第4章_温度测井课件.ppt

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1、温度测井原理 井筒地层温度分布规律温度测井解释与应用,第四章 温度测井,第一节 温度测井原理,预备知识：温标就是为定量表示物体的温度，根据标准温度（定义定点）、标准温度计和内插公式所确定的温度计的标度。下表列出了几种常用的温标：,华氏温度tF,0 冰水加盐100 人体,32oF 水的冰点212oF 水的沸点,热力学温度K,温标类型,地温场地温梯度地温梯度线,电阻式温度仪热电偶温度仪,井温梯度测井微差井温测井径向微差井温测井,测井仪,测井方式,一 电阻式温度仪,温度测井仪,利用金属丝的电阻与温度的函数关系,宏观条件：,微观条件：,式中，l为金属丝长度；A为金属丝的横截面积；为金属丝的电阻率；n为

2、带电粒子数；e为电荷；m为质量；为带电粒子的难动性。,晶格热振动晶格不规则带电粒子互相散射,电阻率与温度关系：,式中，0为0时金属电阻率；为t的电阻率；为温度系数；Rt为温度为T时的电阻；R0为温度为T0时的电阻。,电阻与温度关系：,2.半导体热敏电阻,电阻与温度关系：,100300,式中，A为与热敏电阻尺寸及半导体物理性质有关的常数；B为与半导体物理性能有关的常数；T为绝对温度。,T1:R1T2:R2,T1=20:R1=965103T2=100:R2=27.6103,井温仪线路图,3.测量原理,M,N,温度变化电阻变化电压变化,梯度井温,I1,I2,惠斯通电桥中：,井温仪线路图,M,N,T0

3、：令 R4=R3=R2=R1=R0,T=T0T：R1=R01+(T-T0),令,仪器常数,微差井温,微差井温仪线路图,固定臂(康铜),R1、R4温度不同时：,当(T1T22T0)4,3.测量原理,温度梯度和微差井温测井,4.应用,微差井温曲线,二 热电偶温度仪,1.热电效应(塞贝克效应),热电效应示意图,热电偶：不同的偶丝组合起来的测温传感器,测量端置于被测温度场,参考端置于恒定温度场,构造简单，测量范围广，有良好的灵敏性,2.接触电势,扩散速率与两种金属导体内自由电子密度和温度有关,接触电势：,T0端电势：,回路总接触电势：,式中，K为波尔兹曼常数，取1.3810-16;T为接触处的绝对温度

4、；e为电子电荷量，取4.80210-10；NA、NB分别为金属A、B的自由电子密度。,接触电势,3.温差电势,由导体内两端温度不同产生，高温端电子动能比低温端大。,热电偶回路：,式中，为导体的汤姆逊系数。,温差电势,4.总电势,常用热电极对铂丝的热电特性,5.热电偶测量线路,自动电位差计线路,第二节 井筒地层温度分布规律,地热温度剖面,一 地热温度剖面,傅立叶定律:,式中，u为热流量；为热传导系数。,井筒内温度分布,二 井筒内温度分布,井筒内热交换,Ramey方程,式中，为质量流量，=Qf；Cpf为流体的热容；Tw为流体的井眼温度；u为综合热交换系数；Tce为套管外部温度；TG为地热温度；f(

5、t)为取决于边界条件的时间函数。,r2处热损失(热辐射),套管外，热量扩散,dD内热交换量,井筒内热交换,地层温度变化:,式中，gG为地温梯度；Tb为D=0时的地热温度；Z驰豫距离；Cpf为流体热容；为质量流量；t为注入或生产时间；f为流体密度；为岩石热扩散系数。,Ramey方程,当流量较大时,t7d时,式中，Tw为从两个射孔间的温度曲线上的读值；TG为同一深度处的地温梯度值；dTw/dD为该深度上流体温度随深度的变化率；Tb1为产出深度处的地层温度；Ti、Ti1为初始点和产出层处的流体温度。,边界条件：D=0，TwT(流体地面温度),生产井,注水井,DZ时,DZ时,二 井筒内温度分布,注水井

6、,生产井,油藏体积单元,三 注入层或生产层深度处的井眼温度,对着注入层或生产层的地方，由于有流动存在，要发 生热交换，焦耳汤姆逊（Joule-Thomson）现象非常明显。要计算相应井筒内的温度，首先要确定井筒周围地层内的温度分布。设厚度为、半径为dr（右图）的圆形单元油藏，能量平衡方程为：,为岩石和流体的平均密度和热容量；为油藏的热传导系数；为体积流量。,式中，为流体粘度；K为渗透率；p1、p2分别为r1、r2处的压力。,对于不可压缩流体单相径向流动，压力场与温度场无关，压力梯度可直接用达西定律计算：,单位体积的摩擦热量：,对上式从内半径 到外半径进行积分可得厚度为 体积单元内因摩擦产生的热

