主講教師：陳科貴生產(chǎn)測井主講教師：陳科貴生產(chǎn)測井1

第四章井溫測井第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論第二節(jié)井溫測井基本原理第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用第四章井溫測井第四章井溫測井第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論2

第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論一、井筒熱傳遞基本理論

1.井下地層熱力學(xué)特性

2.井筒流體的熱學(xué)基本關(guān)系二、油氣生產(chǎn)井、注水井中熱傳遞基本情況第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論一、井筒熱傳遞基本理論3

第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論一、井筒熱傳遞基本理論

溫度測井基于井筒周圍地層是一個熱穩(wěn)定體的這個假定，自然溫度梯度是由地球熱擴(kuò)散造成的，當(dāng)這種熱平衡條件被打破時，井內(nèi)的溫度梯度或徑向溫度分布就會發(fā)生變化。井溫測井就是通過測量井筒的局部溫度異常和溫度梯度來反映這些變化，從而根據(jù)這些變化來推斷井筒可能出現(xiàn)的情況。第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論一、井筒熱傳遞基本理論4

第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論1、井下地層熱力學(xué)特性

地層溫度主要來自地球內(nèi)部的熱能。地球可視為一個向外的散熱體，是一個穩(wěn)定溫度場。在常溫層以下，地層的溫度是隨深度增加而增加的，一個地層溫度的高低主要取決于地層的埋藏深度。地溫與深度之間有以下關(guān)系：

Ｔ＝Ｔ0＋ＧＨ（４－２）

式中T0——地面活動層下邊界處的溫度；

G——平均地溫梯度；

H——距活動層下邊界處的距離；

T——在深度H處的地層溫度。

第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論1、井下地層熱力學(xué)特性

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第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論地層溫度同樣可以用下式表達(dá)：

式中Ｇｚ——Z點(diǎn)的地溫梯度；Ｈ0——活動層下邊界的深度。

活動層：指其溫度隨太陽照射的熱量的變化而周期變化，或者說隨季節(jié)而變的這一段地層，厚度約40m。在活動層以下，地層溫度受氣候變化影響很微小，實(shí)際上幾乎不隨季節(jié)而變。第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論地層溫度同樣可以用下式表達(dá)6

第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論

井內(nèi)流體溫度的變化取決于與周圍介質(zhì)所交換的熱量。不同溫度物體之間傳輸熱量的大小可用付里葉定律來描述：S——熱流流過的橫斷面的面積；K(x)——物質(zhì)的熱傳導(dǎo)系數(shù)。第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論井內(nèi)流體溫7付里葉定律用微分形式：

第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論其中

在井溫測井的井筒條件下，可以把井下地層看作為均勻無限的園柱體，假定無熱源(f＝0)，式（４－５）寫為：

式中Ｔf——地層溫度；r——距離；

t——時間；

α——熱傳導(dǎo)系數(shù)；

ρｍａ——巖石密度；Ｃｍａ——巖石比熱；λｍａ——巖石的熱導(dǎo)率。付里葉定律用微分形式：第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論其8

第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論

巖石的比熱：指１ｇ地層巖石溫度升高１℃所需的熱量，對沉積巖，比熱的變化范圍在0.19～0.25ｃａｌ／（ｇ·℃）之間，而一般巖石的比熱范圍在0.15～0.5ｃａｌ／(ｇ·℃)之間。

巖石的熱導(dǎo)率表征巖石熱傳遞能力的大小，在很大程度上取決于巖石中礦物的組成成分、孔隙度和含水飽和度等。熱導(dǎo)率的單位可以是ｃａｌ／（ｃｍ·ｓ·℃），也可以是ｋｃａｌ／(m·ｈ·℃)。例如大慶油田，泥巖的熱導(dǎo)率平均為1390.68ｋｃａｌ／（m·ｈ·℃），砂巖為1668.24ｋｃａｌ／(m·ｈ·℃)。第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論巖石的比熱9

第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論2.井筒流體的熱學(xué)基本關(guān)系在生產(chǎn)井或注入井中，在一般情況下，井筒流體的流速比較高，而且井徑小，流體在整個井筒內(nèi)溫度可看作為一個均勻體。這時，井內(nèi)流體的熱平衡方程為：

式中，Q表示在深度z處單位深度上在單位時間內(nèi)從地層傳給井筒流體的熱量。式(4-7)的邊界條件為：（4——7）第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論2.井筒流體的熱學(xué)基本關(guān)10

第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論在生產(chǎn)或注入開始時刻，地層與井筒流體達(dá)到平衡狀態(tài)，故初始條件應(yīng)為：在注入情況下：Ｔ（ｔ，０）＝Ｔ0（4——12）在生產(chǎn)情況下：Ｔ（ｔ，０）＝Ｔ0（4——13）應(yīng)用上述定解條件對式(4-7)求解，且滿足下列條件:第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論在生產(chǎn)或注入開始時刻，地層11

第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論解得：

由式(4-15)可見，井內(nèi)任何深度上流體的溫度都是流量、時間、流體熱學(xué)性質(zhì)以及地層熱學(xué)性質(zhì)的函數(shù)。第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論解得：由式12

