第4章-溫度測井課件

溫度測井原理井筒地層溫度分布規(guī)律溫度測井解釋與應用第四章溫度測井溫度測井原理第四章溫度測井

溫標內容華氏攝氏蘭氏熱力學列氏符號單位℉℃K第一節(jié)溫度測井原理預備知識：

溫標就是為定量表示物體的溫度，根據(jù)標準溫度（定義定點）、標準溫度計和內插公式所確定的溫度計的標度。下表列出了幾種常用的溫標：溫標華氏攝氏蘭氏熱力學列氏符號單位℉華氏溫度tF0°冰水加鹽100°人體32oF水的冰點212oF水的沸點列氏溫度t/R0oR/

水的冰點80oR/

水的沸點攝氏溫度℃0℃水的沸點100℃水的冰點0℃水的冰點100℃水的沸點熱力學溫度K溫標類型

溫標轉換關系

華氏溫度tF0°冰水加鹽32oF水的冰點列地溫場地溫梯度地溫梯度線地溫場電阻式溫度儀熱電偶溫度儀井溫梯度測井微差井溫測井徑向微差井溫測井測井儀測井方式電阻式溫度儀井溫梯度測井測井儀測井方式一電阻式溫度儀

溫度測井儀利用金屬絲的電阻與溫度的函數(shù)關系1.金屬熱敏電阻溫度和電阻的關系在測量范圍內是連續(xù)函數(shù)任何溫度下溫度和電阻有相同的函數(shù)關系物性相同的金屬絲，溫度和電阻函數(shù)關系相同發(fā)生氧化現(xiàn)象時，溫度和電阻的函數(shù)關系不變宏觀條件：微觀條件：

式中，l為金屬絲長度；A為金屬絲的橫截面積；ρ為金屬絲的電阻率；n為帶電粒子數(shù)；e為電荷；m為質量；τ為帶電粒子的難動性。晶格熱振動晶格不規(guī)則帶電粒子互相散射一電阻式溫度儀溫度測井儀利用金屬絲的電阻與溫度的函數(shù)關系電阻率與溫度關系：

式中，ρ0為0℃時金屬電阻率；ρ為t℃的電阻率；α為溫度系數(shù)；Rt為溫度為T時的電阻；R0為溫度為T0時的電阻。電阻與溫度關系：部分金屬電阻之比隨溫度變化－50℃～150℃電阻率與溫度關系：式中，ρ0為0℃時金屬電阻率；ρ為2.半導體熱敏電阻電阻與溫度關系：－100℃～300℃

式中，A為與熱敏電阻尺寸及半導體物理性質有關的常數(shù)；B為與半導體物理性能有關的常數(shù)；T為絕對溫度。T1:R1T2:R2T1=20℃:R1=965×103ΩT2=100℃:R2=27.6×103Ω2.半導體熱敏電阻電阻與溫度關系：－100℃～300℃井溫儀線路圖3.測量原理MN溫度變化→電阻變化→電壓變化梯度井溫I1I2井溫儀線路圖3.測量原理MN溫度變化→電阻變化→電壓變化惠斯通電橋中：井溫儀線路圖MN固定臂(康銅)靈敏臂(銅、鉑)T0：令R4=R3=R2=R1=R0T=T0＋ΔT：R1=R0[1+α(T-T0)]令儀器常數(shù)惠斯通電橋中：井溫儀線路圖MN固定臂靈敏臂T0：令微差井溫微差井溫儀線路圖MN微差井溫單臂式雙臂式井溫曲線在單位深度上的變化為梯度井溫固定臂(康銅)靈敏臂(銅、鉑)惠斯通電橋中：T0：令R4=R3=R2=R1=R0R1、R4溫度不同時：當α(T1＋T2－2T0)<<43.測量原理微差井溫微差井溫儀線路圖MN微差井溫單臂式雙臂式井溫曲線在單溫度梯度和微差井溫測井

4.應用微差井溫曲線

溫度梯度和微差井溫測井4.應用微差井溫曲線二熱電偶溫度儀

1.熱電效應(塞貝克效應)

熱電效應示意圖熱電偶：不同的偶絲組合起來的測溫傳感器熱電極A、B溫差熱電勢熱電流測量端置于被測溫度場參考端置于恒定溫度場熱電勢兩導體的接觸電勢單一導體溫差電勢構造簡單，測量范圍廣，有良好的靈敏性二熱電偶溫度儀1.熱電效應(塞貝克效應)熱電效應示意圖2.接觸電勢擴散速率與兩種金屬導體內自由電子密度和溫度有關接觸電勢：T0端電勢：回路總接觸電勢：

式中，K為波爾茲曼常數(shù)，取1.38×10-16;T為接觸處的絕對溫度；e為電子電荷量，取4.802×10-10；NA、NB分別為金屬A、B的自由電子密度。接觸電勢2.接觸電勢擴散速率與兩種金屬導體內自由電子密度和溫度有關接3.溫差電勢由導體內兩端溫度不同產(chǎn)生，高溫端電子動能比低溫端大。熱電偶回路：

