CN102156145B - 研究岩体性质的方法和设备 - Google Patents

Abstract

岩体热激发是利用油管柱向井眼中注入冲洗流体实施的，冲洗流体的温度与岩体温度不同。在热激发之前、热激发期间和热激发终止之后，由至少一对沿着井眼轴线设置的温度传感器记录与井眼中温差成比例的差分电信号。根据具有不同性质的岩体区域的边界位置的确定精度，识别的岩体区域的最小和最大可能长度、以及井眼中热噪声的性质和程度，预先选择成对传感器之间的距离和成对传感器的对数。将在热干扰之前由成对温度传感器测量的差分温度电信号与热干扰期间由同样的成对温度传感器测量的差分电信号、和由沿着井眼轴线设置的不同传感器对测量的差分电信号进行比较。根据差分电信号的比较结果表征具有不同性质的各种岩体区域的差异，和识别具有不同热性质的岩体区域之间的边界。

Description

研究岩体性质的方法和设备

技术领域

本发明涉及岩体性质的研究和利用井眼测量研究岩体性质的过程，特别是涉及通过井眼温度的测量获得岩体的数据。上述测量的例子可以是：在具有油藏的岩体中钻出的井中的温度测量，测量中，当通过注入与井眼中岩体温度不同的冲洗泥浆对岩体进行冷却或者加热时，岩体的热模式发生变化，随后记录井中不同深度处的温度。

通过记录冲洗后不同地层的岩体温度变化率，识别具有不同含油量的地层。另外，上述测量方法，例如，用于改善油田的开发效率。本发明的另外一种应用领域涉及到研究储有地热流体和蒸气的岩体性质。本发明可以应用于具有一种矿石矿物沉积的岩体的研究。

背景技术

一种岩体性质研究的方法包括：在岩体通过泵入温度与岩体的温度不同的冲洗泥浆而被热激发之后，记录沿钻入岩体中的井眼的温度分布，然后，识别具有不同性质的产油层，该方法在V.N.Dakhnov PromyslovayaGeofizika(Production Geophysisc)，Moscow，Gostopizdat，1959，pp.56-59描述过。这种情况下，冲洗完成后，生产层区域根据温度差别分为生产层储层区域(productive reservoirs)和岩体非生产层区域。该方法的一个显著的缺点在于：当通过具有冲洗泥浆的层将生产储层区与井眼进行分离时，难以识别该生产储层区，原因在于相对于岩体含油深度处的温度绝对值非常大的背景，不可能记录在生产层和非生产层之间微小的温度下降。该方法另外一个缺点是，井眼中的温度是在冲洗流体通过井眼泵送之后开始记录的，这时由于热传导过程发生在具有不同温度的岩体部分之间，在具有不同性质的岩体的边界处，温度分布图是模糊的。另外，该方法还有一个缺点就是井眼中的温度分布图应该被记录的时间期间没有确定，这降低了该方法的应用效率。该方法的缺点还包括不可能记录在每一个选取的深度处作为时间函数的岩体温度的变化，这也降低了该方法的应用效率，因为它阻碍了通过温度随时间变化的不同程度的表现来区分(segregating)干扰的影响和岩体性质。

用于岩体性质研究的设备包括冲洗流体注入单元、温度传感器、温度传感器信号电子记录以及处理单元、温度传感器和电子单元所位于的圆筒体、用于圆筒体的电缆，其下入井眼中，用以提供电源和将测量结果传到地面，上述设备在V.N.Dakhnov Promyslovaya Geofizika(ProductionGeophysisc)，Moscow，Gostopizdat，1959，pp.56-59进行了描述。该设备用于实施同一说明书中描述的研究岩体性质的方法。该设备的缺点是不能记录在冲洗泥浆注入期间井眼中的温度分布，这就导致了前面所述的拉长测量时间，不能清楚的识别具有不同性质的岩层的边界。该设备的另外一个缺点是仅仅采用单个温度传感器，导致其对于性质差别不大的岩层不够敏感。

发明内容

执行该发明达到的工程结果在于提高识别具有不同热性质的岩体区域的准确性和效率。该方法用以区分沿井眼定位到具有不同热性质(如：导热性、热扩散率和容积热量)的区域中的岩体。这种被区分的区域可以包括，例如，具有岩石水或油饱和度的区域，或具有不同程度的岩石油饱和度的区域。所有这些区域可以使用所要求保护的工程技术方案被识别，因为它们具有不同的热性质。