第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論二、油氣生產(chǎn)井、注水井中熱傳遞基本情況油氣生產(chǎn)和注入井中流體的溫度往往與它們周圍介質(zhì)的溫度不相同，當(dāng)兩物質(zhì)之間存在溫度差時，熱量總是自發(fā)地由高溫?zé)嵩聪虻蜏責(zé)嵩磦鬟f。井筒內(nèi)地質(zhì)情況比較復(fù)雜，生產(chǎn)和注入情況差別很大，因而熱量傳遞就更為復(fù)雜。熱量傳遞存在三種方式，即傳導(dǎo)、對流和輻射，一般說來，井筒內(nèi)熱量傳遞這種三方式均存在。

1、熱傳導(dǎo)方式：井筒內(nèi)地層與水泥環(huán)之間、水泥環(huán)與套管之間、套管與井筒流體之間。

2、熱輻射方式：套管和油管環(huán)形空間內(nèi)的動液面以上的氣體部分。

3、對流方式：井筒內(nèi)有流體流動且井筒內(nèi)流體各部分之間有溫度差。第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論二、油氣生產(chǎn)井、注水井中熱13

第二節(jié)井溫測井基本原理一、儀器結(jié)構(gòu)二、測量原理三、井溫儀參數(shù)的標(biāo)定方法第二節(jié)井溫測井基本原理一、儀器結(jié)構(gòu)14

第二節(jié)井溫測井基本原理一、儀器結(jié)構(gòu)井溫儀多采用電阻式溫度計井溫儀，其作用原理主要是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度而變的特性。第二節(jié)井溫測井基本原理一、儀器結(jié)構(gòu)井溫儀多采15

第二節(jié)井溫測井基本原理井溫儀器溫度傳感利用橋式電子線路。在橋式電路中，利用不同金屬材料制成的電阻元件的溫度系數(shù)差異，將井下流體溫度的差異轉(zhuǎn)化為金屬電阻阻值的變化，間接求出溫度的變化。金屬材料的電阻率與溫度的關(guān)系為：

ρ＝ａ＋ｂＴ＋ｃＴ2（４－１６）式中ρ——電阻率；

T——溫度；ａ、ｂ、ｃ——與金屬材料性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。井溫儀中的感溫元件通常使用金屬鉑，主要是由于鉑有較好的溫度系數(shù)。金屬材料感溫元件的阻值一般隨溫度增加而呈指數(shù)規(guī)律變化：Ｒｔ＝Ｒ′ｅK(T)（４－１７）Ｒｔ＝Ｒ′（１＋ＡＴ＋ＢＴ２）（4—18）式中Ｒｔ——溫度為Ｔ℃時的阻值；Ｒ′——溫度為０℃時的阻值。第二節(jié)井溫測井基本原理井溫儀器溫度傳感利用橋式16

第二節(jié)井溫測井基本原理一、儀器結(jié)構(gòu)二、測量原理三、井溫儀參數(shù)的標(biāo)定方法第二節(jié)井溫測井基本原理一、儀器結(jié)構(gòu)17

第二節(jié)井溫測井基本原理二、測量原理井溫儀的測量原理電子線路如圖：熱靈敏電阻固定電阻固定電阻固定電阻第二節(jié)井溫測井基本原理二、測量原理井溫儀的測量18

第二節(jié)井溫測井基本原理在橋式電路中，Ｍ、Ｎ兩端點(diǎn)的電位差為：電橋平衡時(ΔＶＭＮ＝0)，有Ｒ1Ｒ３＝Ｒ２Ｒ４，故從而，溫測井的理論關(guān)系式：

或式中C——儀器常數(shù)；Ｔ0——電橋處于平衡時的溫度。第二節(jié)井溫測井基本原理在橋式電路中，Ｍ、Ｎ兩端19

第二節(jié)井溫測井基本原理梯度微差井溫儀，橋式電路中有兩個靈敏臂，如圖：

理論關(guān)系為：

顯然，式(4-24)與式(4-22)的差別僅在于儀器常數(shù)C

。第二節(jié)井溫測井基本原理梯度微差井溫儀，橋式電路20

第二節(jié)井溫測井基本原理如下圖所示的信號處理電路可以將井下溫度信息轉(zhuǎn)化為普通井溫和梯度微差井溫兩種信號加以記錄，實(shí)現(xiàn)了一次下井同時獲得的兩種測量結(jié)果，簡化了下井儀器結(jié)構(gòu)和操作過程。普通井溫曲線反映的是井內(nèi)各個深度下的流體溫度，測量結(jié)果體現(xiàn)了井內(nèi)溫度的梯度變化情況。微差井溫曲線反映的是井軸上一定距離之間兩點(diǎn)的溫度差別情況，并以較大的比例進(jìn)行記錄，測量結(jié)果更能體現(xiàn)井內(nèi)局部的溫度梯度變化情況。第二節(jié)井溫測井基本原理如下圖所示的信號處理電路21

第二節(jié)井溫測井基本原理一、儀器結(jié)構(gòu)二、測量原理三、井溫儀參數(shù)的標(biāo)定方法第二節(jié)井溫測井基本原理一、儀器結(jié)構(gòu)22

第二節(jié)井溫測井基本原理三、井溫儀參數(shù)的標(biāo)定方法電阻式溫度儀的儀器常數(shù)C和平衡點(diǎn)溫度Ｔ0一般采用點(diǎn)測實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行標(biāo)定。其方法是首先依次把儀器浸入已知溫度為Ｔ1、Ｔ２……Ｔｎ的溶液中，對儀器供以恒穩(wěn)電流I，測出相應(yīng)的電位差ΔＶ１、ΔＶ２……ΔＶｎ，次數(shù)應(yīng)大于5，然后，以T為橫標(biāo)，ΔＶ為縱標(biāo)，在坐標(biāo)圖上分別點(diǎn)出各測量點(diǎn)的位置，這些點(diǎn)構(gòu)成一回歸直線，如圖4-5所示。該直線與橫軸的交點(diǎn)即為Ｔ0，該直線的斜率即為儀器常數(shù)C，并且實(shí)驗(yàn)C值與理論計算C值應(yīng)該比較接近。第二節(jié)井溫測井基本原理三、井溫儀參數(shù)的標(biāo)定方法23

