CN111663938A

CN111663938A - 一种高温钻井测温方法

Info

Publication number: CN111663938A
Application number: CN201910164841.9A
Authority: CN
Inventors: 张英; 冯建赟; 武清钊; 陈新军; 武晓玲; 孙自明
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Exploration and Production Research Institute
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Exploration and Production Research Institute
Priority date: 2019-03-05
Filing date: 2019-03-05
Publication date: 2020-09-15
Anticipated expiration: 2039-03-05
Also published as: CN111663938B

Abstract

本申请提供了高温钻井的测温方法包括：步骤1，向高温钻井钻孔的目标深度处注入常温流体，以驱替高温流体；步骤2，将测井仪器下放至目标深度处；步骤3，在测量温度位于预设温度阈值与测井仪器的耐温上限值之间时，将测井仪器从目标深度处取出，获取测量温度随时间的变化关系；步骤4，针对测量温度随时间的变化关系，采用外推法确定钻孔目标深度处的温度计算值；步骤5，确定该温度计算值为钻孔目标深度处的实际温度。通过本发明提供的测温方法，实现了对高温钻井钻孔温度和其它参数的同时快速和准确的测量，同时该方法工艺简单，成本较低并且工作周期较短。

Description

一种高温钻井测温方法

技术领域

本发明涉及地热和油气资源勘探开发领域，并且更具体地，涉及一种高温钻井深部温度的测量方法。

背景技术

随着地热和油气钻井钻达的深度越来越大，钻井过程中钻孔深部的温度也不断提高。如何快速、准确的测定钻孔深部温度，对于了解地球深部热状态，并确定进一步工作方向具有重要意义。

目前，地热井和油气井测井一般采用组合式测井仪器测量井下温度和系列参数。受限于测井仪器中的部分元器件所能耐受温度，一般常规仪器测量温度上限为175℃。一些掌握技术领先的公司，测量温度可以达到260℃，但成像测井系列测量温度上限仍然只有175℃。这样的测量范围，对常规油气钻井，基本可以满足需要，而对于高温地热井，尤其是未来针对干热岩资源的钻井，储层温度180 ℃起步，有可能达到300℃或更高的地层条件，则远远不能满足工作要求。为了应对高温井下测量条件，目前的研究思路主要是对测量仪器的关键部位进行保温，降低仪器关键部件的环境温度，使仪器达到正常工作的条件。这样的方法虽然也能解决部分高温地层测量问题，但会造成仪器改装造价高，以及由于仪器改装体积变大，对井筒的尺寸要求更大等情况发生。

目前有一些技术方法，专注于解决高温井下温度测量的问题。 CN201720497085.8公开了一种用于地热井的测温系统，该测温系统包括密闭的保温筒、设置在保温筒的内腔中的电路板、与保温筒固定连接的测温短节支架和设置在测温短节支架上的温度传感器，其中，温度传感器与电路板连接，该测温系统能很好地测量地热井的井筒的温度，尤其适用于高温地热井。 CN201510868370.1公开了一种超高温地热井存储式随钻测温仪器。该装置的测温短节本体上下两端均连接球形扶正器，测温短节本体外壁上开有导热测量槽、线路连接槽和隔热控制槽，导热测量槽内安装有热敏电阻传感器总成，隔热控制槽内安装有主控集成电路，主控集成电路外侧铠装，热敏电阻传感器总成包括热敏电阻传感器，热敏电阻传感器与信号放大电路相连接。该发明实现了能够在超高温、强研磨、高频振动条件下长时间正常准确测量，满足高温地热井安全钻完井、产能准确预测的要求。克服了现有随钻井筒温度测量仪器在超高温、强研磨、高频振动条件下无法长时间正常准确测量的不足。又如专利CN85108986提供了一种小型井的温度测量方法，利用一根细长的测量部件导管在井内延伸到被测区间中，区间长度可大于60m、深度大于600m、温度高于600℃。这些技术需要采用专门的仪器设备，只能测量温度，而且测温价格较高，工作周期较长。

因此，需要一种新型的测量高温钻井温度的方法，其能够克服上述问题，并且能够快速、准确地测量钻孔深部的温度。

发明内容

针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种高温钻井的测温方法，其通过用常温流体驱替高温流体，并使用常规测井仪器结合外推法计算出钻孔深部处的温度，实现了对高温钻井钻孔深部处的温度的快速和准确的测量。

本发明提供的高温钻井的测温方法包括：步骤1，向该高温钻井的目标深度处注入常温流体，以驱替该目标深度处的高温流体；步骤2，将测井仪器下放至该钻孔目标深度处；步骤3，在测量温度位于预设温度阈值与该测井仪器的耐温上限值之间时，将该测井仪器从钻孔该目标深度处取出，获取测量温度随时间的变化关系；步骤4，针对该测量温度随时间的变化关系，采用外推法确定钻孔的所述目标深度处的温度计算值；步骤5，确定该温度计算值为该目标深度处的实际温度。

