Оценка температурного шума свободной тепловой конвекции в водонаполненных буровых скважинах по экспериментальным данным

Abstract

Актуальность. Температурные исследования в скважинах используются для решения широкого круга разведочных, промыслово-геофизических, экологических, гидрогеологических, геодинамических задач. Появление новых температурных датчиков и систем регистрации существенно расширяет возможности скважинной термометрии, одновременно предъявляя повышенные требования к точности измерений, которые часто не могут быть удовлетворены в реальных скважинных условиях вследствие влияния температурного шума, вызываемого свободной тепловой конвекцией жидкости. Эффективное планирование аппаратуры и методик температурных измерений в скважинах требует оценки амплитуды температурного шума. Цель: обоснование математических моделей, позволяющих оценивать уровень температурного шума, вызываемого свободной тепловой конвекцией. Методы: статистический анализ данных, полученных с помощью лабораторных экспериментов, в ходе температурного каротажа и мониторинга температуры в реальных скважинах. Результаты. Обоснован оптимальный параметр оценки уровня температурного шума - среднеквадратическое отклонение температурных колебаний. Разработаны модели различной сложности, позволяющие оценивать амплитуду конвективного шума в зависимости от геотермического градиента, внутреннего радиуса скважины и числа Рэлея. Предложенные модели позволяют более эффективно обосновать выбор аппаратуры и методики температурного каротажа и температурного мониторинга скважин в зависимости от соотношения "полезный сигнал/температурный шум".

The relevance of the research. Temperature measurements in boreholes are used for solving a wide range of exploration, geophysical, environmental, hydrogeological, and geodynamic problems. The development of new temperature sensors and registration systems significantly expands the capabilities of borehole thermometry. This raises the requirements for measurement accuracy. However, these requirements often cannot be satisfied in real borehole conditions due to the influence of temperature noise caused by free thermal convection of the fluid. For effective planning of equipment and methods of temperature measurements in boreholes, it is necessary to evaluate the amplitude of temperature noise. The main aim of the research is to develop mathematical models for estimating the level of temperature noise caused by free thermal convection. Methods: statistical analysis of temperature records obtained from laboratory experiments, temperature logging and temperature monitoring in boreholes. Results. The optimal parameter for estimating temperature noise is the standard deviation of temperature fluctuations. Models of varying complexity have been developed that make it possible to estimate the amplitude of convective noise depending on the geothermal gradient, the internal radius of the borehole, and the Rayleigh number. The proposed models allow choosing the equipment and methods of temperature logging and temperature monitoring in boreholes, depending on the ratio of useful signal/temperature noise.