7、量,注入井中流动和关井温度测井,三 注入层或生产层深度处的井眼温度,气体流动造成的低温异常,四 产气层位处的井眼温度,产气层中，气体的温度变化可用焦耳汤姆逊系数来定义：,对于不同组分的气体，不同，可采用热力学数据或下列状态方程计算：,式中，Cp为热容量；T为温度；V为比容。,五 温度恢复测试,假设：（）储层是以井眼为轴的圆柱形；（）热流只是由热传导引起；（）地层的热学性质不随温度变化；（）地层是均质无限大地层；（）在地层中没有垂向热流；（）地表面温度不发生变化；（）井眼中的热流忽略不计。,确定地层静态温度,在这一假设条件下，描述井眼周围地层瞬间温度的热扩散方程表示为：,无因次温度：,无因次时间

8、：,无因次半径：,边界条件：,式中，Ti为初始地层温度；T(r,t)为t时刻，地层r处温度；r为半径；rw为井眼半径；t为时间；tp为生产时间；为导热率；Cp为比热；为地层密度。,Ehlig-Economides对相应的压力方程求解，并用温度取代压力得：,在无量纲Horner时间较小时，在半对数坐标系中，可近似看成一条直线，直线的方程为：,式中，tD为某深度关井时间；qD()为某深度时刻热流量；pws为关井时井底压力；Tws(tD)为tD时刻关井温度；Tws为某深度上的关井温度；h为地层厚度；q为井内的平均热流量。,无因次压力与无因次时间关系,假静态温度T*ws,第三节 温度测井解释与应用,温

9、度测井的解释方法分两种：1.定量方法：利用Ramey方程计算井内各点的流量；2.定性方法：从温度曲线的形状推断井剖面的一般性质。,一 定量分析,测井解释实例（Witterholt-Tixier温度测井解释）,将以下两式合并即可计算出相应层的流量。,(1)Romero-Juarez法的应用,假定两个射孔层间距足够大，解释分以下几个步骤：,(1)Romero-Juarez法的应用,（）选择射孔层段之间的中间点为取值点；,（）确定取值点处的曲线斜率；,（）计算每一测点处取值，井温与地热温度之间的差值；,（4）计算Z值。若各取值点处的岩石和流体性质相近，则每个测点处流量之比与Z值之比相同。,Romer

10、o-Juarez应用实例,（1）Romero-Juarez法的应用,产气井测井曲线,Romero-Juarez法,10050ft处：,（1）Romero-Juarez法的应用,井筒内两条流线的重合,（2）Mckinley混合温度分析法,流体1得到的热量与流体2放出的热量相同：,式中，1、2为流体1、流体2的质量流量；Cp1、Cp2为流体热容；T1、T2为流体温度；T0为混合后温度。,若Cp1Cp2,混合后,注水井：增加注入量与注入时间对井温测井的影响,二 温度测井定性解释,注水井：改变地面注水温度对井温测井的影响,各种流量的井温测井,生产井：不同生产时间的井温测井,二 温度测井定性解释,进入井

11、筒流体与地热温度相同,生产井：生产油气水的井温测井 左：等值质量流量；右：等值体积流量,二 温度测井定性解释,（1）确定吸水层位,用静态（关井）井温测井确定注入层段,注入井关井后的测井曲线,产液井单点入井，从油管产出,（2）用温度测井确定产层位置,（2）用温度测井确定产层位置,产气井单点入井,井温测井确定产气层,产液层：冷液循环；产气层：热液循环,（3）确定水泥窜槽部位,液流沿管外下窜,下窜负异常上窜正异常,气窜均为负异常,水窜：,（3）用井温检查窜槽,讨论,产液井中套管壁外有向上的流动,产液井中套管壁外有向下的流动(P),（3）用井温检查窜槽,产气井中套管壁外有向上的气流(渐近线相同),产气

12、井中套管壁外有向下的气流,（3）用井温检查窜槽,注水井套管外有窜流的情况,在窜槽气井中的生产测井,（3）用井温检查窜槽,由温度测井确定水泥返高位置,发生地下井喷的温度测井,（4）确定地下井喷段和水泥返高,用温度测井确定压裂裂缝高度,（5）用温度测井确定水力裂缝,压裂前以低于破裂压力的地温流体循环井筒,三 温度测井施工与解释,施工建议：,测井前，要求注入量稳定；如果可能，仪器一进入井眼就开始纪录其温度变化，上提电缆速度应放慢；电缆速度通常不应超过6m/min；关井温度测井比井温测井能获更多信息，如果时间允许，可进行一些关井温度测井；关井条件下，需测多条曲线，两次测量间要有充分的时间间隔。,三 温度测井施工与解释,资料解释：,注入水温度和原始地层间的温度大于10F才能应用井温测井；累积注入时间超过2年时，关井后温度恢复慢，关井温度测井曲线分辨率下降；若要区分老井中目前的注入层段，可在关井前注入相对较冷和较热的水；用温度测井可以区分2m以上的吸水层；在较厚的层段中，流体若从一个小层流入另一小层，产层以上温度较低，层段间为一直线状；,