Естественное тепловое поле Земли (геотермия)

Геотермическими исследованиями скважин установлено, что на континентах температура пород до глубин 10—40 м подвержена периодическим (суточным, сезонным и годовым) колебаниям, связанным с изменением интенсивности солнечного излучения. (В вод­ных толщах — морских и океанических — годовые колебания тем­ператур распространяются до глубин в 300 м и более).

Слои, в которых колебания суточных и годовых температур становятся незначительными, не поддающимися изменению, наз­ваны слоями постоянных суточных и годовых температур или нейтральным слоем. Температура нейтрального слоя принимается равной среднегодовой температуре поверхности Земли Т_г. Ниже этого слоя повсеместно наблюдается закономерное возрастание температуры с глубиной, определяемое внутренним теплом Земли. Основным источником тепловой энергии в недрах Земли принято считать энергию, возникающую при распаде ра­диоактивных элементов; дополнительным источниками могут явиться кристаллизационные и полиморфические превращения, физико-химические и другие процессы, протекающие внутри Земли. Интенсивность нарастания температуры с глубиной характери­зуется геотермическим градиентом Г. За величину геотерми­ческого градиента в практической работе принимают изменение температуры Земли в градусах Цельсия на 100 м глу­бины. Градиент рассчитывают по формуле

Г₁₀₀=100

Для характеристики прироста температур с глубиной часто используют величину, обратную геотермическому градиенту, гео­термическую ступень G, указывающую разность глубин, которая соответствует изменению температуры на 1 °С:

G= (3)

Геотермический градиент (Г =q ) пропорционален тепловому сопротивлению породы , которое отражает литологические особенности горных пород, слагаю разрезы скважин (q — плотность теплового потока.

Этим вызваны изменения значений геотермического градиента при пересечении скважиной различных пород, что отмечается изменением угла наклона термограммы по отношению к вертикали. При постоянной плотности теплового потока q диаграммы геотермического градиента можно рассматривать как диаграммы теплового сопротивления или обратной величины — теплопроводности ( = 1/ ,).

Изучение тепловых свойств горных пород возможно как в скважине обсаженной колонной, так и в необсаженной. Это объясняется тем, что тепловое сопротивление металлов мало по сравнению с тепловым сопротивлением горных пород.

Например, тепловое сопротивление железа в 40—80 раз меньше теплового сопротивления глин.

В зависимости от литологии пород значения геотер-мического градиента варьируют от 0,2 до 7 °С/100 м. Геотермические измерения производят в скважинах с установившимся тепловым режимом, который наступает по исте­чении времени, достаточного для восприятия жидкостью, заполняющей ствол скважины, естественной температуры пластов.

Установившемуся тепловому режиму предшествует неустановившийся тепловой режим, когда между жидкостью в скважине и породами происходит теплообмен.