Методика і техніка проведення термометрії свердловин

При інженерно-геологічних і гідрогеологічних вишукуваннях вимірювання температур в свердловинах проводяться з метою вирішення різних завдань.

В області поширення ґрунтів з негативною температурою:

- визначення температурного режиму ґрунтів в природних і порушених мерзлотно-грунтових умовах;

- визначення температурного режиму ґрунтів в процесі проведення спеціальних дослідних робіт.

В області поширення ґрунтів з позитивною температурою:

- визначення температурного режиму водонасичених і текучепластичних ґрунтів з метою створення "мерзлотних завіс" для виконання підземних будівельних робіт
(тунелі, шахти).

При проведенні гідрогеологічних вишукувань:

- визначення в процесі стабільного відкачування місцеположення водоносних горизонтів в розрізі за даними температурних вимірювань;

- визначення температурного режиму води по стовбуру свердловини при стабільному режимі наливання з метою визначення фільтраційних характеристик ґрунтів;

- визначення температурних властивостей шарів розрізу по градієнт-термограмам;

- визначення температури води по стовбуру свердловини при оцінці мінералізації підземних вод за даними резістівіметріі.

Температуру в "сухих" інженерно-геологічних свердловинах вимірюють мідними (ПВМ) та напівпровідниковими термометрами опору (КМТ, ММТ), ртутними пасивними термометрами, термодіод - і термотранзисторамі (КТ301) з притискним пристроєм.

У гідрогеологічних та інженерно-геологічних свердловинах, заповнених водою або фільтратом промивальної рідини, температурні вимірювання проводять спеціальними засобами електротермометрії (ЕТМІ, ЕТС2, ЕСО-2, ЦЕ-2, СТТ-1, ТЕТ-2, ТЕГ-36).

Природний температурний режим ґрунтів слід визначати за умови, що свердловина повністю відстоятись.

При бурінні інженерно-геологічних свердловин в мерзлих ґрунтах, призначених для вивчення їх температурного режиму, не допускається промивання, підливання води або глинистого розчину, а також використання сольових розчинів. Буріння свердловин проводиться при найменшій швидкості обертання бурового снаряду укороченими заходками (0,2 - 0,3 м).

Орієнтовний час вистоювання таких свердловин до початку термокаротажних робіт становить:

- при ручному бурінні до глибини 12 - 15 м - 5 - 10 діб;

- те ж до глибини 20 - 25 м - 12 - 15 діб;

- при механічному колонковому бурінні до глибини 12-15м – 12-15 діб;

- те ж до глибини 20 - 25 м - 25 - 30 діб.

При бурінні свердловин в великоуламкових і скельних мерзлих ґрунтах час їх вистоювання збільшується в 1,5 рази.

Інженерно-геологічні свердловини, призначені для температурних режимних або разових спостережень, обладнують після закінчення буріння наступним чином:

а) в обсаджену свердловину до забою вводять спеціальні труби з мінімально можливим діаметром і з запаяним нижнім отвором (в залежності від діаметра термозонду, термокоси). Спеціальні труби рекомендується виготовляти з вініпласту або поліетилену. Після введення спеціальних труб в свердловину обсадні труби витягають. Затрубний простір спеціальних труб необхідно ретельно засипати сухим піском або глинисто-цементним розчином;

б) спеціальні труби повинні бути вище гирла свердловини на 0,3-0,5м;

в) з метою максимального запобігання циркуляції повітря в свердловині і попадання в неї вологи в спеціальну трубу вводять дерев'яний стрижень довжиною не менше висоти оголовка і діаметром трохи менше внутрішнього діаметра оголовка. На верхньому кінці дерев'яного стрижня закріпляють кришку для щільного прикриття верхнього отвору оголовка;

г) протягом усього часу проведення термометричних вимірів природні умови на поверхні ґрунту у свердловини повинні зберігатися в радіусі, рівному її глибині.

Свердловина має вистояти, якщо при трьох вимірах температури, вироблених поспіль з інтервалом в 1 добу, різниця у виміряних температурах на глибині понад 5м не перевищує ± 0,1 ° С.

Тягар вистойки гідрогеологічних свердловин, заповнених буровим розчином або водою, визначається зі співвідношення

де t - час витримки свердловини в спокої;

Dt0 - різниця температур фільтрату промивної рідини в свердловині і навколишніх породах у початковий момент часу;

Dt - те ж після закінчення часу відстоювання свердловини;

d - діаметр свердловини;

а - температуропровідність середовища.

Термометри в режимних інженерно-геологічних свердловинах встановлюють таким чином: в інтервалі глибин від 0 до 5 м - через кожні 0,5 м; те ж від 6 до 20 м - через кожні 1 м; на глибинах понад 20 м - через кожні 5 м.

Тривалість часу від моменту установки термометрів (датчиків) в "сухих" інженерно-геологічних свердловинах до початку вимірювання температури повинна бути не менше 3 год, що пов'язано з їх великими значеннями постійної часу.

Для проведення термометрії інженерно-геологічних свердловин ртутні термометри об'єднуються в зв'язки, причому в одній зв'язці повинно бути не більше п'яти термометрів.

Термометри опору (мідні, напівпровідникові) об'єднуються в комплекти (коси).