式中，δ為導體的湯姆遜系數(shù)。溫差電勢4.總電勢常用熱電極對鉑絲的熱電特性3.溫差電勢由導體內兩端溫度不同產(chǎn)生，高溫端電子動能比低溫端5.熱電偶測量線路自動電位差計線路5.熱電偶測量線路自動電位差計線路第二節(jié)井筒地層溫度分布規(guī)律地熱溫度剖面一地熱溫度剖面

傅立葉定律:式中，u為熱流量；λ為熱傳導系數(shù)。第二節(jié)井筒地層溫度分布規(guī)律地熱溫度剖面一地熱溫度剖面傅井筒內溫度分布二井筒內溫度分布

井筒內溫度分布二井筒內溫度分布井筒內熱交換Ramey方程

式中，ω為質量流量，ω=Qρf；Cpf為流體的熱容；Tw為流體的井眼溫度；u為綜合熱交換系數(shù)；Tce為套管外部溫度；TG為地熱溫度；f(t)為取決于邊界條件的時間函數(shù)。r2處熱損失(熱輻射)套管外，熱量擴散dD內熱交換量井筒內熱交換Ramey方程式中，ω為質量流量，ω井筒內熱交換地層溫度變化:

式中，gG為地溫梯度；Tb為D=0時的地熱溫度；Z馳豫距離；Cpf為流體熱容；ω為質量流量；t為注入或生產(chǎn)時間；ρf為流體密度；α為巖石熱擴散系數(shù)。Ramey方程當流量較大時t>>7d時井筒內熱交換地層溫度變化:式中，gG為地溫梯度；Tb

式中，Tw為從兩個射孔間的溫度曲線上的讀值；TG為同一深度處的地溫梯度值；dTw/dD為該深度上流體溫度隨深度的變化率；Tb1為產(chǎn)出深度處的地層溫度；Ti、Ti1為初始點和產(chǎn)出層處的流體溫度。邊界條件：D=0，Tw＝T(流體地面溫度)生產(chǎn)井注水井D>>Z時Ramey方程D>>Z時式中，Tw為從兩個射孔間的溫度曲線上的讀值；TG為同二井筒內溫度分布

注水井生產(chǎn)井二井筒內溫度分布注水井生產(chǎn)井油藏體積單元三注入層或生產(chǎn)層深度處的井眼溫度

對著注入層或生產(chǎn)層的地方，由于有流動存在，要發(fā)生熱交換，焦耳—湯姆遜（Joule-Thomson）現(xiàn)象非常明顯。要計算相應井筒內的溫度，首先要確定井筒周圍地層內的溫度分布。設厚度為、半徑為dr（右圖）的圓形單元油藏，能量平衡方程為：流體傳給油藏的熱量摩擦熱能輻射熱能垂直熱傳導

為巖石和流體的平均密度和熱容量；λ為油藏的熱傳導系數(shù)；α為體積流量。油藏體積單元三注入層或生產(chǎn)層深度處的井眼溫度

式中，μ為流體粘度；K為滲透率；p1、p2分別為r1、r2處的壓力。

對于不可壓縮流體單相徑向流動，壓力場與溫度場無關，壓力梯度可直接用達西定律計算：單位體積的摩擦熱量：

對上式從內半徑到外半徑進行積分可得厚度為體積單元內因摩擦產(chǎn)生的熱量注入井中流動和關井溫度測井三注入層或生產(chǎn)層深度處的井眼溫度式中，μ為流體粘度；K為滲透率；p1、p2分別為r1氣體流動造成的低溫異常四

產(chǎn)氣層位處的井眼溫度產(chǎn)氣層中，氣體的溫度變化可用焦耳－湯姆遜系數(shù)來定義：

對于不同組分的氣體，不同，可采用熱力學數(shù)據(jù)或下列狀態(tài)方程計算：右圖中，氣體流動造成的低溫異常壓力過高時（>500atm），低溫異常消失

式中，Cp為熱容量；T為溫度；V為比容。氣體流動造成的低溫異常四產(chǎn)氣層位處的井眼溫度產(chǎn)氣層中，氣體五溫度恢復測試假設：（１）儲層是以井眼為軸的圓柱形；（２）熱流只是由熱傳導引起；（３）地層的熱學性質不隨溫度變化；（４）地層是均質無限大地層；（５）在地層中沒有垂向熱流；（６）地表面溫度不發(fā)生變化；（７）井眼中的熱流忽略不計。

確定地層靜態(tài)溫度五溫度恢復測試假設：確定地層靜態(tài)溫度

在這一假設條件下，描述井眼周圍地層瞬間溫度的熱擴散方程表示為：無因次溫度：無因次時間：無因次半徑：邊界條件：

式中，Ti為初始地層溫度；T(r,t)為t時刻，地層r處溫度；r為半徑；rw為井眼半徑；t為時間；tp為生產(chǎn)時間；λ為導熱率；Cp為比熱；ρ為地層密度。在這一假設條件下，描述井眼周圍地層瞬間溫度的Ehlig-Economides對相應的壓力方程求解，并用溫度取代壓力得：

