第4章-溫度測(cè)井課件

溫度測(cè)井原理井筒地層溫度分布規(guī)律溫度測(cè)井解釋與應(yīng)用第四章溫度測(cè)井

溫標(biāo)內(nèi)容華氏攝氏蘭氏熱力學(xué)列氏符號(hào)單位℉℃K第一節(jié)溫度測(cè)井原理預(yù)備知識(shí)：

溫標(biāo)就是為定量表示物體的溫度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)溫度（定義定點(diǎn)）、標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)和內(nèi)插公式所確定的溫度計(jì)的標(biāo)度。下表列出了幾種常用的溫標(biāo)：華氏溫度tF0°冰水加鹽100°人體32oF水的冰點(diǎn)212oF水的沸點(diǎn)列氏溫度t/R0oR/

水的冰點(diǎn)80oR/

水的沸點(diǎn)攝氏溫度℃0℃水的沸點(diǎn)100℃水的冰點(diǎn)0℃水的冰點(diǎn)100℃水的沸點(diǎn)熱力學(xué)溫度K溫標(biāo)類型

溫標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系

地溫場(chǎng)地溫梯度地溫梯度線電阻式溫度儀熱電偶溫度儀井溫梯度測(cè)井微差井溫測(cè)井徑向微差井溫測(cè)井測(cè)井儀測(cè)井方式一電阻式溫度儀

溫度測(cè)井儀利用金屬絲的電阻與溫度的函數(shù)關(guān)系1.金屬熱敏電阻溫度和電阻的關(guān)系在測(cè)量范圍內(nèi)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(guān)系物性相同的金屬絲，溫度和電阻函數(shù)關(guān)系相同發(fā)生氧化現(xiàn)象時(shí)，溫度和電阻的函數(shù)關(guān)系不變宏觀條件：微觀條件：

式中，l為金屬絲長(zhǎng)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(zhì)量；τ為帶電粒子的難動(dòng)性。晶格熱振動(dòng)晶格不規(guī)則帶電粒子互相散射電阻率與溫度關(guān)系：

式中，ρ0為0℃時(shí)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(shí)的電阻；R0為溫度為T0時(shí)的電阻。電阻與溫度關(guān)系：部分金屬電阻之比隨溫度變化－50℃～150℃2.半導(dǎo)體熱敏電阻電阻與溫度關(guān)系：－100℃～300℃

式中，A為與熱敏電阻尺寸及半導(dǎo)體物理性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)；B為與半導(dǎo)體物理性能有關(guān)的常數(shù)；T為絕對(duì)溫度。T1:R1T2:R2T1=20℃:R1=965×103ΩT2=100℃:R2=27.6×103Ω井溫儀線路圖3.測(cè)量原理MN溫度變化→電阻變化→電壓變化梯度井溫I1I2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)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(shí)：當(dāng)α(T1＋T2－2T0)<<43.測(cè)量原理溫度梯度和微差井溫測(cè)井

4.應(yīng)用微差井溫曲線

二熱電偶溫度儀

1.熱電效應(yīng)(塞貝克效應(yīng))

熱電效應(yīng)示意圖熱電偶：不同的偶絲組合起來(lái)的測(cè)溫傳感器熱電極A、B溫差熱電勢(shì)熱電流測(cè)量端置于被測(cè)溫度場(chǎng)參考端置于恒定溫度場(chǎng)熱電勢(shì)兩導(dǎo)體的接觸電勢(shì)單一導(dǎo)體溫差電勢(shì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，測(cè)量范圍廣，有良好的靈敏性2.接觸電勢(shì)擴(kuò)散速率與兩種金屬導(dǎo)體內(nèi)自由電子密度和溫度有關(guān)接觸電勢(shì)：T0端電勢(shì)：回路總接觸電勢(shì)：

式中，K為波爾茲曼常數(shù)，取1.38×10-16;T為接觸處的絕對(duì)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(shì)3.溫差電勢(shì)由導(dǎo)體內(nèi)兩端溫度不同產(chǎn)生，高溫端電子動(dòng)能比低溫端大。熱電偶回路：