第二節(jié)井溫測井基本原理井溫測井既可以在穩(wěn)定生產(chǎn)或注入的流動井中進(jìn)行，也可以在關(guān)井后的靜止條件下進(jìn)行測量。對于流動井，要求測前48h內(nèi)生產(chǎn)或注入條件要保持穩(wěn)定。對于靜態(tài)井，要求井內(nèi)不允許有注入或泄漏，就是1m3左右的回流也會造成測井信息失真。任何儀器都存在一個慣性問題(即時間常數(shù))，井溫測井也不例外，存在熱慣性。熱慣性表征儀器受周圍介質(zhì)溫度影響的變化速度。通常，當(dāng)儀器從一種溫度的溶液進(jìn)入另一種溫度的溶液時，傳感器受溫度影響不是突變，而是按指數(shù)規(guī)律變化，時間常數(shù)越小，儀器感溫就越快。因此，在井溫測井中根據(jù)儀器特性，測速不應(yīng)超550m／h，在氣井中最好采用點(diǎn)測方式進(jìn)行。第二節(jié)井溫測井基本原理井溫測井既可以在穩(wěn)定生產(chǎn)24

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用一、井溫曲線的類型二、井溫曲線的定性應(yīng)用

1、確定原始地層溫度

2、求地層溫度值

3、井溫曲線在流動井中的應(yīng)用（1）注入井（2）生產(chǎn)井

4、井溫曲線在關(guān)井中的應(yīng)用

5、確定漏失層位

6、確定竄槽層位

7、確定固井水泥上返高度

8、評價酸化壓裂效果三、井溫資料的定量分析第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用一、井溫曲線的類型25

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用一、井溫曲線的類型

根據(jù)測井時井所處的狀態(tài)，把井溫測井分為兩種基本類型：A、流動型：主要的特征是測井時有地層流體從井口流出地面，或者有流體從井口注入井筒內(nèi)，即井口有流體的流出流入。B、關(guān)井型：主要特征是測井時井是處于關(guān)閉狀態(tài)，無任何流體從井口的流入流出。在評價一條井溫曲線時，常將所測的井溫曲線與同一井中相應(yīng)深度處的地層溫度作對比。一口井的地層溫度隨井深變化的曲線近于一條直線，此直線顯示出地層溫度隨井深增加而增加，它的斜率就是在這口井中地層的地溫梯度值。習(xí)慣上，人們把地層溫度線稱為地溫梯度線，在進(jìn)行資料手工對比時常常要作出這條線。并在這條線上標(biāo)出其斜率值，即地溫梯度值。第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用一、井溫曲線的類型根據(jù)26

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用二、井溫曲線的定性應(yīng)用

1.確定原始地層溫度根據(jù)均勻無限園柱體的熱擴(kuò)散方程，如果地層的溫度擴(kuò)散系數(shù)和井內(nèi)溫度梯度都可以當(dāng)作常數(shù)處理，由確定的初值和邊值定解問題條件，可解得由溫度恢復(fù)資料計算原始地層溫度的公式：式中Ｔh——井底h深度處的地層溫度；

t——穩(wěn)定生產(chǎn)或注入時間，單位h；

Δｔ——關(guān)井時間，單位h；Ｔ——在Δｔ時刻的地層溫度；Ｃ——與地層性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用二、井溫曲線的定性應(yīng)用127

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用根據(jù)不同時間測的井溫資料選擇若干個Δｔ及相應(yīng)的井底溫度，作圖4-6所示的半對數(shù)交會圖，這些點(diǎn)的回歸直線與溫度軸的交點(diǎn)即為所求的原始地層溫度。確定原始地層溫度原始地層溫度第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用根據(jù)不同時間測的井溫資料選28

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用2.求地溫梯度值

在井關(guān)閉時間較長，井筒內(nèi)無流體流動的情況下，當(dāng)井內(nèi)流體與地層溫度達(dá)到平衡時，井溫幾乎接近于地層溫度，這時可用井溫測井資料來進(jìn)行地溫梯度值估算：式中Ｇ——地溫梯度值；Ｈ1、Ｈ２——兩個不同的深度值；

T1——對應(yīng)Ｈ1深度處的地層溫度；Ｔ２——對應(yīng)Ｈ２深度處的地層溫度。第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用2.求地溫梯度值在29

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用估算地溫梯度地溫梯度值隨井和地區(qū)不同有很大變化，實(shí)際的地溫梯度值在全井段并非固定不變，一般要隨深度和巖性而變化，只有在溫度變化相對較穩(wěn)定的井段才能用此法對地溫梯度值作近似估算，如圖4-7所示。另外也可以用不同時間所測得的溫度恢復(fù)資料所確定的原始地層溫度沿垂向上的變化率來獲得地溫梯度值。第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用估算地溫梯度地溫梯度值隨井30

