О геотермической ступени в нефтегазоносных районах Азербайджана
А.Б. ЦАТУРЯНЦ, Т.А. ГАДЖИЕВА
Определение таких важных параметров пласта, как соотношение фаз для газоконденсатных и нефтяных месторождений, растворимость газов в нефтях, объемные коэффициенты нефтей, плотность и вязкость нефтей и газов, объем остаточной воды и другие, требует знания точных значений пластовых температур.
Известно, что внутри однородной шаровой стенки температура изменяется по закону гиперболы [1]:
где t1 - температура на внутренней поверхности шаровой стенки, соответствующей радиусу r1; t2 - температура на внешней поверхности шаровой стенки, соответствующей радиусу r2; tx - температура внутри шаровой стенки на расстоянии rх от центра шара. Температура уменьшается от центра шара к поверхности, т. е.
t1>t2>tx.
Геотермический градиент (отношение изменения температуры к изменению радиуса шара) для нашего случая равен:
т. е. с удалением от центра шара геотермический градиент уменьшается.
В нефтепромысловом деле для характеристики изменения температуры с глубиной скважины чаще применяется величина, обратная геотермическому градиенту, так называемая геотермическая ступень.
В соответствии с выражением (2) для однородной шаровой стенки геотермическая ступень увеличивается с удалением от центра шара.
С точки зрения разведки и разработки месторождений полезных ископаемых практический интерес может представлять поверхностный слой Земли толщиной не более 10-15 км. Эта величина по сравнению с радиусом Земли ничтожна, поэтому отношение радиусов в выражении (2) можно принять равным единице.
Таким образом в поверхностном слое Земли практически имеется такое же распределение температуры, как и в плоской стенке, характеризующейся постоянным значением геотермической ступени:
Об изменении температуры с глубиной обычно судят по величине геотермической ступени, определяемой выражением
G = H/(t-tср) (4)
где G - геотермическая ступень в м/°С; Н - глубина залежи в м; t - температура залежи в °С; tср - среднегодовая температура местности.
Определением геотермической ступени в разное время занимались многие исследователи.
На основании измерений температур были определены значения геотермической ступени почти для всех основных нефтяных месторождений Азербайджана [2].
Для Кировнефти (Бинагады) геотермическая ступень (в м/°С) равна 33, Лениннефти (Балаханы - Сабунчи - Раманы) - 32, Орджоникидзенефти (Сураханы) - 32,5, Азизбековнефти (Кала) - 32, Кара-Чухура - 26,5, Сталиннефти (Бибиэйбат) - 25,3, Карадагнефти - 27, Кировабаднефти - 17,9.
При исследовании газоконденсатного месторождения Карадаг измерялись температуры на глубинах до 4100 м. Многократные измерения температуры на забое отдельных скважин при помощи максимальных ртутных термометров показали значения температур намного меньшие, чем при подсчете температуры даже по максимальным значениям геотермической ступени, наблюдающимся в настоящее время для месторождений Азербайджана.
Большая разница между фактической температурой и подсчитанной по имеющимся в настоящее время значениям геотермической ступени наблюдается повсеместно. Это видно из измерений температуры по целому ряду глубоких скважин нефтепромысловых управлений Лениннефть, Сталиннефть, Орджоникидзенефть, Бузовнынефть, Карадагнефть.
Для изучения действительного распределения температур на больших глубинах были тщательно измерены температуры первоначально по стволу скв. 215 месторождения Карадаг, при глубине 4150 м. Скважина простаивала в течение нескольких месяцев, заполнена водой до устья, не переливает.
Измерение температуры производилось с интервалами в 500 м от устья до забоя.
Результаты измерений даются на рисунке.
Приведенные данные показывают, что на глубине 4100 м разница между фактической температурой и вычисленной по геотермической ступени 33 м/°С доходит до 40° С.
Кроме того, из рисунка видно, что зависимость между температурой и глубиной на всем интервале имеет линейный характер, т.е. геотермическая ступень постоянна, что согласуется с предыдущим выводом, сделанным на основании выражения (2).