所述工程结果的获得是由于对岩体或岩体的一部分的热激发，热激发是通过泵利用油管柱将冲洗流体穿过井眼(该冲洗流体的温度必须不同于该岩体温度)泵送，然后记录至少一段井眼中温度的变化，然后基于该测量结果识别具有不同热性质的岩体区域。岩体(或岩体的一部分)的热激发开始之前和热激发完成之后，基于井眼的温度干扰性质和选择的岩体区域的热性质的可能的差异，连续地或以一个预先选择的间隔断续地执行热激发。利用至少一对温度传感器记录与温差成比例的差分电信号，所述至少一对温度传感器沿着井眼轴线定位使得该传感器在井眼中的定位深度覆盖所关心岩体的区域。根据对具有不同性质的岩体油层的边界位置所要求的测量精度、被区分的岩体区域的最小和最大可能长度、以及井眼中热噪声的性质和程度，预先选择成对的温度传感器之间的距离和成对温度传感器的对数。应该选择热激发程度以使差分电信号和井眼热噪声具有要求的比率。将在热干扰之前由成对温度传感器测量的差分温度电信号与热干扰期间由同样的成对温度传感器测量的差分电信号进行比较，并且将来自沿着井眼设置的不同温度传感器的差分电信号相互进行比较。根据差分电信号的比较结果表征具有不同性质的各种岩体区域，和识别具有不同热性质的岩体区域之间的边界。

所述方法还可以在热激发之前、在热激发期间和取消热激发之后测量沿着井眼在所关心的深度范围内的冲洗流体温度。通过得到的数据来确定在热激发期间以及热激发之后岩体松弛的过程中的温度恢复期间中的温度变化的性质，基于获得的数据确定差分电信号测量的开始时间、间隔和结束时间，以及做出结束热激发的决定。

岩体热激发或它的单独部分的热激发可以是以每一个热激发的预设持续时间周期性地执行，以及在预设持续时间之间暂停，或者按照谐波定律以预设频率和强度执行对岩体或岩体的一部分的热激发。同时测量所关心的差分电信号的振荡幅度、所关心的差分电信号相对于该岩体或岩体的一部分的相移、岩体温度变化的幅度、和岩体温度变化的相移。然后根据测量数据组，确定岩体不同区域的性质。

在另外一个实施例中，该岩体性质研究的主要方法的补充在于：通过油管柱内的冲洗流体且周期性改变冲洗流体的运动方向实施对岩体或岩体的一部分周期性的热激发。在这种情况下，油管柱的下端定位在所关心的岩体区域的下方，使得冲洗流体温度相对于所关心岩体区域的初始温度的周期性的异极性变化发生在所关心的岩体区域内。循环冲洗流体方向改变的频率、循环冲洗流体的流速、和油管柱的下端在井眼中的位置根据井眼温度梯度来设定，以提供充分的差分电信号的幅度，其中，测量所关心的差分信号的幅度、所关心的差分信号相对于岩体(或岩体的一部分)热激发的相移、岩体温度变化梯度以及相对于岩体(或岩体的一部分)热激发的岩体温度变化相移。

温度传感器可以位于油管柱处，在此情况下，对温度传感器定位其中的油管柱部分的直径和冶金性能进行选择以提供：最大的差分电信号、在油管柱与套管柱壁或井眼壁之间的间隙中的流体对流运动对在岩体或岩体的单独部分的热激发期间或在热激发结束后在油管柱与套管柱壁或井眼壁之间的间隙中产生的热噪声的最小影响、以及具有不同性质的岩体层段之间的温差模糊最小值。

该确定岩体性质的主要方法可以补充为：基于岩体区域的性质提供对沿着井眼的岩体区域的最好区分：根据取决于时间的井眼热噪声和根据在差分电信号测量时井眼中的井眼热噪声，对岩体或岩体的一部分的热激发的持续时间和强度以及在对岩体或岩体的单独部分的热激发开始之后差分电信号测量的时间进行选择，以获得差分电信号对井眼热噪声的最大比率。

除该主要的方法外，为了提高根据其性质确定沿井眼的岩体区域之间的边界的确定精度和减少具有不同性质的岩体区域之间的边界的模糊度，根据测量差分电信号之前出现的井眼热噪声的性质和值，对岩体或岩体的一部分的热激发的持续时间和强度以及在热激发开始之后差分电信号测量的时间进行选择，使得在具有不同性质的岩体区域之间的区域处的差分电信号的空间变化定位于沿井眼的最短距离范围内。

一种测量岩体性质的方法的实施特征在于：为了提高表征岩体(或其一部分)的精度，以及表征在垂直于井眼的方向上的分布的精度，在对岩体以及岩体的一部分的热激发期间以及该热激发结束之后，确定作为时间的函数的差分电信号改变的性质、差分电信号的最大值、和达到差分电信号的最大值的时间，以及根据这些数值确定冲洗流体穿透区域的深度和岩体或岩体的一部分的含油饱和度。