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用3.井溫曲線在流動井中的應(yīng)用

(1)注入井在注入井，井溫曲線是深度、注入流體的溫度、注入量、注入時間、地層及流體的熱學(xué)性質(zhì)與井中地溫剖面的函數(shù)。圖4-8是一口注入量和注入時間相同，不同注入流體溫度的井溫曲線。從圖上可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)注入水的溫度較高時，在很深的深度內(nèi)注入水的溫度比地溫高，隨深度增加注入水從井筒獲得來自地層的熱量溫度增加，但增加程度比較緩慢，自上而下使得注入水的溫度先是高于地溫逐漸到等于地溫到最后低于地溫的變化，并與地溫梯度線平行。井溫曲線上與地溫梯度線平行的那部分線稱為漸近線。對較低溫度的注入水也有類似情況，主要區(qū)別在于自淺部一開始井溫就比地溫低。第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用3.井溫曲線在流動井中的應(yīng)31

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用不同注入量和注入時間的井溫曲線。注入水的溫度等于地層溫度。第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用不同注入量和注入時間的井溫32

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用(2)生產(chǎn)井產(chǎn)層出油的井溫曲線在生產(chǎn)井中，由于產(chǎn)出流體從地層中攜帶了熱量，再加上流動過程中摩擦作用產(chǎn)生的熱量，使井溫比地溫高，在產(chǎn)層上部井溫曲線總是在地溫梯度線上方并且逐漸趨于與地溫梯度線平行第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用(2)生產(chǎn)井產(chǎn)層出油的井33

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用產(chǎn)氣井的井溫曲線對產(chǎn)氣井，當(dāng)自由氣從儲層的高壓狀態(tài)進(jìn)入井筒后，由于壓力降低，氣體分子擴(kuò)散，體積膨脹而吸收出氣口附近的熱量，造成在出氣口附近形成局部的低溫異常。然而，隨氣體向上流動，通過熱交換氣體溫度照樣會超過地溫并趨于與地溫梯度線平行。第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用產(chǎn)氣井的井溫曲線對產(chǎn)氣井34

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用4、井溫曲線在關(guān)井中的應(yīng)用

負(fù)異常負(fù)異常

在一口注水井注水一段時期，然后關(guān)井并在某一周期內(nèi)多次進(jìn)行溫度測井，觀察井溫剖面恢復(fù)到原來地溫值的過程。由于吸水層冷卻帶半徑大而且強(qiáng)，未吸水層降溫帶半徑小而且弱，吸水層位恢復(fù)到地溫的速率比未吸水層段要慢得多，從而在不同的時間的井溫恢復(fù)曲線上顯示出負(fù)異常。第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用4、井溫曲線在關(guān)井中的應(yīng)用35

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用5、確定漏失層位

漏失層位

射孔段補(bǔ)救方法：在6500ft處擠水泥封堵

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用5、確定漏失層位漏失層位36

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用6、確定竄槽層位由于固井作業(yè)質(zhì)量原因或其他井下作業(yè)問題，可能會導(dǎo)致管外水泥環(huán)竄槽，造成層間流動，竄流的流體與原來的地層溫度不同，在井溫曲線上能記錄到這種異常

竄槽層位圖4-16是一口裸眼油井有氣竄的情況，氣向下竄流到裸眼井段的頂部。這個氣竄的曲線特征是井溫曲線的斜率在氣頂發(fā)生變化而且在尾管底部溫度有明顯下降第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用6、確定竄槽層位由于固37

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用7、確定固井水泥上返高度固井水泥上返高度

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用7、確定固井水泥上返高度38

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用8、評價酸化壓裂效果

在對地層進(jìn)行酸化作業(yè)時，擠入地層的酸液與地層孔道中的堵塞物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，并釋放熱能。因此，酸化作業(yè)的井溫曲線在酸化效果好的地方將有明顯顯示。曲線上出現(xiàn)正異常顯示的地方，表示酸化液被擠入地層，異常幅度越大，說明擠入的酸化液越多。在壓裂作業(yè)時，壓裂液在高壓的作用下會經(jīng)射孔孔道進(jìn)入地層，對地層流體流通通道進(jìn)行改造。如果壓裂液的溫度與地溫差別較大，則在壓裂作業(yè)后進(jìn)行井溫測量，根據(jù)曲線的異常變化便可確定被壓裂開的層位。壓裂層壓裂層第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用8、評價酸化壓裂效果39

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用三、井溫資料的定量分析

根據(jù)Ranmey等人提出的用流動井溫資料估算流量的基本公式，對于注入井：式中ｚ——深度，ft；t——總注入時間，ｄ；Ｔf（ｚ，ｔ）——井內(nèi)流體的溫度，0F；ｇＧ——平均地溫梯度，0F／ft；ＴＧＳ——地表溫度，A——馳豫距離，ft；Tfi——注入流體的溫度，0F。第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用三、井溫資料的定量分析40

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用對于生產(chǎn)井，井內(nèi)流體溫度的表達(dá)式為：式中ＴＧｅ——產(chǎn)液點(diǎn)的地溫，0F；Ｔfe——進(jìn)入井筒的流體溫度，0F；ｚ——距流體入口處以上的距離，ft。注：式(4-27)和式(4-28)只適用于射孔層間的井段上

當(dāng)流量ｑ＞１００ｂｂｌ／ｄ和t大于數(shù)天時，馳豫距離A

Ａ＝1.66Ｃfｆ(ｔ)ρfｑ(4——29)式中ρf——流體密度；Ｃf——流體的比熱，對淡水Ｃf＝1.0，對油氣Ｃf略小于1。第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用對于生產(chǎn)井，井內(nèi)流體溫度的41

