井温测井

摘要：
自20世纪30年代后期以来，随着温度测量技术的应用，人们逐渐把这一方法用于油气
井生产测试。

温度测井一开始被用于寻找油气层，后来发现油和水之间的热特性差别很小，
因此油层和水层间的导热性能没有太大差别。

尽管如此，人们不久发现通过测量和分析温度
异常，可以评价生产井产层动态。

目前，已发展了多种生产测井仪器，但温度测井仍是重要
的生产测井参数。

在油气田开发中常用于产出层位的划分、套管的窜槽、漏失情况判断、砂
压裂的压后评估等。

本文就井温测井这几方面的用途进行剖析。

正文：
温度测井的主要应用途径是定性分析。

在注入井中，注入流体通常使井筒冷却，因此井
温通常低于地热温度，在注入层的最低部，温度测井曲线明显上升至地热温度。

有时，测井
仪器不能下到最底部，此时可用关井温度确定注入层段的注入情况。

在注入井中进行温度测
井能确定窜槽，当流动温度测井曲线和关井温度曲线在达到底界下部之前仍未回到地热温
度，可以认为这是下行窜槽。

若关井温度测井曲线在射孔层段上部很长一段的距离仍显示低
温异常，则可以认为发生了上行窜槽。

在生产井中，产出流体的井温曲线在产出层上部出现正异常，即井温高于地热温度，若
产气时，由于气体膨胀吸热，产生了冷却，使温度下降，测井曲线通常产生负异常，但在压
力较高时，气体可能不变冷，甚至具有一定的热量，或者气体在流动中由于摩擦作用而产生
的热比它膨胀时吸收的热要多。

一，井下地层热力学特性
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。

1.井下地层热力学特性
它随着深度的增加而增高，大约埋深每增加33米，地温增高1度。

根据地下温度的变
化，常把地壳划分为以下三个地温带：温度日变化带、温度年变化带、恒温带。

其中恒温
带在30米以下的深度，不受季节性气温变化的影响。

在恒温带之下，地下温度随深度增加
而升高，其升高的速度常用地温梯度来表示。

地温梯度是指埋藏深度每增加100米地温增
高的度数。

除地温梯度外，也常用地温级度，即地温每增高1度时深度的增加值。

一到
一百米热：到二十千米冷；在以下热！地层的温度与地层深度有关系，地层越深则离地核越
近，温度越高。

地层的深度越深，不光温度升高，而且压力增大。

地温与深度之间有以下关
系：
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。

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。

)34(d G T T Z H H Z 00——⎰+=dQ qsdt =
q--热流密度。

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。

三，井温测井基本原理
1 井温测井施工条件
温度测井可以在稳定生产或注入的流动条件下进行，也可以在关井后的静止条件下测量。

当仪器从某一温度的介质进入另一温度的介质中时，传感器感受温度不是突变的，服从下面规律：T=T1+(T1-T2)(1-e-入/1)⑴
式中即称为时间常数，表示温度变到两种介质温差的0.63倍所用的时间。

温度测井速度受仪器时间，地温梯度ＴＧ以及允许测量误差△Ｔξ的限制。

根据⑴式，在很短的时间内，有dＴ/dt ≈△Ｔζ／λ；又传感器的温度变化速度在ＴＧ条件下与测速ν成正比，
dT/dt=t0v
从而v≤（3△Ｔζ6)/入T G（m/h）
根据此式选定测速后，测井过程要保持稳定，以免产生非正常性温度异常。

2 温度测井曲线定性分析
温度测井资料解释目前仍以定性分析为主，分析的基本方法是将温度测井曲线同低温梯度线对比或将多次测量曲线进行比较，发现异常并分析产生异常的原因，从而对井下可能发生的情况作出判断。

