第四章-井温测井

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1、主讲教师：陈科贵 生产测井 第四章 井温测井 第一节 热力学基础理论 第二节 井温测井基本原理 第三节 井温资料的应用 第四章 井温测井 第一节 热力学基础理论 一、井筒热传递基本理论 1.井下地层热力学特性 2.井筒流体的热学基本关系 二、油气生产井、注水井中热传递 基本情况 第一节 热力学基础理论 一、井筒热传递基本理论 温度测井基于井筒周围地层是一个 热稳定体的这个假定，自然温度梯度是 由地球热扩散造成的，当这种热平衡条 件被打破时，井内的温度梯度或径向温 度分布就会发生变化。井温测井就是通 过测量井筒的局部温度异常和温度梯度 来反映这些变化，从而根据这些变化来 推断井筒可能出现的情况。

2、 第一节 热力学基础理论 1、井下地层热力学特性 地层温度主要来自地球内部的热能。地球可视为一 个向外的散热体，是一个稳定温度场。在常温层以下， 地层的温度是随深度增加而增加的，一个地层温度的高 低主要取决于地层的埋藏深度。地温与深度之间有以下 关系： 0 （） 式中 T0 地面活动层下边界处的温度； G 平均地温梯度； H 距活动层下边界处的距离； T 在深度H处的地层温度。 第一节 热力学基础理论 地层温度同样可以用下式表达： 式中 Z点的地温梯度； 0活动层下边界的深度。 活动层：指其温度随太阳照射的热量的变化而周期变化，或者 说随季节而变的这一段地层，厚度约40m。在活动层以下，地 层

3、温度受气候变化影响很微小，实际上几乎不随季节而变。 第一节 热力学基础理论 井内流体温度的变化取决于与周围介质所交换的热量。 不同温度物体之间传输热量的大小可用付里叶定律来描述： S 热流流过的横断面的面积； K(x) 物质的热传导系数。 付里叶定律用微分形式 ： 第一节 热力学基础理论 其中 在井温测井的井筒条件下，可以把井下地层看作为 均匀无限的园柱体，假定无热源 (f0)，式（） 写为： 式中 f地层温度； r距离； t时间； 热传导系数； 岩石密度； 岩石比热； 岩石的热导率。 第一节 热力学基础理论 岩石的比热：指地层岩石温度升高所需的热 量，对沉积岩，比热的变化范围在0.190.2

4、5（ ）之间，而一般岩石的比热范围在0.150.5 ()之间。 岩石的热导率表征岩石热传递能力的大小，在很大程 度上取决于岩石中矿物的组成成分、孔隙度和含水饱和度 等。热导率的单位可以是（），也可 以是(m)。例如大庆油田，泥岩的热导率 平均为1390.68（m），砂岩为1668.24 (m)。 第一节 热力学基础理论 2.井筒流体的热学基本关系 在生产井或注入井中，在一般情况下，井筒流体的 流速比较高，而且井径小，流体在整个井筒内温度可看 作为一个均匀体。这时，井内流体的热平衡方程为： 式中， Q表示在深度z处单位深度上在单位时间 内从地层传给井筒流体的热量。 式(4-7)的边界条件为： （

5、47） 第一节 热力学基础理论 在生产或注入开始时刻，地层与井筒流体达到平衡状态 ，故初始条件应为： 在注入情况下： （，）0 （412） 在生产情况下： （，）0 （413） 应用上述定解条件对式(4-7)求解，且满足下列条件: 第一节 热力学基础理论 解得： 由式(4-15)可见，井内任何深度上流体的温度都 是流量、时间、流体热学性质以及地层热学性质的 函数。 第一节 热力学基础理论 二、油气生产井、注水井中热传递基本情况 油气生产和注入井中流体的温度往往与它们周围介 质的温度不相同，当两物质之间存在温度差时，热量总 是自发地由高温热源向低温热源传递。井筒内地质情况 比较复杂，生产和注入情