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用當(dāng)ｔ≥１００天時，ｆ(ｔ)可由下式估算：式中ｒce——套管外徑，ft；

α——地層熱擴(kuò)散系數(shù)，ft2／ｄ。

Romero-Juarez提出了求解A的簡單方法。對式(4-28),在任一點(diǎn)對ｚ求導(dǎo)：第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用當(dāng)ｔ≥１００天時，ｆ(ｔ)42

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用

式(4-31)中ＴG由地溫梯度線給出，Ｔf和ｄＴf/ｄｚ由流動井井溫曲線給出。當(dāng)Ｃf、ρf、f(t)及A已知或求出后，便可由式(4-29)估算體積流量ｑ。對于注入井，除可按式(4-29)計算各分層流量外，還可按以下簡單形式：式中ΔＴ＝｜ＴG－Ｔf｜；Ｇ＝ｄＴf/ｄｚ，Ｇ值可用地溫梯度值代替。

K值與注入流體的物理性質(zhì)及地層性質(zhì)有聯(lián)系。當(dāng)射孔段上流體和巖石性質(zhì)變化不大時，對一定注入量的井K值認(rèn)為是一個常數(shù)。ＴGe－ｇGz＝ＴG，表示數(shù)據(jù)點(diǎn)地溫，則A的估計式為：第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用式(4-31)中ＴG43

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用如圖4-19是一口根據(jù)注入井流動井溫資料解釋各層注入量的實(shí)例，A層上部對應(yīng)的總流量ｑt＝250ｂｂｌ／d，ΔＴ1＝4，Ａ層和B層之間對應(yīng)于B層的吸水量，ΔＴ2＝30F。首先計算B層的吸水百分比和注入量：Ｎb＝ΔＴ2／ΔＴ1＝3／4＝75％ｑb＝ｑt·Ｎb＝250×0.75＝187.5(ｂｂｌ／d)A層計算結(jié)果為：Ｎa＝1－0.75＝0.25

ｑa＝ｑt·Ｎa＝62.5(ｂｂｌ／d)第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用如圖4-19是一口根據(jù)注入44謝謝！謝謝！45主講教師：陳科貴生產(chǎn)測井主講教師：陳科貴生產(chǎn)測井46

第四章井溫測井第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論第二節(jié)井溫測井基本原理第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用第四章井溫測井第四章井溫測井第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論47

第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論一、井筒熱傳遞基本理論

1.井下地層熱力學(xué)特性

2.井筒流體的熱學(xué)基本關(guān)系二、油氣生產(chǎn)井、注水井中熱傳遞基本情況第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論一、井筒熱傳遞基本理論48

第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論一、井筒熱傳遞基本理論

溫度測井基于井筒周圍地層是一個熱穩(wěn)定體的這個假定，自然溫度梯度是由地球熱擴(kuò)散造成的，當(dāng)這種熱平衡條件被打破時，井內(nèi)的溫度梯度或徑向溫度分布就會發(fā)生變化。井溫測井就是通過測量井筒的局部溫度異常和溫度梯度來反映這些變化，從而根據(jù)這些變化來推斷井筒可能出現(xiàn)的情況。第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論一、井筒熱傳遞基本理論49

第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論1、井下地層熱力學(xué)特性

地層溫度主要來自地球內(nèi)部的熱能。地球可視為一個向外的散熱體，是一個穩(wěn)定溫度場。在常溫層以下，地層的溫度是隨深度增加而增加的，一個地層溫度的高低主要取決于地層的埋藏深度。地溫與深度之間有以下關(guān)系：

Ｔ＝Ｔ0＋ＧＨ（４－２）

式中T0——地面活動層下邊界處的溫度；

G——平均地溫梯度；

H——距活動層下邊界處的距離；

T——在深度H處的地層溫度。

第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論1、井下地層熱力學(xué)特性

50

第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論地層溫度同樣可以用下式表達(dá)：

式中Ｇｚ——Z點(diǎn)的地溫梯度；Ｈ0——活動層下邊界的深度。

活動層：指其溫度隨太陽照射的熱量的變化而周期變化，或者說隨季節(jié)而變的這一段地層，厚度約40m。在活動層以下，地層溫度受氣候變化影響很微小，實(shí)際上幾乎不隨季節(jié)而變。第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論地層溫度同樣可以用下式表達(dá)51

第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論

井內(nèi)流體溫度的變化取決于與周圍介質(zhì)所交換的熱量。不同溫度物體之間傳輸熱量的大小可用付里葉定律來描述：S——熱流流過的橫斷面的面積；K(x)——物質(zhì)的熱傳導(dǎo)系數(shù)。第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論井內(nèi)流體溫52付里葉定律用微分形式：

第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論其中

在井溫測井的井筒條件下，可以把井下地層看作為均勻無限的園柱體，假定無熱源(f＝0)，式（４－５）寫為：

式中Ｔf——地層溫度；r——距離；

t——時間；

α——熱傳導(dǎo)系數(shù)；

ρｍａ——巖石密度；Ｃｍａ——巖石比熱；λｍａ——巖石的熱導(dǎo)率。付里葉定律用微分形式：第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論其53

第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論

巖石的比熱：指１ｇ地層巖石溫度升高１℃所需的熱量，對沉積巖，比熱的變化范圍在0.19～0.25ｃａｌ／（ｇ·℃）之間，而一般巖石的比熱范圍在0.15～0.5ｃａｌ／(ｇ·℃)之間。

