井温测井.pptx
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1、主讲教师:陈科贵生产测井生产测井 第四章 井温测井第一节 热力学基础理论第二节 井温测井基本原理第三节 井温资料的应用第四章 井温测井 第一节 热力学基础理论一、井筒热传递基本理论 1.井下地层热力学特性 2.井筒流体的热学基本关系 二、油气生产井、注水井中热传递 基本情况 第一节 热力学基础理论一、井筒热传递基本理论 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。第一节 热力学基础理
2、论1、井下地层热力学特性 地层温度主要来自地球内部的热能。地球可视为一个向外的散热体,是一个稳定温度场。在常温层以下,地层的温度是随深度增加而增加的,一个地层温度的高低主要取决于地层的埋藏深度。地温与深度之间有以下关系:0 ()式中 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。第一节 热力学基础理论地层温度同样可以用下式表达:式中 Z点的地温梯度;0活动层下边界的深度。活动层:指其温度随太阳照射的热量的变化而周期变化,或者说随季节而变的这一段地层,厚度约40m。在活动层以下,地层温度受气候变化影响很微小,实际上几乎不随季节而变。第一节 热力
3、学基础理论 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。付里叶定律用微分形式:第一节 热力学基础理论其中 在井温测井的井筒条件下,可以把井下地层看作为均匀无限的园柱体,假定无热源(f0),式()写为:式中 f地层温度;r距离;t时间;热传导系数;岩石密度;岩石比热;岩石的热导率。第一节 热力学基础理论 岩石的比热:指地层岩石温度升高所需的热量,对沉积岩,比热的变化范围在0.190.25()之间,而一般岩石的比热范围在0.150.5()之间。岩石的热导率表征岩石热传递能力的大小,在很大程度
4、上取决于岩石中矿物的组成成分、孔隙度和含水饱和度等。热导率的单位可以是(),也可以是(m)。例如大庆油田,泥岩的热导率平均为1390.68(m),砂岩为1668.24(m)。第一节 热力学基础理论 2.井筒流体的热学基本关系 在生产井或注入井中,在一般情况下,井筒流体的流速比较高,而且井径小,流体在整个井筒内温度可看作为一个均匀体。这时,井内流体的热平衡方程为:式中,Q表示在深度z处单位深度上在单位时间内从地层传给井筒流体的热量。式(4-7)的边界条件为:(47)第一节 热力学基础理论在生产或注入开始时刻,地层与井筒流体达到平衡状态,故初始条件应为:在注入情况下:(,)(,)0 (412)在生
5、产情况下:(,)(,)0 (413)应用上述定解条件对式(4-7)求解,且满足下列条件:第一节 热力学基础理论解得:由式(4-15)可见,井内任何深度上流体的温度都是流量、时间、流体热学性质以及地层热学性质的函数。第一节 热力学基础理论二、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
6、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。第二节 井温测井基本原理一、仪器结构二、测量原理三、井温仪参数的标定方法 第二节 井温测井基本原理一、仪器结构 井温仪多采用电阻式温度计井温仪,其作用原理主要是利用导体的电阻随温度而变的特性。第二节 井温测井基本原理井温仪器温度传感利用桥式电子线路。在桥式电路中,利用不同金属材料制成的电阻元件的温度系数差异,将井下流体温度的差异转化为金属电阻阻值的变化,间接求出温度的变化。金属材料的电阻率与温度的关系为:2 ()式中 电阻率;T温度;、与
7、金属材料性质有关的常数。井温仪中的感温元件通常使用金属铂,主要是由于铂有较好的温度系数。金属材料感温元件的阻值一般随温度增加而呈指数规律变化:K(T)()()(418)式中 温度为时的阻值;温度为时的阻值。第二节 井温测井基本原理一、仪器结构二、测量原理三、井温仪参数的标定方法 第二节 井温测井基本原理二、测量原理井温仪的测量原理电子线路如图:热灵敏电阻热灵敏电阻固定电阻固定电阻固定电阻固定电阻固定电阻固定电阻 第二节 井温测井基本原理在桥式电路中,、两端点的电位差为:电桥平衡时(0),有1,故 从而,温测井的理论关系式:或式中 C仪器常数;0电桥处于平衡时的温度。第二节 井温测井基本原理n梯
8、度微差井温仪,桥式电路中有两个灵敏臂,如图:理论关系为:显然,式(4-24)与式(4-22)的差别仅在于仪器常数C。第二节 井温测井基本原理u如下图所示的信号处理电路可以将井下温度信息转化为普通井温和梯度微差井温两种信号加以记录,实现了一次下井同时获得的两种测量结果,简化了下井仪器结构和操作过程。u普通井温曲线反映的是井内各个深度下的流体温度,测量结果体现了井内温度的梯度变化情况。u微差井温曲线反映的是井轴上一定距离之间两点的温度差别情况,并以较大的比例进行记录,测量结果更能体现井内局部的温度梯度变化情况。第二节 井温测井基本原理一、仪器结构二、测量原理三、井温仪参数的标定方法 第二节 井温测
9、井基本原理三、井温仪参数的标定方法 电阻式温度仪的仪器常数C和平衡点温度0一般采用点测实验法进行标定。其方法是首先依次把仪器浸入已知温度为1、的溶液中,对仪器供以恒稳电流I,测出相应的电位差、,次数应大于5,然后,以T为横标,为纵标,在坐标图上分别点出各测量点的位置,这些点构成一回归直线,如图4-5所示。该直线与横轴的交点即为0,该直线的斜率即为仪器常数C,并且实验C值与理论计算C值应该比较接近。第二节 井温测井基本原理u井温测井既可以在稳定生产或注入的流动井中进行,也可以在关井后的静止条件下进行测量。u对于流动井,要求测前48h内生产或注入条件要保持稳定。u对于静态井,要求井内不允许有注入或
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