2.1 确定地温梯度
原始地温梯度的确定应取值于注入或采油前的基准温度测井资料。

如果没有基准温度资料，可以利用不同时间测量的井底温度恢复曲线求出原始地层温度，然后确定区域的地温梯度。

对于一般油井，可采用梯度井温曲线，结合地区经验确定地温梯度。

2.2 划分注水剖面
当向井内注入不同温度的水时，浅部位主要受注入流体温度影响，井温曲线会显示高于或低于地层温度。

随着温度增加，注入水获得来自地层的热能，井温曲线可能逐渐与地温梯度线平行。

注入液通过吸水层段时，若岩层均匀且很厚，则对于地层吸同一温度的水而井温曲线可能变化不大。

在吸水层段下部，受底部原始地层温度影响，井温曲线将很快趋向地温梯度线。

因此流动井温曲线能够指示单层吸水层段。

但对于多层注入情况，由于层间距离有限，井温曲线在整个吸水层段变化不大。

只有在吸水层段下部，井温曲线很快回到地温梯度线，从而可以明确指示吸水底界面。

在一口注水井中注水一段时间，然后关井并在某一周期内多次进行温度测井，观察井温剖面恢复到原来地温值的过程。

由于吸水冷却带半径大而且强，而未吸水层降温带半径小而且弱，吸水层位回到地温的速率比未吸水井段要慢的多，从而在恢复井温曲线上显示出异常。

2.3 判断生产层位
在井下产液层位，由于产出流体携带的热量，加上流动过程摩擦作用产生的热量，使井温比地温要高。

所以在该处井温曲线显示为正异常。

从而根据温度测井曲线开始偏离地温梯度线的部位，可以判断产液层位。

在井下产气层位，当自由气从储层的高压状态进入井筒较低压力下时，气体分子扩散，体积膨胀而吸热，从而在出气口附近形成局部低温异常。

但当气体在地层中流动由于摩擦而产生的热比它膨胀时吸收的热多时，井温曲线上不会产生负异常。

因此，一般对于高压气层，可以根据温度测井曲线上的负异常显示，判断出气口的部位。

在产出剖面测井中，由于主产液层产出的液体较多，占全井产液量的比例较高，所以其井温异常的幅度最大，在井温曲线上的反映最明显。

因此，测井过程中，可根据井温曲线的异常判断主产层的位置。

2.4 检查水泥窜槽
套管窜槽、窜层主要是油气井因固井质量差而引起的层间流体流动或环空窜气导致井温异常,通过对窜气井段井温负异常的分析,可判断引起窜槽的原因和井段,从而制定出解决窜槽的方法。

一般窜槽、窜层所引起的井温负异常呈现椭圆形的曲线形态,幅度与窜槽、窜层的程度有关。

油层套管接箍密封不好或套管本体有孔眼并同时存在固井质量差时,常导致套管漏失,产层流体通过环空窜至套管漏失点,并进入井眼,从而引起井温负异常。

套管漏失所引起的井温负异常曲线特征为尖峰状形态,尖峰出现的位置即为套管漏失点。

通过对套管漏失点的确定,为完井工程工艺和改造措施工艺的选择提供准确的方案决策依据。

微差测井
1原理
微差井温测井，测量的是沿井轴相隔一定间距两点间的温度差值，即局部温度异常。

获得微差井温的方法是用两个相隔1米的温度传感器直接测得。

该方法是临盘采油厂独立研发的测井技术，用来进行油井找水或了解产出剖面的测井方法。

微差井温电路由运算放大器、差分放大器、压频转换器、整形放大器四部分组成。

其工作原理是：微差井温电路由两个井温探头及运算放大器、差分放大器、压频转换器、整形放大器等部分组成。

上下井温探头把被测介质温度的变化转变为阻值的变化，然后分别由两个对称的运算放大器转变为电压的变化，再由差动运算放大器对这两个电压进行差分放大，放大后的电压信号由压频转换器转换为脉冲信号，随着两探头间的温差变化，输出脉冲的频率也随之变化，该信号经过整形电路、功率放大电路，通过测井电缆传输至地面仪器进行处理并记录其随深度变化的曲线( 图1) 。

图
用于测量孔板入口边缘锐利度时的测量不确定度为0．012r am。

改造后：
改造后，通过测针扫描，得到孔板边缘截面轮廓图形，我们所要完成的就是通过四根游标线，来分别确定o．k升段的直线方程和下降段的直线方程，方法同节流孔厚度测量，这样，通过两条直线，就可以计算得到两直线的夹角J。