巖石的熱導(dǎo)率表征巖石熱傳遞能力的大小，在很大程度上取決于巖石中礦物的組成成分、孔隙度和含水飽和度等。熱導(dǎo)率的單位可以是ｃａｌ／（ｃｍ·ｓ·℃），也可以是ｋｃａｌ／(m·ｈ·℃)。例如大慶油田，泥巖的熱導(dǎo)率平均為1390.68ｋｃａｌ／（m·ｈ·℃），砂巖為1668.24ｋｃａｌ／(m·ｈ·℃)。第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論巖石的比熱54

第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論2.井筒流體的熱學(xué)基本關(guān)系在生產(chǎn)井或注入井中，在一般情況下，井筒流體的流速比較高，而且井徑小，流體在整個井筒內(nèi)溫度可看作為一個均勻體。這時，井內(nèi)流體的熱平衡方程為：

式中，Q表示在深度z處單位深度上在單位時間內(nèi)從地層傳給井筒流體的熱量。式(4-7)的邊界條件為：（4——7）第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論2.井筒流體的熱學(xué)基本關(guān)55

第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論在生產(chǎn)或注入開始時刻，地層與井筒流體達(dá)到平衡狀態(tài)，故初始條件應(yīng)為：在注入情況下：Ｔ（ｔ，０）＝Ｔ0（4——12）在生產(chǎn)情況下：Ｔ（ｔ，０）＝Ｔ0（4——13）應(yīng)用上述定解條件對式(4-7)求解，且滿足下列條件:第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論在生產(chǎn)或注入開始時刻，地層56

第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論解得：

由式(4-15)可見，井內(nèi)任何深度上流體的溫度都是流量、時間、流體熱學(xué)性質(zhì)以及地層熱學(xué)性質(zhì)的函數(shù)。第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論解得：由式57

第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論二、油氣生產(chǎn)井、注水井中熱傳遞基本情況油氣生產(chǎn)和注入井中流體的溫度往往與它們周圍介質(zhì)的溫度不相同，當(dāng)兩物質(zhì)之間存在溫度差時，熱量總是自發(fā)地由高溫?zé)嵩聪虻蜏責(zé)嵩磦鬟f。井筒內(nèi)地質(zhì)情況比較復(fù)雜，生產(chǎn)和注入情況差別很大，因而熱量傳遞就更為復(fù)雜。熱量傳遞存在三種方式，即傳導(dǎo)、對流和輻射，一般說來，井筒內(nèi)熱量傳遞這種三方式均存在。

1、熱傳導(dǎo)方式：井筒內(nèi)地層與水泥環(huán)之間、水泥環(huán)與套管之間、套管與井筒流體之間。

2、熱輻射方式：套管和油管環(huán)形空間內(nèi)的動液面以上的氣體部分。

3、對流方式：井筒內(nèi)有流體流動且井筒內(nèi)流體各部分之間有溫度差。第一節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論二、油氣生產(chǎn)井、注水井中熱58

第二節(jié)井溫測井基本原理一、儀器結(jié)構(gòu)二、測量原理三、井溫儀參數(shù)的標(biāo)定方法第二節(jié)井溫測井基本原理一、儀器結(jié)構(gòu)59

第二節(jié)井溫測井基本原理一、儀器結(jié)構(gòu)井溫儀多采用電阻式溫度計井溫儀，其作用原理主要是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度而變的特性。第二節(jié)井溫測井基本原理一、儀器結(jié)構(gòu)井溫儀多采60

第二節(jié)井溫測井基本原理井溫儀器溫度傳感利用橋式電子線路。在橋式電路中，利用不同金屬材料制成的電阻元件的溫度系數(shù)差異，將井下流體溫度的差異轉(zhuǎn)化為金屬電阻阻值的變化，間接求出溫度的變化。金屬材料的電阻率與溫度的關(guān)系為：

ρ＝ａ＋ｂＴ＋ｃＴ2（４－１６）式中ρ——電阻率；

T——溫度；ａ、ｂ、ｃ——與金屬材料性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。井溫儀中的感溫元件通常使用金屬鉑，主要是由于鉑有較好的溫度系數(shù)。金屬材料感溫元件的阻值一般隨溫度增加而呈指數(shù)規(guī)律變化：Ｒｔ＝Ｒ′ｅK(T)（４－１７）Ｒｔ＝Ｒ′（１＋ＡＴ＋ＢＴ２）（4—18）式中Ｒｔ——溫度為Ｔ℃時的阻值；Ｒ′——溫度為０℃時的阻值。第二節(jié)井溫測井基本原理井溫儀器溫度傳感利用橋式61

第二節(jié)井溫測井基本原理一、儀器結(jié)構(gòu)二、測量原理三、井溫儀參數(shù)的標(biāo)定方法第二節(jié)井溫測井基本原理一、儀器結(jié)構(gòu)62

第二節(jié)井溫測井基本原理二、測量原理井溫儀的測量原理電子線路如圖：熱靈敏電阻固定電阻固定電阻固定電阻第二節(jié)井溫測井基本原理二、測量原理井溫儀的測量63

第二節(jié)井溫測井基本原理在橋式電路中，Ｍ、Ｎ兩端點(diǎn)的電位差為：電橋平衡時(ΔＶＭＮ＝0)，有Ｒ1Ｒ３＝Ｒ２Ｒ４，故從而，溫測井的理論關(guān)系式：