在对前面方法的一个补充实施例中，为了提高表征岩体(或其一部分)的精度，以及表征在垂直于井眼的方向上的分布的精度，至少执行一次对岩体或岩体的一部分的重复热激发，且每次重复的热激发的持续时间与前次热激发的持续时间不同。在每次对岩体或岩体的一部分进行热激发期间测量差分电信号，且在热激发期间和热激发完成后确定每次差分电信号的最大值和差分电信号的达到最大值出现的时间。然后，根据在对岩体或岩体的一部分进行热激发的所有循环中得到的该组数据，确定冲洗流体穿透区域的深度和岩体或岩体的一部分的含油饱和度。

一种确定岩体或岩体的一部分的性质的方法，除了该主要方法以外，还可以实施为：每次泵入井眼中的冲洗流体的体积与前面热激发所泵入的体积不同。每次在岩体或岩体的一部分热激发期间或之后测量差分电信号，得到差分电信号的最大值和达到最大值的时间。然后，根据在岩体或岩体的一部分的所有热激发循环获得的数据确定冲洗流体穿透区域的深度和岩体或一岩体的一部分的含油饱和度。

如果在井眼中的油管柱被水泥环与岩体分开，为了通过记录由于水泥环厚度的变化和该油管柱和套管柱从井眼的轴线的偏差引起的热噪声来提高岩体或岩体的一部分的测量精度，除该主要的方法之外，当差分电信号与由于水泥环的厚度改变和油管柱和套管柱与井眼轴线的偏移导致的井中热噪声的比率最大时，记录差分电信号。

在该确定岩体性质的方法的另外一个补充实施例中，可以另外确定岩体沿着井眼的不同部分的孔隙率，之后根据差分电信号的最大值、差分电信号最大的获得时间和孔隙率这些测量结果来确定冲洗流体穿透区域的深度和岩体或岩体的单独部分的含油饱和度。

另外一个确定岩体性质的方法的特征在于：在岩体或岩体的一部分热激发期间和热激发完成之后，在套管柱和位于距离套管柱不同距离处的井眼壁之间的间隙中的区域中，还测量与温差成比例的差分电信号，且根据测量结果确定热噪声值和性质，在差分电信号和后来的岩体性质确定期间考虑该热噪声值和性质。

岩体性质测量的另外一种方法除了主要方法以外，还可以：在对岩体或岩体的一部分热激发开始之前，至少一个温度传感器沿井眼移位，且然后在热激发期间至少执行一次至少一个温度传感器沿井眼移位；利用至少一个沿着井眼移动的温度传感器记录沿着井眼的温度分布。其中，在对岩体或岩体的一部分的热激发开始之后，选择温度传感器位移的速度和温度分布图记录开始时间，以提供最佳可用信/噪比。之后，通过沿井眼的温度分布和在岩体的不同层段温度随时间变化的程度，来确定岩体(或其一部分)的性质。

提出另外一种岩体性质确定的方法，与主要方法不同之处在于：在对岩体或岩体的一部分热激发开始之前还测量沿井眼多个层段处的温度，然后在热激发开始之后测量沿井眼的多个层段处的温度。每次选择沿着井眼的需要测量温度的层段的数量以确保确定具有不同性质的岩体层段之间的边界的要求精度。在热激发开始之后选择沿着井眼进行温度测量的时刻以提供最佳的可用信/噪比。之后，根据对岩体或岩体的一部分热激发开始之前和之后沿着井眼的这些层段的测量结果，确定表征岩体性质的井眼温度分布，且利用该温度分布确定具有不同性质的岩体层段。

提出另外一种岩体性质确定的方法，与主要方法不同之处在于：沿着沿井眼定向的以及彼此平行并且平行于沿其测量差分信号的主线的一条或多条直线另外测量差分电信号。直线的数量和围绕着井眼轴线的这些直线之间的角度根据围绕井眼轴线具有不同性质的岩体和井眼空间区域的位置来选择。

在另外一种测量岩体性质的方法中，除了主要的和前面的方法外，在套管柱和位于距离套管柱不同距离处的井眼壁之间的间隙中的区域中，还测量与温差成比例的差分电信号，并且沿着沿井眼定向的以及彼此平行并且平行于测量差分信号的主要的测量线一条或多条直线测量该差分电信号。直线的数量和围绕着井眼轴线的这些直线之间的角度根据围绕井眼轴线具有潜在不同性质的岩体和井眼空间区域的位置来选择。

提出一种执行上述测量地层方法的用于研究岩体性质的设备，它包括：

将冲洗流体注入井眼中以通过使得流体在井眼中循环对岩体或岩体的一部分执行热激发的单元；

调整注入冲洗流体至井眼中的持续时间的单元；

沿着井眼轴线设置的温度传感器。

所述设备还包括：

至少一对温度传感器，用于接收表征沿着井眼的两点处的温差的差分电信号；和

产生用于温度传感器对的差分电信号和确保接收与井眼中至少一对点的温差成比例的差分电信号的单元，成对温度传感器之间的距离以及温度传感器对的数量根据确定具有不同性质的岩体层段的边界位置的要求精度、被识别的岩体区域的最小和最大可能长度以及井眼中的热噪声的程度进行选择。