Досить перспективним є використання малоінерційних мікротермотранзісторних датчиків спільно з притискним пристроєм. Цей прилад дозволяє використовувати тільки один датчик, різко підвищити продуктивність термометрії "сухих" свердловин, збільшити точність реєстрації температури, вимірювати температуру в будь-якій точці, створити необхідні умови без термостатування.

Показання датчиків повинні бути високостабільними протягом тривалого часу експлуатації. Високостабільні датчики градуюються один раз в три місяці.

Для високостабільного термотранзісторного датчика не потрібно градуювальна таблиця. При експлуатації так датчика потрібне визначення ціни поділки стрілочного індикатора в град. С. Визначення ціни поділки в град. С і поправки до 0 ° С необхідно проводити один раз у три місяці.

Для визначення температури різних шарів розрізу в гідрогеологічних свердловинах слід застосовувати метод диференційного вимірювання з реєстрацією градієнт-термограм. Такий метод істотно підвищує чутливість температурних вимірювань до 0,004 град/см.

Градієнттермометри складаються з двох термоопорів, розташованих на фіксованій відстані один від одного, утворюючи два плеча місткової схеми.

Температурну криву в гідрогеологічних свердловинах записують тільки при спусканні термометра, при цьому швидкість переміщення його повинна бути постійною. При підйомі допускається проводити лише контрольні вимірювання температур.

Швидкість переміщення термометра в свердловині залежить від постійної часу приладу. Нижче наводяться допустимі швидкості переміщення термометрів з різними постійними:

постійна часу, з - 0,5; 0,5 - 1; 1 - 2; 2 - 4; понад 4;

допустима швидкість, м/год - 1000, 800, 600, 400, 300.

Термометр (терморезистор) градуюють не рідше одного разу на три місяці.

В області позитивних температур термометри (терморезистори) градуюють в термостаті (ванні), заповненому водою. Воду при нагріванні перемішують, щоб забезпечити в обсязі рівномірну температуру. Температуру контролюють ртутним термометром з ціною поділки не менше 0,1 ° С.

В області негативних температур (від 0 до -20 ° С) градуювання проводять в посудині з сумішшю "вода-лід-кухонна сіль". Посудину з термометрами (терморезисторами) поміщають в холодильник. Температуру суміші контролюють двома-трьома ртутними термометрами з ціною поділки не менше 0,1 С. У цьому випадку похибка градуювання забезпечується не більше ± 0,05 ° С.

Для термометрів з бруківкою схемою в свердловину приладі (термометр для роботи з трижильним кабелем) при градуюванні визначають відношення напруги у вимірювальній діагоналі моста DU до сили струму живлення J його при різних температурах t °. За результатами градуювання будують криву Перетин її з ординатою дає нульову температуру Т0, при якій міст збалансований і показання реєструючого приладу дорівнює нулю. Кутовий коефіцієнт, який розраховується по кривій, визначає постійну термометра t в градусах на 1 см.

При нелінійній залежності графік використовують для визначення шкали термограми.

Для кожного типу і екземпляра термометра (терморезистора) повинна бути визначена постійна часу (теплова інерція) t, протягом якої прилад сприйме 0,63 різниці температур вимірюваних середовищ.

Для визначення t беруть дві посудини, заповнених водою з температурою Т1 і Т2, що відрізняються приблизно на 10 ° С. Послідовно проводять вимірювання t спочатку в одній Т1, а потім в іншій Т2 посудинах. Час, витрачений на встановлення 0,63 різниці температур [Т = 0,63 (Т 2-Т 1)], і визначить величину t.

Для підвищення точності вимірювання температур рекомендується поєднувати безперервний запис термограми з точковими спостереженнями на заздалегідь визначених інтервалах (глибинах). При цьому виміри в кожній точці спостереження повинні виконуватися неодноразово через кожні 5 - 10 с. Похибка дискретного вимірювання не повинна перевищувати 0,05 - 0,1 ° С.

Якщо температурні вимірювання проводять в комплексі з іншими видами каротажу, то на свердловині спочатку записують температурну криву, а потім інші у послідовності, визначеній програмою робіт.

Стандартними масштабами глибин термограмм є 1:200 і 1:50, масштаб запису не більше 1 ° С на 1 см, рідше 0,25 - 0,5 ° С на 1 см паперу. Допустима похибка у визначенні абсолютного значення температур 0,5-1 °. При точкових вимірах температури всі необхідні дані записують у журнал польових спостережень.

При визначенні термометрією поглинаючих (що віддають) пластів і місць затрубної циркуляції в гідрогеології застосовується метод оттартиванія і метод продавлювання. Вибір методу залежить від обладнання свердловини. При великому поглинанні рекомендується користуватися методом продавлювання.

Метод оттартиванія застосовується після попереднього промивання свердловини (при несталому тепловому режимі). Контрольний вимір повинен підтвердити відсутність на термограмі різких аномалій.

Після контрольного виміру вимірюють температуру при різних зниженнях рівня рідини в свердловині, що викликає приплив в неї води з водоносних горизонтів.

Метод продавлювання застосовується при режимі, можливо більш близькому до сталого. Роботи зводяться до продавлювання стовпа рідини близько 50 - 100м, до продавлювання та в процесі його проводять ряд вимірювань температури.