或式中C——儀器常數(shù)；Ｔ0——電橋處于平衡時的溫度。第二節(jié)井溫測井基本原理在橋式電路中，Ｍ、Ｎ兩端64

第二節(jié)井溫測井基本原理梯度微差井溫儀，橋式電路中有兩個靈敏臂，如圖：

理論關(guān)系為：

顯然，式(4-24)與式(4-22)的差別僅在于儀器常數(shù)C

。第二節(jié)井溫測井基本原理梯度微差井溫儀，橋式電路65

第二節(jié)井溫測井基本原理如下圖所示的信號處理電路可以將井下溫度信息轉(zhuǎn)化為普通井溫和梯度微差井溫兩種信號加以記錄，實(shí)現(xiàn)了一次下井同時獲得的兩種測量結(jié)果，簡化了下井儀器結(jié)構(gòu)和操作過程。普通井溫曲線反映的是井內(nèi)各個深度下的流體溫度，測量結(jié)果體現(xiàn)了井內(nèi)溫度的梯度變化情況。微差井溫曲線反映的是井軸上一定距離之間兩點(diǎn)的溫度差別情況，并以較大的比例進(jìn)行記錄，測量結(jié)果更能體現(xiàn)井內(nèi)局部的溫度梯度變化情況。第二節(jié)井溫測井基本原理如下圖所示的信號處理電路66

第二節(jié)井溫測井基本原理一、儀器結(jié)構(gòu)二、測量原理三、井溫儀參數(shù)的標(biāo)定方法第二節(jié)井溫測井基本原理一、儀器結(jié)構(gòu)67

第二節(jié)井溫測井基本原理三、井溫儀參數(shù)的標(biāo)定方法電阻式溫度儀的儀器常數(shù)C和平衡點(diǎn)溫度Ｔ0一般采用點(diǎn)測實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行標(biāo)定。其方法是首先依次把儀器浸入已知溫度為Ｔ1、Ｔ２……Ｔｎ的溶液中，對儀器供以恒穩(wěn)電流I，測出相應(yīng)的電位差ΔＶ１、ΔＶ２……ΔＶｎ，次數(shù)應(yīng)大于5，然后，以T為橫標(biāo)，ΔＶ為縱標(biāo)，在坐標(biāo)圖上分別點(diǎn)出各測量點(diǎn)的位置，這些點(diǎn)構(gòu)成一回歸直線，如圖4-5所示。該直線與橫軸的交點(diǎn)即為Ｔ0，該直線的斜率即為儀器常數(shù)C，并且實(shí)驗(yàn)C值與理論計算C值應(yīng)該比較接近。第二節(jié)井溫測井基本原理三、井溫儀參數(shù)的標(biāo)定方法68

第二節(jié)井溫測井基本原理井溫測井既可以在穩(wěn)定生產(chǎn)或注入的流動井中進(jìn)行，也可以在關(guān)井后的靜止條件下進(jìn)行測量。對于流動井，要求測前48h內(nèi)生產(chǎn)或注入條件要保持穩(wěn)定。對于靜態(tài)井，要求井內(nèi)不允許有注入或泄漏，就是1m3左右的回流也會造成測井信息失真。任何儀器都存在一個慣性問題(即時間常數(shù))，井溫測井也不例外，存在熱慣性。熱慣性表征儀器受周圍介質(zhì)溫度影響的變化速度。通常，當(dāng)儀器從一種溫度的溶液進(jìn)入另一種溫度的溶液時，傳感器受溫度影響不是突變，而是按指數(shù)規(guī)律變化，時間常數(shù)越小，儀器感溫就越快。因此，在井溫測井中根據(jù)儀器特性，測速不應(yīng)超550m／h，在氣井中最好采用點(diǎn)測方式進(jìn)行。第二節(jié)井溫測井基本原理井溫測井既可以在穩(wěn)定生產(chǎn)69

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用一、井溫曲線的類型二、井溫曲線的定性應(yīng)用

1、確定原始地層溫度

2、求地層溫度值

3、井溫曲線在流動井中的應(yīng)用（1）注入井（2）生產(chǎn)井

4、井溫曲線在關(guān)井中的應(yīng)用

5、確定漏失層位

6、確定竄槽層位

7、確定固井水泥上返高度

8、評價酸化壓裂效果三、井溫資料的定量分析第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用一、井溫曲線的類型70

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用一、井溫曲線的類型

根據(jù)測井時井所處的狀態(tài)，把井溫測井分為兩種基本類型：A、流動型：主要的特征是測井時有地層流體從井口流出地面，或者有流體從井口注入井筒內(nèi)，即井口有流體的流出流入。B、關(guān)井型：主要特征是測井時井是處于關(guān)閉狀態(tài)，無任何流體從井口的流入流出。在評價一條井溫曲線時，常將所測的井溫曲線與同一井中相應(yīng)深度處的地層溫度作對比。一口井的地層溫度隨井深變化的曲線近于一條直線，此直線顯示出地層溫度隨井深增加而增加，它的斜率就是在這口井中地層的地溫梯度值。習(xí)慣上，人們把地層溫度線稱為地溫梯度線，在進(jìn)行資料手工對比時常常要作出這條線。并在這條線上標(biāo)出其斜率值，即地溫梯度值。第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用一、井溫曲線的類型根據(jù)71