至于锐利度部分的计算，则是完全避免了人工选取左右两部分的切点，能够直接经过软件找到左右两部分的切点，并计算得到该位置的圆弧半径，保证了测量结果的准确性和唯一性。

改造完成后，经过现场的测试及计算，该设备改造后用于测量孔板入口边缘锐利度时的测量不确定度为0．007mm，大大提高了测量结果的
可信程度，保证了测量结果的准确可靠。

孔板综合测量仪经过软硬件的升级改造，更加
便于操作，系统的稳定性也得到了加强，达到了改造的目的。

井温梯度测井
测井时仪器随着电缆沿井身移动，热能电阻随井温的变化而变化，温度计测到一条随深度变化的温度测井曲线
温度梯度测井是近期发展起来灼一种地球物理测井方法。

尽管人门对温度的了解可以追溯到很早, 但精确测定地球温度, 是近期才开始的。

而利用钻井温度梯度曲线进行地层相关性的解释, 也仅有十几年的历史。

钻井温度的测试工作是比较困难的, 对测量仪器和测试方法要求很高。

正常地温场的垂直地温梯度为每千米30 ’C 左右, 每下降一米温度约升高003C用传统的测温仪很难反映出地层温度这样微小的变化。

随着仪器科学的不断发展, 特别是数字信息科学和计算机技术的飞速发展, 各种高精度的井温测量装置和仪器相继出现,大大推动了温度梯度测井工作的开展。

目前分辩率达万分之一度的高精度测温仪已经问世; 测试方法已经从定点方法过渡到连续方法。

温度梯度测井的方法技术和仪器已经从实验室阶段进入到生产阶段, 用计算机对井温梯度洁目、进行处理和解释不断取得新的成果。

温度梯度测并方法已经愈来愈为地质工作者所重视。

一口油井往往同时开采多个油层，合理开发需要确切了解各层产出流体的性质。

当井下油层产油时，由于油流来自温度较高的油层深处，可能造成产出部位附近的流体温度升高。

所以根据井温曲线上显示的增温异常，便可以知道究竟是哪些地方产油。

当井下油层产气时，由于气体来自压力较高的油层深处，而产出部位附近的压力较低，可能因体积膨胀致使温度降低。

所以根据井温曲线上显示的降温异常，可以判断产气层的位置。

为了提高原油采收率，我国许多油田采用注水方式驱替地层内的原油。

当向油井内注水时，由于吸水井段的温度主要取决于注入水的温度，而其下部未吸水地层的温度主要受原始地层温度的影响，从而根据井温曲线上明显的台阶状变化，可以确定二者的界面位置。

如果停止向油井内注水，间隔几小时多次测量井温曲线，由于吸水地层的温度受注入水的温度影响大而恢复慢，未吸水地层受的影响小恢复得快，从而根据井下不同部位温度恢复情况，还可以确切知道究竟有哪些地层吸水。

为了提高油气产量，经常采用对油层进行酸化、压裂等处理措施。

当对油层进行酸化时，进入地层内的酸溶液会发生放热反应，造成相应部位的温度升高，所以根据井温曲线上显示的增温异常，便可以判断哪些油层见到了酸化效果。

当对油层进行压裂时，进入地层内的低温压裂液会导致温度降低，从而根据井温曲线上显示的低温异常，可以判断哪些油层被压裂开了。

油井内流体和岩石的温度在一定情况下保持稳定，当情况发生变化时，井温也会表现出一些异常来。

测量到井温及其变化数据，可以推断井下与温度变化有关的情况和问题。

地球物理测井是通过观测研究对象的物理信息，然后利用各部分介质的物理性质差异，分析解决油气勘探和开发中有关问题的。

鉴于油气开发的许多方面都会引起油井内温度场的变化，因此利用温度测井可以研究解决诸多生产问题，其定量应用需要求解复杂的井下温度场，定性应用则通常采用对比分析方法。