Геотермическая ступень, полученная путем обработки приведенных выше данных методом средних, оказалась равной 56,08, а отрезок, отсекаемый на оси ординат и определяющий некоторую фиктивную температуру поверхности Земли, оказался равным 23,5. В соответствии с этим получается следующее выражение для определения температуры в зависимости от глубины
t = 23.5 + H/56.08.
Таким образом, геотермическая ступень для больших глубин в 1,7 раза больше максимального из применяемых в настоящее время значений геотермической ступени 33 м/°С.
Если определять геотермическую ступень по выражению (3), приняв среднегодовую температуру для Азербайджана 14° С, то геотермическая ступень окажется величиной переменной, которая повышается с глубиной.
|
Глубина, м |
600 |
1100 |
1600 |
2100 |
2600 |
3100 |
3600 |
4102 |
|
Геотермическая ступень, м/°С |
33,3 |
38,6 |
42,7 |
45,2 |
46,9 |
48,1 |
48,7 |
48,8 |
Это противоречит, однако, фактическим данным об изменении температуры по стволу скв. 215, приведенным выше, и является результатом неверного подхода к определению геотермической ступени для больших глубин на основании среднегодовой температуры местности.
Для того чтобы получить постоянное значение геотермической ступени, необходимо за температуру поверхности принимать в данном случае некоторую фиктивную температуру 23,5° С. Если же принять вместо 23,5°С среднегодовую температуру 14° С, то уменьшится величина геотермической ступени, причем это уменьшение будет тем больше, чем меньше температура, т.е. чем меньше глубина. В результате, несмотря на линейную зависимость температуры от глубины (независимость геотермической ступени от глубины), использование среднегодовой температуры поверхности при определении геотермической ступени приводит к неправильной, искусственной картине изменчивости геотермической ступени с глубиной.
Таким образом, при определении геотермической ступени не следует пользоваться среднегодовой температурой местности, не имеющей никакого отношения к распределению температуры в земной коре, во всяком случае на больших глубинах.
Для установления степени точности выражения (5) были измерены температуры в простаивающих глубоких скважинах ряда месторождений Карадагнефть, Сталиннефть, Лениннефть, Гоусан, расположенных в различных частях Апшеронского полуострова. По результатам этих измерений, приведенным ниже в таблице, видно, что для указанных месторождений при глубинах более 700-800 м выражение (5) вполне удовлетворительно передает зависимость между температурой и глубиной. В таблице и на рисунке для сравнения приводятся значения температур, подсчитанных по геотермической ступени 33 м/°С.
В заключение следует отметить, что по приведенным данным значения температур при глубинах менее 700-800 м удовлетворительно укладываются на прямой, отвечающей геотермической ступени близкой к 33 м/°С. Изменение температуры для небольших глубин предполагается исследовать путем тщательных измерений температур по скв. 215 и 1820 с интервалами 50-100 м до глубины 1000-1100 м.
ЛИТЕРАТУРА
1. Михеев М.М. Основы теплопередачи. Госэнергоиздат, 1947.
2. Мехтиев Ш.Ф., Алиев С.А. ДАН СССР, т. 102, № 1,1955.
