基本介紹
- 中文名：近似穩態
- 外文名：approximate stationary
- 分類：能源技術
概述,套用,簡易井溫曲線的近似穩態校正方法,簡易測溫和近似穩態測溫,簡易測溫資料的近似穩態校正方法,簡易測溫與近似穩態測溫的差異,井底溫度,中性點,恆溫帶溫度,實例對比,
概述
此法假定對不穩定中間產物的淨生成反應速率可近似取為零。如果不穩定中間產物的淨生成反應速率為零，則其濃度應不隨時間而變化，而達到穩態；但按穩態近似處理時，不穩定中間產物的濃度是隨時間而變化的，只是其變化率與中間產物的總生成反應速率以及總消耗反應速率相比都小得多。事實上，其淨生成反應速率是其總生成反應速率與總消耗反應速率之差，是兩個大數之差，其差值與大數本身相比很小，所以可以略去不計。
套用
適用於有活潑中間物的連續反應。它假定，反應開始階段之後，體系基本處於穩態，活潑中間物的生成速率基本上等於其消失速率，中間物濃度不隨時間改變，達到穩態濃度，由此可列出一些代數方程以求出總的速率議程。對原子、自由基、激發態中間分子等均可用穩態近似，而對不存在穩態（如支鏈爆炸反應）的體系，不能隨意套用穩態近似。
簡易井溫曲線的近似穩態校正方法
利用長期野外測井工作的經驗，對簡易測溫鑽孔進行近似穩態校正，採用井底溫度、中性點( 段) 和恆溫帶的溫度三個關鍵點近似推求穩態曲線。根據校正後曲線,鑽孔中某一層位和某一深度的地溫值就很容易地從校正曲線上查出，並可求出各層段以及全孔的地溫梯度，為礦井設計和礦井生產提供更為可靠實際的資料。
簡易測溫和近似穩態測溫
在煤炭地質勘探中，地溫測井工作主要為簡易測溫和近似穩態測溫兩種形式。所謂簡易測溫，是指鑽探施工結束後進行常規測井前後各進行一次的地溫測量方式，又稱測前與測後，間隔時間一般只有6～8h。近似穩態測溫是指在簡易井溫測量結束之後按12、12、24、24h的時間間隔各進行一次測溫，以求得岩、煤層近似穩定的原始溫度值及尋找溫度恢復的規律。
近似穩態測溫工作，需要鑽孔保留相當長的時間，孔壁的坍塌、岩粉沉澱、鑽孔縮徑等一系列因素將使井下儀器( 探管) 無法下到孔底而中途停止。如果採取捅孔、沖孔等措施，可以重新測量，但已獲得的資料將會報廢，如此情況在測量過程中還可能會反覆發生，因此在實際工作中近似穩態測溫是一件非常困難的事情，成功率比較低。一個近似穩態測溫孔至少要進行3～5d的測量，有的甚至十幾天也達不到目的。雖然有些近似穩態測溫孔可以選擇在抽水試驗孔，利用其穩定水位的時間進行多次地溫測量。在同一勘探區內,不能把所有近似穩態測溫孔都選擇在抽水試驗孔內。一般只需選擇3～4個鑽孔作近似穩態測量，但一定要合理布孔，精確測量。同時，要記錄好井液停止循環時間及測量時間的間隔。
由於近似穩態測溫孔不易進行，所以大量的鑽孔測溫採用簡易測溫。所得鑽孔溫度為非穩態鑽孔溫度。這類資料在使用上就不能與近似穩態孔等同，這時就需要根據近似穩態孔熱恢復規律進行相應校正，校正後的地溫資料才能用來評價地溫場。
簡易測溫資料的近似穩態校正方法
對簡易測溫鑽孔進行近似穩態校正，多採用井底溫度、中性點( 段) 和恆溫帶的溫度三個關鍵點來近似推求穩態曲線的方法。這種方法被認為是簡單有效的方法，由於對這三個關鍵點的確定方法不盡相同，導致計算結果會出現較大的差異。因此對這三個關鍵點的認識與取值就成為校正工作最重要的問題。