6、况差别很大，因而热量传递就 更为复杂。 热量传递存在三种方式，即传导、对流和辐射，一 般说来，井筒内热量传递这种三方式均存在。 1、热传导方式 ： 井筒内地层与水泥环之间、水泥环 与套管之间、套管与井筒流体之间 。 2、热辐射方式 ：套管和油管环形空间内的动液面以 上的气体部分 。 3、对流方式：井筒内有流体流动且井筒内流体各部 分之间有温度差 。 第二节 井温测井基本原理 一、仪器结构 二、测量原理 三、井温仪参数的标定方法 第二节 井温测井基本原理 一、仪器结构 井温仪多采用电阻式温度计井温仪，其作用原理主要是 利用导体的电阻随温度而变的特性。 第二节 井温测井基本原理 井温仪器温度传感利

7、用桥式电子线路。在桥式电路中，利 用不同金属材料制成的电阻元件的温度系数差异，将井下 流体温度的差异转化为金属电阻阻值的变化，间接求出温 度的变化。金属材料的电阻率与温度的关系为 ： 2 （） 式中 电阻率； T温度； 、 与金属材料性质有关的常数 。 井温仪中的感温元件通常使用金属铂，主要是由于铂有较 好的温度系数。金属材料感温元件的阻值一般随温度增加 而呈指数规律变化： K(T) （） （） （418） 式中 温度为时的阻值； 温度为时的阻值。 第二节 井温测井基本原理 一、仪器结构 二、测量原理 三、井温仪参数的标定方法 第二节 井温测井基本原理 二、测量原理 井温仪的测量原理电子线路如

8、图： 热灵敏电阻 固定电阻 固定电阻 固定电阻 第二节 井温测井基本原理 在桥式电路中，、两端点的电位差为： 电桥 平衡时(0)，有1，故 从而，温测井的理论关系式： 或 式中 C 仪器常数； 0电桥处于平衡时的温度 。 第二节 井温测井基本原理 n梯度微差井温仪，桥式电路中有两个灵敏臂，如图： 理论关系为： 显然，式(4-24)与式(4-22)的差别仅在于仪器常数C 。 第二节 井温测井基本原理 u如下图所示的信号处理电路可以将井下温度信息转化为普通 井温和梯度微差井温两种信号加以记录，实现了一次下井同时 获得的两种测量结果，简化了下井仪器结构和操作过程 。 u普通井温曲线反映的是井内各个深

9、度下的流体温度，测量 结果体现了井内温度的梯度变化情况 。 u微差井温曲线反映的是井轴上一定距离之间两点的温度差 别情况，并以较大的比例进行记录，测量结果更能体现井内 局部的温度梯度变化情况。 第二节 井温测井基本原理 一、仪器结构 二、测量原理 三、井温仪参数的标定方法 第二节 井温测井基本原理 三、井温仪参数的标定方法 电阻式温度仪的仪器常数C和平衡点温度0一般采用点 测实验法进行标定。其方法是首先依次把仪器浸入已知温度为 1、的溶液中，对仪器供以恒稳电流I，测出相 应的电位差、，次数应大于5，然后，以 T为横标，为纵标，在坐标图上分别点出各测量点的位置， 这些点构成一回归直线，如图4-5

10、所示。该直线与横轴的交点即 为0，该直线的斜率即为仪器常数C，并且实验C值与理论计 算C值应该比较接近。 第二节 井温测井基本原理 u井温测井既可以在稳定生产或注入的流动井中进行，也可 以在关井后的静止条件下进行测量。 u对于流动井，要求测前48h内生产或注入条件要保持稳定。 u对于静态井，要求井内不允许有注入或泄漏，就是1m3左右 的回流也会造成测井信息失真 。 u任何仪器都存在一个惯性问题(即时间常数)，井温测井也不 例外，存在热惯性。热惯性表征仪器受周围介质温度影响的 变化速度。通常，当仪器从一种温度的溶液进入另一种温度 的溶液时，传感器受温度影响不是突变，而是按指数规律变 化，时间常数