另外，所述设备包括：

记录单元，保证同时记录在同一时间测量的所有差分电信号并确保根据比较结果和对差分电信号的处理来区分具有不同性质的岩体区域。

该设备还包括保证岩体或岩体的单独部分周期性热激发的单元，其为每一个热激发设定一个持续时间以及预先设定在热激发之间的停止，或根据谐波定律以预设频率和强度保证热激发的单元。另外，该设备还包括测量所关心的差分电信号的振荡幅度的单元，和测量所关心的差分电信号的变化的相移的单元。该设备还包括测量岩体温度变化幅度的单元，和测量岩体温度变化相对于岩体或岩体的一部分的热激发的相移的单元。

另外一个实施例中设备的特征在于还包括：保证对岩体或岩体的单独部分周期性的热激发的单元，其通过使冲洗流体在套管柱内循环且周期性改变冲洗流体的运动方向，使得冲洗流体温度相对于所关心岩体的温度的异极性变化发生在所关心的岩体区域内；以及根据井中的温度梯度设置循环冲洗流体方向改变的频率、循环冲洗流体的流速、和套管柱下端在井眼中的位置的单元。为确定温度梯度，该设备还包括通过来自温度传感器的信号和沿井眼的温度传感器之间的距离计算温度梯度的单元。

另外一个实施例用于岩体性质研究的设备不同于主要实施例之处在于：设备还包括与温度传感器连接、用来记录井眼热噪声、且对井眼热噪声进行幅度-温度分析的单元。用于记录和幅度-温度分析井眼中热噪声的单元也与差分信号匹配和处理相关联以保证从所关心的差分信号中移除具有相似频率的热噪声。

提出一不同于主要设备的研究岩体性质的设备的补充实施例，该设备还包括：

在套管柱与井眼壁或油管柱壁之间的间隙中、位于与用于记录沿井眼的差分电信号的温度传感器相同井眼水平但是在离套管柱不同距离处的温度传感器；

测量位于相似的井眼深度的所有附加温度传感器之间的差分信号的单元；

用以对在所有附加传感器之间测量的差分电信号进行幅频分析、以及对在套管柱与油管柱壁或井眼壁之间的区域中存在的热噪声进行最终区分的单元；和

用于保证记录和排除从由沿井眼定位的温度传感器对记录的差分电信号中分离的热噪声的单元。

另一研究岩体性质的设备与主要设备不同之处在于包括：沿着井眼设置用于测量差分电信号的至少一组附加温度传感器，所述至少一组附加温度传感器与主要设备中的温度传感器组类似。所述至少一组附加温度传感器沿着沿井眼定向以及定位成彼此平行且平行于用于差分电信号测量的主要设备温度传感器所沿的直线的一根或多根直线定位。附加温度传感器的数量和围着井眼轴线定位的温度传感器所沿的直线之间的角度根据具有潜在的不同性质的岩体和井眼空间区域的位置来选择。

另一研究岩体性质的设备的实施例与主要设备的不同之处在于该设备还包括：温度传感器，其信号用于测量表征从套管柱到井眼壁的方向上的井眼中温度变化的差分电信号，其中，这些温度传感器沿着一根或多根直线定位在套管柱处，所述一根或多根直线沿井眼定向且定位成彼此平行以及平行于测量差分电信号所沿的主温度传感器的定位轴线，其中，直线的数量和围绕着井眼轴线的这些直线之间的角度根据沿着井眼轴线具有潜在的不同性质的岩体和井眼空间区域的位置来选择。

另一实施例中研究岩体性质的设备与主要设备不同之处在于还包括：

沿井眼移动至少一个温度传感器和井眼温差传感器的单元；

设定温度传感器和井眼温差传感器沿着井眼移动的速度的单元；

对于温度和温差信号的每个时刻将每个温度传感器与深度相联系的单元；和

使得温度传感器沿着井眼的移位周期性变化且在预设的时间处方向发生变化的单元。

再提供一种岩体性质研究的设备，它与主要设备的不同在于该设备还包括：

沿井眼设置的多个温度传感器，选择沿井眼定位的温度传感器的数量以提供确定具有不同性质的岩体层段之间的边界的要求精度；以及

用于记录和处理来自温度传感器的信号的单元，该单元用于在预定的时刻由传感器执行温度测量，基于在开始对岩体或岩体的一部分热激发之后的温度测量结果记录沿井眼的温度分布，以及基于在对岩体或岩体的一部分热激发之前沿井眼的温度分布，识别具有不同性质的岩体层段。