( 1) 井底溫度。在近似穩態測溫鑽孔的最後一次測溫 ( 即井液停止循環時間達72h以上) 所測得井底溫度可以近似地看作是原始岩溫，一般相差0.2℃左右。但是，簡易測溫第二次測量一般是在井液停止循環時間8h左右進行的，與原始岩溫相差較大，必須按照近似穩態鑽孔中熱恢復的規律推算，予以適當較正，求得近似的原始地溫場的溫度。
( 2) 中性點( 段) 。當鑽孔達到一定深度，井底的原始溫度高於沖洗液的溫度時，熱恢復在鑽孔上、下二段的變化是不相同的。在下段原始地溫場的破壞是被沖洗液冷卻，熱恢復過程是朝著溫度增加的方向回升。
( 3) 恆溫點。根據地溫測量的經驗，在煤田地質勘探中不能得到勘探區內恆溫帶的深度與溫度的情況下，可採用兩種方法代替恆溫點做校正曲線。一種是利用變溫點的深度與溫度來代替恆溫點的深度與溫度；另一種方法是利用多個近似穩態測溫孔最後一次測溫曲線的上段延長至地表所得溫度的平均數作為地表地溫，然後和中性點相聯做校正曲線。第一種方法的變溫點可以這樣求得：在多個近似穩態孔或井液停止循環時間較長的簡易測溫孔中找出其溫度變化點 ( 即曲線的拐點) 的深度與溫度，求其算術平均值作為變溫點的深度與溫度值，用來代替恆溫點的深度與溫度值校正曲線。
簡易測溫與近似穩態測溫的差異
礦井高溫是礦山生產過程中影響安全的一個重大隱患因素。在地質勘探中，地溫的主要研究方法是鑽孔測溫法，該方法有近似穩態和簡易測溫兩種。採用簡易測溫和近似穩態測溫，求取地溫梯度上的差別。地溫梯度是選擇合理降溫方法及風溫預測的一個基礎數據，因此地溫梯度的確定對控制礦井地熱災害具有重要的現實意義。從試驗結果分析，近似穩態測溫相對於簡易測溫與實際地溫梯度變化情況更加吻合，為以後的礦井風溫預算、開拓方式、通風系統提供了更為精確的地溫參數。
井底溫度
停鑽後所採集的井溫曲線是不穩定的，井底的溫度相對於其他點更接近岩石的原始溫度。根據穩定程度對井底溫度作如下評估：通常可以認為溫度達到了準穩定，井底岩石的熱性質屬於一般的情況下，溫度恢復程度相當於擾動幅度的70%～80% ，屆時的井底與平衡岩石溫度大約相差1℃ 。
中性點
鑽孔比較深時，因為鑽具擾動，下段溫度被井液冷卻，上段則增溫，在地溫回復時，下段井溫回升；上段井溫下降。所以，中性點位於隨溫度變化方向相反的上下兩段之間，該點溫度與圍岩相近或一致。
在鑽孔溫度恢復時，可由兩條不同時間取得的井溫曲線得到中性點。在簡易測溫中兩條溫度曲線的交點即為中性點。中性點是判斷恆溫帶深度和溫度的一個重要參數。
恆溫帶溫度
恆溫帶以上區域受地球表面溫度影響變化大，在恆溫帶以下區域地溫隨深度的增大受地球內熱影響大。
式中：θz － 恆溫帶溫度；θ0－地面年平均溫度；Z－恆溫帶深度；λ－岩石熱導率；a－地面熱傳遞係數；q－大地熱流值。
實例對比
測區位於亞熱帶潮濕氣候的雲貴高原，冬季和夏季時間長，春季和秋季時間短。氣象資料顯示，本區年最低氣溫為－1.9℃，最高為40.8℃( 1991年5月24日) ，年平均氣溫15.9℃。接近實際地溫。從測溫數據成果表分析，簡易測溫判斷變溫點位置為70m；而近似穩態測溫判斷變溫點位置為60m；孔底溫度則分別為22.4℃和23.4℃。
利用變溫點的深度為恆溫點的深度，並根據增溫帶平均地溫梯度計算公式，簡易測溫計算地溫梯度G=2.83℃/100m。近似穩態測溫數據計算增溫帶地溫梯度G=3.13℃/100m。
