簡(jiǎn)易測(cè)溫鉆孔穩(wěn)態(tài)校正的三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)

簡(jiǎn)易測(cè)溫鉆孔穩(wěn)態(tài)校正的三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)

1孔道溫度的測(cè)量隨著煤炭開(kāi)采深度的增加，土壤溫度對(duì)礦山開(kāi)采的影響越來(lái)越大，并已成為一場(chǎng)災(zāi)難。因此,地溫測(cè)量工作在以后的煤炭勘探中就顯得尤為重要。在目前的煤炭地質(zhì)勘探中,地溫測(cè)井工作主要為簡(jiǎn)易測(cè)溫和近似穩(wěn)態(tài)測(cè)溫兩種形式。所謂簡(jiǎn)易測(cè)溫,是指鉆探施工結(jié)束后進(jìn)行常規(guī)測(cè)井前后各進(jìn)行一次的地溫測(cè)量方式,又稱(chēng)測(cè)前與測(cè)后,間隔時(shí)間一般只有6~8h。近似穩(wěn)態(tài)測(cè)溫是指在簡(jiǎn)易井溫測(cè)量結(jié)束之后按12、12、24、24h的時(shí)間間隔各進(jìn)行一次測(cè)溫,以求得巖、煤層近似穩(wěn)定的原始溫度值及尋找溫度恢復(fù)的規(guī)律。近似穩(wěn)態(tài)測(cè)溫工作,需要鉆孔保留相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間,孔壁的坍塌、巖粉沉淀、鉆孔縮徑等一系列因素將使井下儀器(探管)無(wú)法下到孔底而中途停止。如果采取捅孔、沖孔等措施,可以重新測(cè)量,但已獲得的資料將會(huì)報(bào)廢,如此情況在測(cè)量過(guò)程中還可能會(huì)反復(fù)發(fā)生,因此在實(shí)際工作中近似穩(wěn)態(tài)測(cè)溫是一件非常困難的事情,成功率比較低。一個(gè)近似穩(wěn)態(tài)測(cè)溫孔至少要進(jìn)行3~5d的測(cè)量,有的甚至十幾天也達(dá)不到目的。雖然有些近似穩(wěn)態(tài)測(cè)溫孔可以選擇在抽水試驗(yàn)孔,利用其穩(wěn)定水位的時(shí)間進(jìn)行多次地溫測(cè)量。但只是對(duì)沿鉆孔各個(gè)深度近似原始巖溫的了解有較好的作用,其井溫恢復(fù)(熱恢復(fù))的規(guī)律與簡(jiǎn)易測(cè)溫孔的規(guī)律并不相同,因?yàn)槌樗囼?yàn)孔是在抽完水后進(jìn)行井溫測(cè)量,簡(jiǎn)易井溫孔是在注水完后(即停止鉆井后)進(jìn)行井溫測(cè)量,二者測(cè)量前孔內(nèi)的熱交換條件是不同的,對(duì)原始溫度的破壞也不一樣。因此熱恢復(fù)過(guò)程也不一樣,也就不能利用抽水試驗(yàn)孔抽水后熱恢復(fù)的規(guī)律對(duì)簡(jiǎn)易測(cè)溫孔進(jìn)行校正。在同一勘探區(qū)內(nèi),不能把所有近似穩(wěn)態(tài)測(cè)溫孔都選擇在抽水試驗(yàn)孔內(nèi)。一般只需選擇3~4個(gè)鉆孔作近似穩(wěn)態(tài)測(cè)量,但一定要合理布孔,精確測(cè)量。同時(shí),要記錄好井液停止循環(huán)時(shí)間及測(cè)量時(shí)間的間隔。找出熱恢復(fù)規(guī)律,以便利用此規(guī)律對(duì)簡(jiǎn)易測(cè)溫孔的地溫曲線進(jìn)行校正。由于近似穩(wěn)態(tài)測(cè)溫孔不易進(jìn)行,所以大量的鉆孔測(cè)溫采用簡(jiǎn)易測(cè)溫。所得鉆孔溫度為非穩(wěn)態(tài)鉆孔溫度。這類(lèi)資料在使用上就不能與近似穩(wěn)態(tài)孔等同,這時(shí)就需要根據(jù)近似穩(wěn)態(tài)孔熱恢復(fù)規(guī)律進(jìn)行相應(yīng)校正,校正后的地溫資料才能用來(lái)評(píng)價(jià)地溫場(chǎng)。