另外一实施例中研究岩体性质的设备与前述的设备不同之处在于包括在一个时间单元以预设流速向井眼中注入冲洗流体的单元。

附图说明

图1描述了本发明岩体性质研究的方法的一个实施例。

具体实施方式

如图1所示，在岩体2上钻出垂直的井眼1，在深度范围3内(2000-2030m)，需要识别按照矿物组成和孔隙率区分的层段4、5、6，其具有不同含油饱和度。鉴于石油的热性质和水的热性质具有很大的差别(例如，在标准压力和温度的情况下石油的导热率是0.11-0.13W/(m·°K))，水的导热率是0.60W/(m·°K))，石油的容积热量是1.6·10⁶J/(m³·°K)，水的容积热量4.2·10⁶J/(m³·°K)，岩体2的分开层段4、5、6在热性质上的不同意味着分开层段4、5、6在石油饱和度上的差别。用以对岩体2热激发的冲洗流体通过油管柱7注入井眼1中，该冲洗流体的温度明显不同于岩体2在2000-2030m处层段3的温度。下入的油管柱7使得先下入的最下端8的位置在2050m的深度，也就是说低于对应于与所关心的深度范围3的底部边界的深度的2030m的深度。根据测定岩体2的层段4、5、6的边界的精度等于1m，和井眼1中冲洗流体的热对流单元的长度最小为30m，35个温度传感器9每隔1米的间距沿油管柱7外表面设置。温度传感器9沿着井眼1设置于油管柱7上，这样设置的深度范围在1998-2032m之间，也就是说覆盖了深度范围3，其中，需要识别岩体2的具有不同热性质的层段4、5、6。预先校准的电阻温度计或光学温度传感器(专门用于沿着该电缆的不同点进行温度测量的光缆)作为传感器9。温度传感器9接通，以提供在传感器9各个位置的温度记录和不同传感器9的温差记录。根据假定的岩体2热性质的范围，井眼1的直径和深度，套管柱10的可用性，在该套管柱10和井眼1的壁之间的水泥环11的厚度，注入的冲洗流体的性质，通过数学模型确定注入井眼1中的冲洗流体的速度和持续时间，其分别为8升每秒和4小时，以及冲洗流体注入油管柱7结束后持续的时间，例如，注入结束后持续的时间为6小时，在所述注入结束后持续的时间期间，岩体2中具有不同热性质的层段4、5、6的温度会不同，且温差测量的间隔为1分钟。选择分开的层段3中的岩体2的热激发的程度，以使井眼1中差分电信号和热噪声电信号具有要求的比率为50∶1。然后油管柱7下入井眼1中，使得其下端8的位置在深度2050m处，在开始热激发岩体2之前，温度传感器9记录温度以及记录各对温度传感器9的温差。此后，通过向油管柱7中注入冲洗流体开始热激发岩体2，维持在油管柱进口处冲洗流体温度恒定为15-17℃，其明显低于69℃，即井眼1中之前温度测量的结果。冲洗流体注入井眼1期间，通过温度传感器9记录井眼1中的温度，和记录岩体2的层段4、5、6的温差或以均匀方式沿井眼1定位的岩体2的层段之间的温差。4小时后停止向井眼1中注入冲洗流体，对温度传感器9所在的各个位置的温差值继续记录另外6小时，且测量间隔为1分钟。考虑到在冲洗流体注入之前井眼1中存在的空间温度变化，在对岩体2开始热激发之后由沿井眼1定位的不同对温度传感器9测量的差分电信号，与在岩体2热激发开始之后由位于井眼1中的不同对温度传感器9测量的差分(differential)电信号相互匹配，如此，除去在冲洗流体注入井眼1之前井眼1中温度空间变化的影响的沿井眼1的温度空间变化得以确定。此后，将在去除在冲洗流体注入开始之前井眼1中温度空间变化的影响之后获得的不同温度传感器9测量的差分电信号进行相互比较。在冲洗流体注入期间或在冲洗流体注入后，采用差分方法用一对温度传感器9测量的温差等于温差测量的噪声值，这意味着这些温度传感器9都位于具有相似的热性质的岩体2的层段，以及由此，岩石的油饱和度在测量的精度范围内相似。如果在冲洗流体注入期间或在冲洗流体注入后，采用差分方法用一对温度传感器9测量的温度差超过温差测量值的噪声值，这意味着这些温度传感器9位于岩体2的具有不同热性质的两个层段(来自层段4、5、6)内，由此，岩体2在这两个层段(来自层段4、5、6)的含油饱和度是不同的。通过比较温差测量值和温差符号(正或负)测定含油饱和度和识别具有大或小的含油饱和度的层段。根据比较结果识别具有不同热性质的岩体2的层段4、5、6，和限定具有不同的含油饱和度的层段4、5、6的边界。根据区分具有不同热性质的岩体2的层段4、5、6的结果，识别具有不同含油饱和度的岩体2的层段4、5、6。