11、越小，仪器感温就越快。因此，在井温测井中 根据仪器特性，测速不应超550mh，在气井中最好采用点测 方式进行。 第三节 井温资料的应用 一、井温曲线的类型 二、井温曲线的定性应用 1、确定原始地层温度 2、求地层温度值 3、井温曲线在流动井中的应用 （1）注入井 （2）生产井 4、井温曲线在关井中的应用 5、确定漏失层位 6、确定窜槽层位 7、确定固井水泥上返高度 8、评价酸化压裂效果 三、井温资料的定量分析 第三节 井温资料的应用 一、井温曲线的类型 根据测井时井所处的状态，把井温测井分为两种基本类型： A、流动型 ：主要的特征是测井时有地层流体从井口流出地 面，或者有流体从井口注入井筒内，

12、即井口有流体的流出流 入。 B、关井型 ：主要特征是测井时井是处于关闭状态，无任何 流体从井口的流入流出。 l在评价一条井温曲线时，常将所测的井温曲线与同一井中相应深度处 的地层温度作对比。一口井的地层温度随井深变化的曲线近于一条直线 ，此直线显示出地层温度随井深增加而增加，它的斜率就是在这口井中 地层的地温梯度值。习惯上，人们把地层温度线称为地温梯度线，在进 行资料手工对比时常常要作出这条线。并在这条线上标出其斜率值，即 地温梯度值。 第三节 井温资料的应用 二、井温曲线的定性应用 1.确定原始地层温度 根据均匀无限园柱体的热扩散方程，如果地层的温度扩散系数和井 内温度梯度都可以当作常数处理

13、，由确定的初值和边值定解问题条 件，可解得由温度恢复资料计算原始地层温度的公式： 式中 h井底h深度处的地层温度； t 稳定生产或注入时间，单位h； 关井时间，单位h； 在时刻的地层温度； 与地层性质有关的常数。 第三节 井温资料的应用 l根据不同时间测的 井温资料选择若干 个及相应的井底 温度，作图4-6所示 的半对数交会图， 这些点的回归直线 与温度轴的交点即 为所求的原始地层 温度。 u确定原始地层温度 原始地 层温度 第三节 井温资料的应用 2.求地温梯度值 在井关闭时间较长 ，井筒内无流体流动的情况下，当井内 流体与地层温度达到平衡时，井温几乎接近于地层温度，这 时可用井温测井资料来

14、进行地温梯度值估算： 式中 地温梯度值； 1、两个不同的深度值； T1对应1深度处的地层温度； 对应深度处的地层温度。 第三节 井温资料的应用 u估算地温梯度 l地温梯度值随井和地区 不同有很大变化，实际的 地温梯度值在全井段并非 固定不变，一般要随深度 和岩性而变化，只有在温 度变化相对较稳定的井段 才能用此法对地温梯度值 作近似估算，如图4-7所示 。 另外也可以用不同时间所测得的温度恢复资料所确定的原 始地层温度沿垂向上的变化率来获得地温梯度值。 第三节 井温资料的应用 3.井温曲线在流动井中的应用 (1)注入井 在注入井，井温曲线是深度、注入 流体的温度、注入量、注入时间、 地层及流体的热学性质与井中地温 剖面的函数。图4-8是一口注入量和 注入时间相同，不同注入流体温度 的井温曲线。从图上可以发现，当 注入水的温度较高时，在很深的深 度内注入水的温度比地温高，随深 度增加注入水从井筒获得来自地层 的热量温度增加，但增加程度比较 缓慢，自上而下使得注入水的温度 先是高于地温逐渐到等于地温到最 后低于地温的变化，并与地温梯度 线平行。井温曲线上与地温梯度线 平行的那部分线称为渐近线。对较 低温度的注入水也有类似情况，主 要区别在于自浅部一开始井温就比 地温低。