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用二、井溫曲線的定性應(yīng)用

1.確定原始地層溫度根據(jù)均勻無限園柱體的熱擴(kuò)散方程，如果地層的溫度擴(kuò)散系數(shù)和井內(nèi)溫度梯度都可以當(dāng)作常數(shù)處理，由確定的初值和邊值定解問題條件，可解得由溫度恢復(fù)資料計算原始地層溫度的公式：式中Ｔh——井底h深度處的地層溫度；

t——穩(wěn)定生產(chǎn)或注入時間，單位h；

Δｔ——關(guān)井時間，單位h；Ｔ——在Δｔ時刻的地層溫度；Ｃ——與地層性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用二、井溫曲線的定性應(yīng)用172

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用根據(jù)不同時間測的井溫資料選擇若干個Δｔ及相應(yīng)的井底溫度，作圖4-6所示的半對數(shù)交會圖，這些點(diǎn)的回歸直線與溫度軸的交點(diǎn)即為所求的原始地層溫度。確定原始地層溫度原始地層溫度第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用根據(jù)不同時間測的井溫資料選73

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用2.求地溫梯度值

在井關(guān)閉時間較長，井筒內(nèi)無流體流動的情況下，當(dāng)井內(nèi)流體與地層溫度達(dá)到平衡時，井溫幾乎接近于地層溫度，這時可用井溫測井資料來進(jìn)行地溫梯度值估算：式中Ｇ——地溫梯度值；Ｈ1、Ｈ２——兩個不同的深度值；

T1——對應(yīng)Ｈ1深度處的地層溫度；Ｔ２——對應(yīng)Ｈ２深度處的地層溫度。第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用2.求地溫梯度值在74

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用估算地溫梯度地溫梯度值隨井和地區(qū)不同有很大變化，實(shí)際的地溫梯度值在全井段并非固定不變，一般要隨深度和巖性而變化，只有在溫度變化相對較穩(wěn)定的井段才能用此法對地溫梯度值作近似估算，如圖4-7所示。另外也可以用不同時間所測得的溫度恢復(fù)資料所確定的原始地層溫度沿垂向上的變化率來獲得地溫梯度值。第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用估算地溫梯度地溫梯度值隨井75

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用3.井溫曲線在流動井中的應(yīng)用

(1)注入井在注入井，井溫曲線是深度、注入流體的溫度、注入量、注入時間、地層及流體的熱學(xué)性質(zhì)與井中地溫剖面的函數(shù)。圖4-8是一口注入量和注入時間相同，不同注入流體溫度的井溫曲線。從圖上可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)注入水的溫度較高時，在很深的深度內(nèi)注入水的溫度比地溫高，隨深度增加注入水從井筒獲得來自地層的熱量溫度增加，但增加程度比較緩慢，自上而下使得注入水的溫度先是高于地溫逐漸到等于地溫到最后低于地溫的變化，并與地溫梯度線平行。井溫曲線上與地溫梯度線平行的那部分線稱為漸近線。對較低溫度的注入水也有類似情況，主要區(qū)別在于自淺部一開始井溫就比地溫低。第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用3.井溫曲線在流動井中的應(yīng)76

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用不同注入量和注入時間的井溫曲線。注入水的溫度等于地層溫度。第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用不同注入量和注入時間的井溫77

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用(2)生產(chǎn)井產(chǎn)層出油的井溫曲線在生產(chǎn)井中，由于產(chǎn)出流體從地層中攜帶了熱量，再加上流動過程中摩擦作用產(chǎn)生的熱量，使井溫比地溫高，在產(chǎn)層上部井溫曲線總是在地溫梯度線上方并且逐漸趨于與地溫梯度線平行第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用(2)生產(chǎn)井產(chǎn)層出油的井78

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用產(chǎn)氣井的井溫曲線對產(chǎn)氣井，當(dāng)自由氣從儲層的高壓狀態(tài)進(jìn)入井筒后，由于壓力降低，氣體分子擴(kuò)散，體積膨脹而吸收出氣口附近的熱量，造成在出氣口附近形成局部的低溫異常。然而，隨氣體向上流動，通過熱交換氣體溫度照樣會超過地溫并趨于與地溫梯度線平行。第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用產(chǎn)氣井的井溫曲線對產(chǎn)氣井79

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用4、井溫曲線在關(guān)井中的應(yīng)用

負(fù)異常負(fù)異常

在一口注水井注水一段時期，然后關(guān)井并在某一周期內(nèi)多次進(jìn)行溫度測井，觀察井溫剖面恢復(fù)到原來地溫值的過程。由于吸水層冷卻帶半徑大而且強(qiáng)，未吸水層降溫帶半徑小而且弱，吸水層位恢復(fù)到地溫的速率比未吸水層段要慢得多，從而在不同的時間的井溫恢復(fù)曲線上顯示出負(fù)異常。第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用4、井溫曲線在關(guān)井中的應(yīng)用80

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用5、確定漏失層位

漏失層位

射孔段補(bǔ)救方法：在6500ft處擠水泥封堵

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用5、確定漏失層位漏失層位81

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用6、確定竄槽層位由于固井作業(yè)質(zhì)量原因或其他井下作業(yè)問題，可能會導(dǎo)致管外水泥環(huán)竄槽，造成層間流動，竄流的流體與原來的地層溫度不同，在井溫曲線上能記錄到這種異常

竄槽層位圖4-16是一口裸眼油井有氣竄的情況，氣向下竄流到裸眼井段的頂部。這個氣竄的曲線特征是井溫曲線的斜率在氣頂發(fā)生變化而且在尾管底部溫度有明顯下降第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用6、確定竄槽層位由于固82

第三節(jié)井溫資料的應(yīng)用7、確定固井水泥上返高度固井水泥上返高度