作为实施工程解决方案的另外示例，提出了一种情况：当油管柱7的轴线或套管柱10的轴线相对于井眼1的轴线出现显著的、基于深度变化的随机偏移(后者将导致水泥环11的厚度发生变化)，或者油管柱7的轴线或套管柱10的轴线在深度范围3(其中具有不同热性质的层段4、5、6，层段4、5、6需要通过所要求保护的工程技术方案被区分开)内出现显著的偏心率时，区分岩体2的具有不同热性质的层段4、5、6。在上述两种情况下，在油管柱7的壁和井眼1的壁之间会发生显著的热阻的变化，这会导致在不同深度处记录的温度值和温差值中产生明显的噪声，结果，使得区分岩体2中的具有不同热性质的层段4、5、6的技术方案复杂化。

为降低在上述情形中的噪声，在区分具有不同热性质的层段4、5、6的情况下，在2000-2030m的深度范围内，除了先前的35个温度传感器9沿着油管柱7安装，且间隔为1m外，另外的温度传感器组包括35个温度传感器9，且这些传感器布置成相邻温度传感器之间的间隔为1m。为了能够获得油管柱7的轴线和套管柱10的轴线相对于井眼1的轴线的方位角偏转的相同可能性的信息，以及油管柱7和套管柱10的偏心率的可能信息，围绕油管柱和套管柱的轴线均匀布置的三组另外的温度传感器9沿着油管柱7的轴线安装，所有四组温度传感器9的定位线(每一组包括35个温度传感器9)沿着油管柱7的圆周均匀布置。提出的工程解决方案的实施方法与前面考虑的情形的不同之处在于：沿着沿井眼1设置的相互平行的4条直线同时测量差分电信号。对在井眼1中相似深度处的四对温度传感器9中的每一对获得的温差的测量结果进行平均。温差的平均值用于识别岩体2的具有不同热性质的层段4、5、6，如在之前提到的工程解决方案的情形。

Claims (28)

1.一种研究岩体性质的方法，包括以下步骤：

通过利用油管柱将冲洗流体泵送通过井眼对岩体或岩体的一部分进行热干扰，其中冲洗流体的温度不同于岩体的温度，选择该热干扰的程度以保证差分电信号和井眼热噪声电信号达到要求的比率；

在热干扰之前、期间和之后，连续地或周期性地以预先选择的持续时间间隔，记录与井眼温差成比例的差分电信号，其中，根据井眼中热噪声的性质和需要确定的岩体性质的可能的偏差程度确定所述持续时间间隔，其中，利用至少一对沿着井眼轴线方向设置的温度传感器进行记录，以便使得温度传感器位置的深度范围覆盖所关心岩体的区域，根据对具有不同性质的岩体油层的边界位置所要求的测量精度、被区分的岩体区域的最小和最大可能长度、以及井眼中热噪声的性质和程度，预先选择成对的温度传感器之间的距离和成对温度传感器的对数；

将在热干扰之前由成对温度传感器测量的差分电信号与热干扰期间由同样的成对温度传感器测量的差分电信号、和由沿着井眼轴线设置的不同传感器对测量的差分电信号进行比较；

根据差分电信号的比较结果表征具有不同性质的各种岩体区域的差异；和

识别具有不同热性质的岩体区域之间的边界。

2.如权利要求1的方法，其中在热干扰之前、在热干扰期间和取消热干扰之后，测量沿着井眼在所关心的深度范围内的流体温度或井眼的所关心的深度范围内的单独部分中的流体温度，并且，通过得到的数据来确定在热干扰期间以及热干扰之后岩体松弛的过程中的温度恢复期间的温度变化的性质，基于获得的数据确定差分电信号测量的开始时间、间隔和结束时间，以及做出结束热干扰的决定。

3.如权利要求1的方法，其中岩体热干扰或它的单独部分的热干扰是以每一个热干扰的预设持续时间周期性地执行，以及在预设持续时间之间暂停，以及同时测量所关心的差分电信号的振幅、相对于岩体或岩体的单独部分的热干扰的该差分电信号的相移、岩体温度的振幅以及岩体温度变化的相移。

4.如权利要求1的方法，其中按照谐波定律以预设频率和强度执行对岩体或岩体的一部分的热干扰，同时测量所关心的差分电信号的振荡幅度、所关心的差分电信号相对于该岩体或岩体的一部分的热干扰的相移、岩体温度变化的幅度、和岩体温度变化的相移。

5.如权利要求1的方法，其中通过使得冲洗流体在油管柱内循环且周期性改变冲洗流体的运动方向实施对岩体或岩体的一部分周期性的热干扰，其中，油管柱的下端定位在所关心的岩体区域的下方，使得冲洗流体温度相对于所关心岩体温度的周期性的变化发生在所关心的岩体区域内，其中，循环冲洗流体方向改变的间隔、循环冲洗流体的流速、和油管柱的下端在井眼中的位置根据井眼温度梯度来设定以提供充分的差分电信号的幅度。