式中，δ為導(dǎo)體的湯姆遜系數(shù)。溫差電勢(shì)4.總電勢(shì)常用熱電極對(duì)鉑絲的熱電特性5.熱電偶測(cè)量線路自動(dòng)電位差計(jì)線路第二節(jié)井筒地層溫度分布規(guī)律地?zé)釡囟绕拭嬉坏責(zé)釡囟绕拭?/p>

傅立葉定律:式中，u為熱流量；λ為熱傳導(dǎo)系數(shù)。井筒內(nèi)溫度分布二井筒內(nèi)溫度分布

井筒內(nèi)熱交換Ramey方程

式中，ω為質(zhì)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?zé)釡囟?；f(t)為取決于邊界條件的時(shí)間函數(shù)。r2處熱損失(熱輻射)套管外，熱量擴(kuò)散dD內(nèi)熱交換量井筒內(nèi)熱交換地層溫度變化:

式中，gG為地溫梯度；Tb為D=0時(shí)的地?zé)釡囟?；Z馳豫距離；Cpf為流體熱容；ω為質(zhì)量流量；t為注入或生產(chǎn)時(shí)間；ρf為流體密度；α為巖石熱擴(kuò)散系數(shù)。Ramey方程當(dāng)流量較大時(shí)t>>7d時(shí)

式中，Tw為從兩個(gè)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(diǎn)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(shí)Ramey方程D>>Z時(shí)二井筒內(nèi)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(duì)著注入層或生產(chǎn)層的地方，由于有流動(dòng)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(jì)算相應(yīng)井筒內(nèi)的溫度，首先要確定井筒周圍地層內(nèi)的溫度分布。設(shè)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(dǎo)

為巖石和流體的平均密度和熱容量；λ為油藏的熱傳導(dǎo)系數(shù)；α為體積流量。

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(duì)于不可壓縮流體單相徑向流動(dòng)，壓力場(chǎng)與溫度場(chǎng)無(wú)關(guān)，壓力梯度可直接用達(dá)西定律計(jì)算：?jiǎn)挝惑w積的摩擦熱量：

對(duì)上式從內(nèi)半徑到外半徑進(jìn)行積分可得厚度為體積單元內(nèi)因摩擦產(chǎn)生的熱量注入井中流動(dòng)和關(guān)井溫度測(cè)井三注入層或生產(chǎn)層深度處的井眼溫度氣體流動(dòng)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(lái)定義：

對(duì)于不同組分的氣體，不同，可采用熱力學(xué)數(shù)據(jù)或下列狀態(tài)方程計(jì)算：右圖中，氣體流動(dòng)造成的低溫異常壓力過(guò)高時(shí)（>500atm），低溫異常消失

式中，Cp為熱容量；T為溫度；V為比容。五溫度恢復(fù)測(cè)試假設(shè)：（１）儲(chǔ)層是以井眼為軸的圓柱形；（２）熱流只是由熱傳導(dǎo)引起；（３）地層的熱學(xué)性質(zhì)不隨溫度變化；（４）地層是均質(zhì)無(wú)限大地層；（５）在地層中沒(méi)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(jì)。

確定地層靜態(tài)溫度

在這一假設(shè)條件下，描述井眼周圍地層瞬間溫度的熱擴(kuò)散方程表示為：無(wú)因次溫度：無(wú)因次時(shí)間：無(wú)因次半徑：邊界條件：

式中，Ti為初始地層溫度；T(r,t)為t時(shí)刻，地層r處溫度；r為半徑；rw為井眼半徑；t為時(shí)間；tp為生產(chǎn)時(shí)間；λ為導(dǎo)熱率；Cp為比熱；ρ為地層密度。Ehlig-Economides對(duì)相應(yīng)的壓力方程求解，并用溫度取代壓力得：