2校正曲線的繪制目前,對(duì)簡(jiǎn)易測(cè)溫鉆孔進(jìn)行近似穩(wěn)態(tài)校正,多采用井底溫度、中性點(diǎn)(段)和恒溫帶的溫度三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)來(lái)近似推求穩(wěn)態(tài)曲線的方法。這種方法被認(rèn)為是簡(jiǎn)單有效的方法,由于對(duì)這三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的確定方法不盡相同,導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果會(huì)出現(xiàn)較大的差異。因此對(duì)這三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的認(rèn)識(shí)與取值就成為校正工作最重要的問(wèn)題。(1)井底溫度。在鉆孔的井底部位,鉆探時(shí)間短,對(duì)原始地溫場(chǎng)的擾動(dòng)最小,溫度恢復(fù)最快。所以,利用較短的井液停止循環(huán)時(shí)間求得最接近的原始巖溫,井底部位是最有利的點(diǎn)。在近似穩(wěn)態(tài)測(cè)溫鉆孔的最后一次測(cè)溫(即井液停止循環(huán)時(shí)間達(dá)72h以上)所測(cè)得井底溫度可以近似地看作是原始巖溫,一般相差0.2℃左右。但是,簡(jiǎn)易測(cè)溫第二次測(cè)量一般是在井液停止循環(huán)時(shí)間8h左右進(jìn)行的,與原始巖溫相差較大,必須按照近似穩(wěn)態(tài)鉆孔中熱恢復(fù)的規(guī)律推算,予以適當(dāng)較正,求得近似的原始地溫場(chǎng)的溫度。這種校正的精度,取決于熱恢復(fù)規(guī)律的代表性如何。如果所校正曲線的量板精度較高,則校正后的數(shù)據(jù)也較精確。反之,則較低。這就要求在做井底溫度恢復(fù)與井液停止循環(huán)時(shí)間的關(guān)系曲線時(shí),應(yīng)選擇多個(gè)不同季節(jié)測(cè)量且深度較深,與簡(jiǎn)易測(cè)溫孔條件相同或相近的近似穩(wěn)態(tài)測(cè)溫孔的熱恢復(fù)曲線加以平均,求出井底溫度恢復(fù)與井液停止循環(huán)時(shí)間關(guān)系曲線。利用此曲線求出對(duì)各個(gè)簡(jiǎn)易測(cè)溫孔近似的原始巖層溫度。圖1就是安徽某煤田詳查勘探中所使用的校正曲線。圖中T代表近似穩(wěn)態(tài)測(cè)量鉆孔最后一次測(cè)得的井底溫度,Ti代表某一時(shí)刻(即某一次)測(cè)得的井底溫度(T和Ti必須是同一深度點(diǎn)上的井底溫度);t代表井液的停止循環(huán)時(shí)間。對(duì)于簡(jiǎn)易測(cè)溫鉆孔,一般是利用后一次測(cè)得的井底溫度,根據(jù)其井液停止循環(huán)時(shí)間從圖1中查出其溫度校正增量(δ),按下列公式計(jì)算井底溫度To:式中S=(T-Ti)/T-δ注意,這種校正對(duì)于很淺的孔,其井底原始地溫低于或接近于沖洗液溫度時(shí)是不適宜的。另一方面,在很淺的鉆孔內(nèi),井底原始地溫本來(lái)不高的情況下進(jìn)行近似穩(wěn)態(tài)測(cè)溫所得的熱恢復(fù)規(guī)律也不能對(duì)較深的簡(jiǎn)易測(cè)溫孔校正。(2)中性點(diǎn)(段)。當(dāng)鉆孔達(dá)到一定深度,井底的原始溫度高于沖洗液的溫度時(shí),熱恢復(fù)在鉆孔上、下二段的變化是不相同的。