6.如权利要求1的方法，其中温度传感器位于油管柱处，且对温度传感器所位于的油管柱部分的直径和材料进行选择以提供：最大的差分电信号、在油管柱与套管柱壁或井眼壁之间的间隙中的流体对流运动对在岩体或岩体的单独部分的热干扰期间或在热干扰结束后在油管柱与套管柱壁或井眼壁之间的间隙中产生的热噪声的最小影响、以及具有不同性质的岩体层段之间的温度边界模糊最小值。

7.如权利要求1的方法，其中根据作为时间的函数的井眼热噪声和根据在差分电信号测量时存在的井眼热噪声值，对岩体或岩体的单独部分的热干扰的持续时间和强度以及在热干扰期间差分电信号测量的时间进行选择，以获得差分电信号对井眼热噪声的最大比率。

8.如权利要求1的方法，其中根据测量差分电信号之前出现的井眼热噪声的性质和值，对岩体或岩体的单独部分的热干扰的持续时间和强度以及在热干扰期间差分电信号测量的时间进行选择，使得在具有不同性质的岩体区域之间的层段处的差分电信号的空间测量定位于沿井眼的最短距离范围内。

9.如权利要求1的方法，其中在岩体或岩体的一部分热干扰期间和热干扰终止之后，确定作为时间的函数的差分电信号改变的性质、差分电信号的最大值、和达到差分电信号的最大值的时间，以及根据这些数值确定冲洗流体穿透区域的深度和岩体或岩体的单独部分的含油饱和度。

10.如权利要求1的方法，其中至少一次执行对岩体或岩体的一部分的重复热干扰，且每次重复的热干扰的持续时间与前次热干扰的持续时间不同，在每次重复热干扰后测量差分电信号，且每次在热干扰期间和终止热干扰时确定差分电信号最大值和差分电信号达到最大值出现的时间，然后，根据在对岩体或岩体的一部分进行热干扰的所有循环中得到的该组数据，确定冲洗流体穿透区域的深度和岩体或岩体的单独部分的含油饱和度。

11.如权利要求10的方法，其中在每次重复热干扰期间，泵入井眼中的冲洗流体的体积与前面热干扰所泵入的体积不同。

12.如权利要求1的方法，其中在井眼中出现套管柱与岩体被水泥环分隔的情况下，当差分电信号与由于水泥环的厚度改变和油管柱和套管柱与井眼轴线的偏移导致的井中热噪声的比率最大时，记录差分电信号。

13.如权利要求1的方法，其中还确定岩体沿着井眼的不同部分的孔隙率，之后根据差分电信号的最大值、差分电信号最大的获得时间和孔隙率这些测量结果确定冲洗流体穿透区域的深度和岩体或岩体的单独部分的含油饱和度。

14.如权利要求1的方法，其中在岩体或岩体的单独部分热干扰期间和热干扰完成之后，在油管柱和位于距离油管柱不同距离处的井眼壁之间的间隙中的区域中，还测量与温差成比例的差分电信号，且根据测量结果确定热噪声值和性质，在差分电信号处理和后来的确定岩体性质期间考虑该热噪声值和性质。

15.如权利要求1的方法，其中在热干扰开始之前，至少一个温度传感器沿井眼移位，且然后在热干扰期间至少执行一次至少一个温度传感器沿井眼移位；利用至少一个沿着井眼移位的温度传感器记录沿着井眼的温度分布，其中，热干扰开始之后，选择温度传感器移位的速度和温度分布图记录时间的时刻，以提供最佳可用信/噪比。

16.如权利要求1的方法，其中在对岩体或岩体的单独部分热干扰之前还测量沿井眼多个层段处的温度，然后在热干扰期间测量沿井眼的多个层段处的温度，其中，每次选择沿着井眼的层段的数量以提供确定具有不同性质的岩体层段之间的边界的要求精度，选择沿着井眼进行温度测量的时刻以提供最佳的可用信/噪比，以及根据测量结果，确定沿着井眼的表征岩体性质的温度分布，和利用该温度分布确定具有不同性质的岩体层段。

17.如权利要求1的方法，其中沿着沿井眼定向的以及彼此平行并且平行于主要的测量线的一条或多条直线另外测量差分电信号，其中，直线的数量和围绕着井眼轴线的这些直线之间的角度根据具有潜在的不同性质的岩体和井眼空间区域的位置来选择。