在無量綱Horner時間較小時，在半對數(shù)坐標系中，可近似看成一條直線，直線的方程為：

式中，ΔtD為某深度關井時間；qD(τ)為某深度τ時刻熱流量；pws為關井時井底壓力；Tws(ΔtD)為ΔtD時刻關井溫度；Tws為某深度上的關井溫度；h為地層厚度；q為井內的平均熱流量。m無量綱恢復溫度靜態(tài)溫度與初始溫度之間的無量綱溫度降Ehlig-Economides對相應的壓力方程求解無因次壓力與無因次時間關系假靜態(tài)溫度T*ws無因次壓力與無因次時間關系假靜態(tài)溫度T*ws第三節(jié)溫度測井解釋與應用溫度測井的解釋方法分兩種：

1.定量方法：利用Ramey方程計算井內各點的流量；2.定性方法：從溫度曲線的形狀推斷井剖面的一般性質。第三節(jié)溫度測井解釋與應用溫度測井的解釋方法分兩種：一定量分析測井解釋實例（Witterholt-Tixier溫度測井解釋）

將以下兩式合并即可計算出相應層的流量。(1)Romero-Juarez法的應用一定量分析測井解釋實例（Witterholt-Tixie

假定兩個射孔層間距足夠大，解釋分以下幾個步驟：(1)Romero-Juarez法的應用（１）選擇射孔層段之間的中間點為取值點；（２）確定取值點處的曲線斜率；（３）計算每一測點處取值，井溫與地熱溫度之間的差值；（4）計算Z值。若各取值點處的巖石和流體性質相近，則每個測點處流量之比與Z值之比相同。假定兩個射孔層間距足夠大，解釋分以下幾個步驟：(1)Romero-Juarez應用實例

（1）Romero-Juarez法的應用取值點深度ftdTw/dDoF/ftTw-TGoFZftQ％A56900.00331.1333100B57400.0080.45015Romero-Juarez應用實例（1）Romero-Ju產(chǎn)氣井測井曲線Romero-Juarez法10050ft處：（1）Romero-Juarez法的應用產(chǎn)氣井測井曲線Romero-Juarez法10050ft處：井筒內兩條流線的重合（2）Mckinley混合溫度分析法流體1得到的熱量與流體2放出的熱量相同：

式中，ω1、ω2為流體1、流體2的質量流量；Cp1、Cp2為流體熱容；T1、T2為流體溫度；T0為混合后溫度。若Cp1≈Cp2混合后井筒內兩條流線的重合（2）Mckinley混合溫度分析法流體注水井：增加注入量與注入時間對井溫測井的影響二溫度測井定性解釋注水井：改變地面注水溫度對井溫測井的影響

注水井：增加注入量與注入時間對井溫測井的影響二溫度測井定性各種流量的井溫測井生產(chǎn)井：不同生產(chǎn)時間的井溫測井二溫度測井定性解釋進入井筒流體與地熱溫度相同各種流量的井溫測井生產(chǎn)井：不同生產(chǎn)時間的井溫測井二溫度生產(chǎn)井：生產(chǎn)油氣水的井溫測井左：等值質量流量；右：等值體積流量二溫度測井定性解釋生產(chǎn)井：生產(chǎn)油氣水的井溫測井二溫度測井定性解釋（1）確定吸水層位

用靜態(tài)（關井）井溫測井確定注入層段注入井關井后的測井曲線（1）確定吸水層位用靜態(tài)（關井）井溫測井確定注入層段注入產(chǎn)液井—單點入井，從油管產(chǎn)出（2）用溫度測井確定產(chǎn)層位置產(chǎn)液井—單點入井，從油管產(chǎn)出（2）用溫度測井確定產(chǎn)層位置（2）用溫度測井確定產(chǎn)層位置產(chǎn)氣井—單點入井井溫測井確定產(chǎn)氣層產(chǎn)液層：冷液循環(huán)；產(chǎn)氣層：熱液循環(huán)（2）用溫度測井確定產(chǎn)層位置產(chǎn)氣井—單點入井井溫測井確定產(chǎn)（3）確定水泥竄槽部位

液流沿管外下竄下竄負異常上竄正異常氣竄均為負異常水竄：（3）確定水泥竄槽部位液流沿管外下竄下竄負異常氣竄均為負（3）用井溫檢查竄槽討論（3）用井溫檢查竄槽討論產(chǎn)液井中套管壁外有向上的流動產(chǎn)液井中套管壁外有向下的流動(P`)

（3）用井溫檢查竄槽產(chǎn)液井中套管壁外有向上的流動產(chǎn)液井中套管壁外有向下的流動(產(chǎn)氣井中套管壁外有向上的氣流(漸近線相同)

產(chǎn)氣井中套管壁外有向下的氣流（3）用井溫