在下段原始地溫場(chǎng)的破壞是被沖洗液冷卻,熱恢復(fù)過(guò)程是朝著溫度增加的方向回升。在上段,原始地溫場(chǎng)的破壞是被沖洗液增溫,熱恢復(fù)過(guò)程是朝著溫度下降的方向恢復(fù)。因此,在溫度變化方向相反的上、下二段之間必然存在著溫度與圍巖原始巖溫相近或平衡的點(diǎn)。這就是兩次簡(jiǎn)易測(cè)溫曲線相交的點(diǎn),這個(gè)點(diǎn)即為中性點(diǎn)。如圖2所示。實(shí)踐證明,只要鉆孔井底原始地溫高于沖洗的液溫度時(shí),在井液停止循環(huán)后一定時(shí)間間隔進(jìn)行的兩次以上的井溫測(cè)量,一般都可以找到中性點(diǎn)。當(dāng)井液停止循環(huán)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí),其中性點(diǎn)就向上下二個(gè)方向延展,成為一個(gè)中性段,如圖3所示。從理論上講,當(dāng)熱恢復(fù)到平衡狀態(tài)時(shí),在恒溫帶以下,再進(jìn)行若干次測(cè)溫,其各次測(cè)量的曲線應(yīng)完全重合,也可以說(shuō)中性段延伸至恒溫帶以下的全部鉆孔。這時(shí)鉆孔各處測(cè)得的溫度即為原始地溫。一般的簡(jiǎn)易測(cè)溫鉆孔,兩次測(cè)溫時(shí)間間隔在10h以上時(shí),其中性點(diǎn)(段)都是比較明顯的。中性點(diǎn)的位置取決于沖洗液的溫度與井底原始巖溫之間的溫差及熱恢復(fù)時(shí)間的長(zhǎng)短。在利用中性點(diǎn)校正時(shí),把恒溫點(diǎn)、中性點(diǎn)、校正后的井底溫度三點(diǎn)連成折線,此折線即為校正曲線。或者把恒溫點(diǎn)、中性段的上端、中性段的下端、校正后的井底溫度四點(diǎn)連成折線,此折線即為校正曲線。(3)恒溫點(diǎn)。恒溫帶是指地球內(nèi)熱帶的外部邊界。在恒溫帶以上,地溫是受地球外部輻射熱的影響而變化,在恒溫帶以下,地溫是隨深度的增加而受地球內(nèi)熱影響而變化。從理論上講,在地質(zhì)地理?xiàng)l件不變的情況下,恒溫帶的溫度是一個(gè)不變的常數(shù)(恒溫值)。較為常用的方法是采用地表多年平均地溫為地表的溫度點(diǎn)和中性點(diǎn)相聯(lián)。然而這個(gè)溫度是從氣象部門(mén)取得的。由于氣象站觀測(cè)點(diǎn)與地質(zhì)勘探區(qū)的地質(zhì)地理背景不一定完全相同,使用起來(lái)不一定合適。根據(jù)多年來(lái)地溫測(cè)量的經(jīng)驗(yàn),在目前的煤田地質(zhì)勘探中不能得到勘探區(qū)內(nèi)恒溫帶的深度與溫度的情況下,可采用兩種方法代替恒溫點(diǎn)做校正曲線。一種是利用變溫點(diǎn)的深度與溫度來(lái)代替恒溫點(diǎn)的深度與溫度;另一種方法是利用多個(gè)近似穩(wěn)態(tài)測(cè)溫孔最后一次測(cè)溫曲線的上段延長(zhǎng)至地表所得溫度的平均數(shù)作為地表地溫,然后和中性點(diǎn)相聯(lián)做校正曲線。第一種方法的變溫點(diǎn)可以這樣求得:在多個(gè)近似穩(wěn)態(tài)孔或井液停止循環(huán)時(shí)間較長(zhǎng)的簡(jiǎn)易測(cè)溫孔中找出其溫度變化點(diǎn)(即曲線的拐點(diǎn))的深度與溫度,求其算術(shù)平均值作為變溫點(diǎn)的深度與溫度值,用來(lái)代替恒溫點(diǎn)的深度與溫度值校正曲線。必須指出,校正曲線只是近似的。實(shí)際上這幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)之間又都是有許多小的折線組成的,不可能是一條直線。這種校正只是取近似值。對(duì)簡(jiǎn)易測(cè)溫孔做好校正曲線后,鉆孔中某一層位和某一深度的地