АзНИИ по добыче нефти
|
НПУ |
№ скв. |
Глубина замера, м |
Фактическая температура, °С |
Подсчитанная температура |
|
|
по геотермической ступени, 33 м/°С |
по выражению t=23.5+H/56.08 |
||||
|
Сталиннефть |
2929 |
400 |
24,5 |
26,1 |
32,4 |
|
» |
2929 |
900 |
38,25 |
41,3 |
39,6 |
|
» |
2929 |
1400 |
50,9 |
56,4 |
48 |
|
» |
2929 |
1900 |
60,35 |
71,6 |
57,4 |
|
» |
2929 |
2283 |
67,0 |
83,2 |
64,4 |
|
» |
2612 |
500 |
27,95 |
29,2 |
32,4 |
|
» |
2612 |
1000 |
44,1 |
44,3 |
41,3 |
|
» |
2612 |
1500 |
52,0 |
59,5 |
50,2 |
|
Лениннефть |
1661 |
300 |
21,5 |
23,1 |
28,9 |
|
» |
1661 |
1300 |
45.0 |
53,4 |
46,7 |
|
» |
1661 |
1800 |
53,17 |
68,5 |
55,6 |
|
» |
1559 |
600 |
32,0 |
32,2 |
34,2 |
|
» |
1559 |
1200 |
45,4 |
50,4 |
44,9 |
|
» |
1559 |
1800 |
55,8 |
68,5 |
55,6 |
|
» |
1559 |
2250 |
60,0 |
82,2 |
63,6 |
|
» |
1326 |
700 |
34,65 |
35,2 |
35,9 |
|
» |
1326 |
1401 |
49,3 |
56,5 |
48,5 |
|
» |
1326 |
1950 |
56,5 |
73,1 |
58,3 |
|
Орджоникидзенeфть |
1820 |
1000 |
37,0 |
44,3 |
41,3 |
|
То же |
1820 |
2000 |
58,0 |
74,6 |
59,2 |
|
» |
1820 |
2500 |
68,0 |
89,8 |
68,1 |
|
» |
1820 |
3000 |
76,0 |
104,9 |
77,2 |
|
» |
1820 |
4200 |
93,8 |
141,2 |
98,4 |
|
» |
1308 |
900 |
40,0 |
41.3 |
39,5 |
|
» |
1308 |
1800 |
58,0 |
68,5 |
55,6 |
|
» |
1308 |
2700 |
74,5 |
95,8 |
71,6 |
|
» |
1308 |
3690 |
88,0 |
125,8 |
89,3 |
|
» |
1517 |
900 |
40,0 |
41,3 |
39,6 |
|
» |
1517 |
1800 |
58,0 |
68,5 |
55,6 |
|
Орджоникидзенефть |
1517 |
2700 |
74,5 |
95,8 |
71,6 |
|
» |
1517 |
3600 |
85,0 |
123,1 |
87,7 |
|
» |
1520 |
3300 |
84,4 |
114,0 |
82,3 |
|
» |
1570 |
2700 |
74,5 |
95,8 |
71,6 |
|
» |
1410 |
3000 |
76,0 |
104,9 |
77,2 |
|
Карадаг |
215 |
600 |
32,0 |
32,2 |
34,2 |
|
» |
215 |
1100 |
42,5 |
47,3 |
43,1 |
|
» |
215 |
1600 |
51,5 |
62,5 |
52,0 |
|
» |
215 |
2100 |
59,5 |
77,6 |
60,9 |
|
» |
215 |
2600 |
69,5 |
92,8 |
69,7 |
|
» |
215 |
3100 |
78,5 |
107,9 |
78,8 |
|
» |
215 |
3601 |
87,0 |
123,1 |
87,7 |
|
» |
215 |
4102 |
98,0 |
138,3 |
96,6 |
|
» |
110 |
450 |
27,0 |
27,6 |
31,5 |
|
» |
110 |
950 |
36,5 |
42,8 |
40,4, |
|
» |
110 |
1450 |
47,5 |
57,9 |
49,4 |
|
» |
110 |
1950 |
58,0 |
73.1 |
58,3 |
|
» |
110 |
2450 |
69,0 |
88,2 |
67,2 |
|
» |
110 |
2950 |
78,0 |
103,4 |
76,1 |
|
» |
211 |
500 |
30,0 |
29,2 |
32,4 |
|
» |
211 |
1000 |
40,0 |
44,3 |
41,3 |
|
» |
211 |
1500 |
50,4 |
59,5 |
50,2 |
|
» |
211 |
2000 |
59,5 |
74,6 |
59,2 |
|
» |
211 |
2500 |
69,0 |
89,8 |
68,1 |
|
|
211 |
3000 |
78,6 |
104,9 |
77,2 |
Рисунок Зависимость между температурой и глубиной
|
Глубина, м |
600 |
1100 |
1600 |
2100 |
2600 |
3100 |
3601 |
4102 |
|
Температура, °С |
32 |
42,5 |
51,5 |
60 |
69,5 |
78,5 |
87,5 |
98 |