在無(wú)量綱Horner時(shí)間較小時(shí)，在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)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(guān)井時(shí)間；qD(τ)為某深度τ時(shí)刻熱流量；pws為關(guān)井時(shí)井底壓力；Tws(ΔtD)為ΔtD時(shí)刻關(guān)井溫度；Tws為某深度上的關(guān)井溫度；h為地層厚度；q為井內(nèi)的平均熱流量。m無(wú)量綱恢復(fù)溫度靜態(tài)溫度與初始溫度之間的無(wú)量綱溫度降無(wú)因次壓力與無(wú)因次時(shí)間關(guān)系假靜態(tài)溫度T*ws第三節(jié)溫度測(cè)井解釋與應(yīng)用溫度測(cè)井的解釋方法分兩種：

1.定量方法：利用Ramey方程計(jì)算井內(nèi)各點(diǎn)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(zhì)。一定量分析測(cè)井解釋實(shí)例（Witterholt-Tixier溫度測(cè)井解釋）

將以下兩式合并即可計(jì)算出相應(yīng)層的流量。(1)Romero-Juarez法的應(yīng)用

假定兩個(gè)射孔層間距足夠大，解釋分以下幾個(gè)步驟：(1)Romero-Juarez法的應(yīng)用（１）選擇射孔層段之間的中間點(diǎn)為取值點(diǎn)；（２）確定取值點(diǎn)處的曲線斜率；（３）計(jì)算每一測(cè)點(diǎn)處取值，井溫與地?zé)釡囟戎g的差值；（4）計(jì)算Z值。若各取值點(diǎn)處的巖石和流體性質(zhì)相近，則每個(gè)測(cè)點(diǎn)處流量之比與Z值之比相同。Romero-Juarez應(yīng)用實(shí)例

（1）Romero-Juarez法的應(yīng)用取值點(diǎn)深度f(wàn)tdTw/dDoF/ftTw-TGoFZftQ％A56900.00331.1333100B57400.0080.45015產(chǎn)氣井測(cè)井曲線Romero-Juarez法10050ft處：（1）Romero-Juarez法的應(yīng)用井筒內(nèi)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(zhì)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混合后注水井：增加注入量與注入時(shí)間對(duì)井溫測(cè)井的影響二溫度測(cè)井定性解釋注水井：改變地面注水溫度對(duì)井溫測(cè)井的影響

各種流量的井溫測(cè)井生產(chǎn)井：不同生產(chǎn)時(shí)間的井溫測(cè)井二溫度測(cè)井定性解釋進(jìn)入井筒流體與地?zé)釡囟认嗤a(chǎn)井：生產(chǎn)油氣水的井溫測(cè)井左：等值質(zhì)量流量；右：等值體積流量二溫度測(cè)井定性解釋（1）確定吸水層位

用靜態(tài)（關(guān)井）井溫測(cè)井確定注入層段注入井關(guān)井后的測(cè)井曲線產(chǎn)液井—單點(diǎn)入井，從油管產(chǎn)出（2）用溫度測(cè)井確定產(chǎn)層位置（2）用溫度測(cè)井確定產(chǎn)層位置產(chǎn)氣井—單點(diǎn)入井井溫測(cè)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)（3）確定水泥竄槽部位

液流沿管外下竄下竄負(fù)異常上竄正異常氣竄均為負(fù)異常水竄：（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(dòng)產(chǎn)液井中套管壁外有向下的流動(dòng)(P`)

（3）用井溫檢查竄槽產(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）用井溫檢查竄槽注水井套管外有竄流的情況在竄槽氣井中的生產(chǎn)測(cè)井（3）用井溫檢查竄槽由溫度測(cè)井確定水泥返高位置發(fā)生地下井噴的溫度測(cè)井（4）確定地下井噴段和水泥返高

用溫度測(cè)井確定壓裂裂縫高度（5）用溫度測(cè)井確定水力裂縫壓裂前以低于破裂壓力的地溫流體循環(huán)井筒三溫度測(cè)井施工與解釋施工建議：測(cè)井前，要求注入量穩(wěn)定；如果可能，儀器一進(jìn)入井眼就開(kāi)始紀(jì)錄其溫度變化，上提電纜速度應(yīng)放慢；電纜速度通常不應(yīng)超