interpretation and measurement challenges. Hydrological Processes, 30(14), pp. 1-20. https://doi.org/10.1002/hyp.10805  
  • Diment W. H., Urban Th. C. (1983). A simple method for detecting anomalous fluid motions in boreholes from continuous temperature logs. GRC Trans., 7, pp. 485-490.   
  • Harries J. R., Ritchie A. I. M. (1981). The use of temperature profiles to estimate the pyritic oxidation rate in a waste rock dump from an opencut mine. Water, Air, and Soil Pollution, 15(4), pp. 405-423. https://doi.org/10.1007/BF00279423  
  • Klepikova, M. V., Roques, C., Loew, S., & Selker, J. (2018). Improved characterization of groundwater flow in heterogeneous aquifers using granular polyacrylamide (PAM) gel as temporary grout. Water Resources Research, 54(2), pp. 1410-1419. https://doi.org/10.1002/2017WR022259  
  • Pehme P., Parker B.L., Cherry J.A., Blohm D. (2014). Detailed measurement of the magnitude and orientation of thermal gradients in lined boreholes for characterizing groundwater flow in fractured rock. Journal of hydrology, 513, pp. 101-114. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2014.03.015  
  • Sass J. H., Lachenbruch A. H., Moses T. H., & Morgan P. (1992). Heat flow from a scientific research well at Cajon Pass, California. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 97(B4), pp. 5017-5030. https://doi.org/10.1029/91JB01504  
  • Shimamura H., Ino M., Hikawa H., Iwasaki T. (1985) Groundwater microtemperature in earthquake regions. Pure and applied geophysics, 122(6), pp. 933-946. https://doi.org/10.1007/BF00876394  
  • Van Der Merwe, J.H. (1951). The influence of convection on measured borehole temperatures. South African Journal of Science, 47(8), pp. 235-238.  
  • Vélez Márquez, M., Raymond, J., Blessent, D., Philippe, M., Simon, N., Bour, O., & Lamarche, L. (2018). Distributed thermal response tests using a heating cable and fiber optic temperature sensing. Energies, 11(11), 3059.  https://doi.org/10.3390/en11113059  
  • Vroblesky, D.A., Casey, C.C., and Lowery, M.A. (2006). Influence of in-well convection on well sampling. U.S. Geological Survey Scientific Investigations Report 5247, 13 p.  
  •  

Дмитрий Юрьевич Демежко
Институт геофизики УрО РАН
Россия, 620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, д. 100

Хацкевич Богдан Дмитриевич
Институт геофизики УрО РАН
Россия, 620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, д. 100

Миндубаев Мансур Габдрахимович
Институт геофизики УрО РАН
Россия, 620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, д. 100

 

Для цитирования:

Демежко Д.Ю., Хацкевич Б.Д., Миндубаев М.Г. (2020). Методы подавления свободной тепловой конвекции в водонаполненных скважинах при проведении температурных исследований. Георесурсы, 22(1), c. 55-62. DOI: https://doi.org/10.18599/grs.2020.1.55-62

For citation:

Demezhko D.Yu., Khatskevich B.D., Mindubaev M.G. (2020). Methods of suppressing free thermal convection in water-filled wells during temperature research. Georesursy = Georesources, 22(1), pp. 55-62. DOI: https://doi.org/10.18599/grs.2020.1.55-62
© 2024 Коллектив авторов