18.一种研究岩体性质的设备，包括：

保证冲洗流体注入井眼中以通过使得流体在井眼中循环对岩体或岩体的一部分执行热干扰的单元；

沿着井眼轴线设置的温度传感器；

至少一个差分温度测量传感器对，用于获得表征沿着井眼的两点处的温差的差分电信号；

产生用于至少一个差分温度测量传感器对的差分电信号和接收与井眼中至少一对点的温差成比例的差分电信号的单元，所述差分温度测量传感器对中的差分温度测量传感器之间的距离以及差分温度测量传感器对的数量根据确定具有不同性质的岩体层段的边界位置的要求精度、区分岩体区域的最小和最大可能长度以及井眼中的热噪声的性质和程度进行选择；

调整注入冲洗流体时间的单元；

记录单元，保证同时记录来自差分温度测量传感器的所有差分电信号；和

用来比较和处理在同一时刻测量的差分电信号的单元，其确保根据比较结果和对差分电信号的处理来区分具有不同性质的岩体区域。

19.如权利要求18的设备，还包括

使得岩体或岩体的单独部分周期性热干扰的单元，其为每一个热干扰设定一个持续时间以及设定在热干扰之间的停止，或

根据谐波定律以预设频率和强度提供热干扰的单元。

20.如权利要求18的设备，还包括：

测量所关心的差分电信号的振荡幅度的单元；

测量所关心的差分电信号的振荡幅度的相移的单元；以及

测量岩体温度振荡相对于岩体或岩体的一部分的热干扰的相移的单元。

21.如权利要求18中的设备，还包括：

实施对岩体或岩体的一部分周期性的热干扰的单元，其通过使得冲洗流体在油管柱内循环且周期性改变冲洗流体的运动方向，使得冲洗流体温度相对于所关心岩体温度的周期性的变化发生；

根据井中的温度梯度设置循环冲洗流体方向改变的间隔，循环冲洗流体的流速、和油管柱下端在井眼中的位置的单元；以及

通过来自温度传感器的信号和沿井眼的温度传感器之间的距离计算温度梯度的单元。

22.如权利要求18中的设备，还包括：

与温度传感器连接、用来记录井眼热噪声、且对井眼热噪声进行幅频分析的单元，和

用于匹配和处理差分电信号的单元，用于从所关心的差分电信号中去除具有相似频率的热噪声。

23.如权利要求18中的设备，还包括：

在油管柱与套管柱壁或井眼壁之间的间隙中、位于与用于记录沿井眼的差分电信号的差分温度测量传感器相同井眼水平的附加温度传感器；

测量位于相似的井眼深度的所有附加温度传感器之间的差分电信号的单元；

用以对在所有附加温度传感器之间测量的差分电信号进行幅频分析、以及对在油管柱与套管柱壁或井眼壁之间的空间中存在的热噪声进行最终区分的单元；和

用于记录被区分的热噪声以及从由沿井眼定位的差分温度测量传感器对记录的差分电信号中消除被区分的热噪声的单元。

24.如权利要求18中的设备，还包括：

沿着井眼设置用于测量差分电信号的至少一组附加温度传感器，所述至少一组附加温度传感器中的温度传感器被定位成平行于定位用于差分电信号测量的差分温度测量传感器所沿的直线并沿着沿井眼定位且彼此平行定位的一根或多根直线；所述至少一组附加温度传感器的数量和围着井眼轴线定位的所述至少一组附加温度传感器中的温度传感器所沿的直线之间的角度根据具有潜在的不同性质的岩体和井眼空间区域的位置来选择。

25.如权利要求18中的设备，还包括：

附加温度传感器，其信号用于测量表征从油管柱到井眼壁的径向方向上的井眼温度变化的差分电信号，其中，这些附加温度传感器沿着一根或多根直线定位在油管柱处，所述一根或多根直线沿井眼定向且定位成彼此平行以及平行于差分温度测量传感器的定位轴线，沿着所述一根或多根直线测量所述差分电信号，其中，直线的数量和围绕着井眼轴线的这些直线之间的角度根据围绕井眼轴线具有潜在的不同性质的岩体和井眼空间区域的位置来选择。

26.如权利要求18中的设备，还包括：

沿井眼移动至少一个温度传感器和差分温差测量传感器的单元；

设定温度传感器和差分温度测量传感器沿着井眼移动的速度的单元；

对于每个温度和温差信号记录时间，将每个温度传感器和每个差分温度测量传感器与深度相联系的单元；和

使得温度传感器和差分温度测量传感器沿着井眼的移位周期性变化且在预设的时间处方向发生变化的单元。

27.如权利要求18中的设备，还包括：

沿井眼设置的多个附加温度传感器，选择附加温度传感器的数量以提供确定具有不同性质的岩体层段之间的边界的要求精度；以及

用于记录和处理来自附加温度传感器的信号的单元，该单元在预定的时刻用于附加传感器的温度测量，基于在开始对岩体或岩体的一部分热干扰之后的温度测量结果记录沿井眼的温度分布，和识别具有不同性质的岩体层段。

28.如权利要求18中的设备，还包括：在一个时间单元向井眼中注入需要体积的冲洗流体的单元。