在一个实施方式中，步骤4具体包括采用以下公式确定钻孔的所述目标深度处的温度计算值：

其中，n为测温结束时刻的测温次数，n为大于1的正整数；T为钻孔的所述目标深度处的温度计算值，℃；T_n和T_n-1分别为第n测量时刻和第n-1测量时刻的测量温度，℃；Δt_n和Δt_n-1分别为第n测量时刻和第n-1测量时刻距离该常温流体驱替结束时刻的时长，h；t为该常温流体的驱替时长，h。

在一个实施方式中，该方法还包括以下步骤：步骤6，重复步骤1-4，获取另外至少一个温度计算值；步骤7，根据至少一个温度计算值确定钻孔的目标深度处的实际温度。

在一个实施方式中，步骤7具体包括：将该至少一个温度计算值进行比较；确定在误差范围以内的连续多个温度计算值；确定该连续多个温度计算值的平均值为钻孔该目标深度处的实际温度。

在一个实施方式中，该连续多个温度计算值为连续至少2个温度计算值。

在一个实施方式中，该误差范围为10％以内。

在一个实施方式中，该误差范围为10℃以内。

在一个实施方式中，该预设温度阈值比该测井仪器的耐温上限值低20℃。

在一个实施方式中，该常温流体为常温清水。

在一个实施方式中，步骤1包括记录驱替该常温流体的开始时间和结束时间。

通过本发明提供的高温钻井钻孔的测温方法，能够克服现有技术中针对高温钻井钻孔测温中受限于常规测井仪器的耐温上限的问题，实现了对高温钻井钻孔温度及其他参数的同时快速和准确的测量，同时该方法工艺简单，成本较低并且工作周期较短。

上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了根据本发明实施例的高温钻井钻孔测温方法的示意性流程图；

图2显示了根据本发明实施例的确定钻孔目标深度处实际温度值的方法的示意性流程图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1示出了本发明提供的高温钻井钻孔的测温方法100的示意性流程图。如图1所示，该测温方法100包括以下步骤：

S110，向该高温钻井钻孔的目标深度处注入常温流体，以驱替钻孔的该目标深度处的高温流体；

S120，将测井仪器下放至该钻孔目标深度处；

S130，在测量温度位于预设温度阈值与该测井仪器的耐温上限值之间时，将该测井仪器从钻孔该目标深度处取出，获取测量温度随时间的变化关系；

S140，针对该测量温度随时间的变化关系，采用外推法确定钻孔的所述目标深度处的温度计算值；

S150，确定该温度计算值为目标深度处的实际温度。

优选地，为了保证实验结果的准确定，该方法100还可以包括如下的步骤：

S160，重复步骤S110-S140，获取另外的至少一个温度计算值；

S170，根据该至少一个温度计算值确定钻孔该目标深度处的实际温度。

概括来说，在本发明中，采用将常规测井仪器(耐温上限值为175℃左右) 下放至已以常温流体驱替的深度，待测井仪器测量的温度接近其耐温上限值时取出该测井仪器，获取该过程中测井仪器的测量温度随时间的变化关系，根据该变化关系采用外推法得出该深度处的温度计算值，该温度计算值就是该目标深度处的实际温度；然后经过多次重复实验，求取平均值，进而获得该钻孔深度处的实际温度值。

具体地，以下将结合具体步骤对本发明实施例进行详细地说明。

在S110中，向该高温钻井钻孔的目标深度处注入常温流体，以驱替钻孔的该目标深度处的高温流体。如前所述，由于高温钻井储层温度可以达到180℃，有可能达到300℃或更高，因此需要在实验开始的时候利用常温流体对高温钻井钻孔目标深度处进行高温流体驱替，使钻孔的内部环境满足常规测井仪器的工作需求。

在驱替过程中，需要记录下常温流体驱替的开始时间t_s和结束时间t_e，因而常温流体的驱替时长t(单位为h)可以由下式得出：

t＝t_e-t_s

同时，在用于驱替的常温流体的选择上，可以使用与目标地层深度处储层物质不发生反应的任意物质，本发明在此不作限定。优选地，该常温流体为常温清水，以最大程度地降低成本。

驱替过程结束后的t_e时刻进行S120，即将常规测井仪器下放至钻孔的目标深度处。应注意，该步骤S120优选地与驱替结束同时进行，即在驱替结束后的第一时间即下放该常规测井仪器，以便使实验误差最小化。

在该常规测井仪器对驱替后的钻孔目标深度进行测温的过程中，仪器的测量温度会随着该时间的增加而上升，需要在该过程中记录测量时间及其对应的测量温度。

在S130中，在测量温度位于预设温度阈值与该测井仪器的耐温上限值之间时，将该测井仪器从钻孔该目标深度处取出，获取测量温度随时间的变化关系。具体地，在该测量温度接近该测井仪器的耐温上限时，即其位于耐温上限值以下的某个区间内时，为保证该测井仪器的正常使用，需要在一起测量温度第一次超过该预设温度阈值时将测井仪器从该钻孔目标深度处取出，获得测量温度随时间的变化关系。

其中，该预设温度阈值可以再实验开始之前预先设置好，并监控该仪器的测量温度与该温度阈值的大小关系。优选地，该预设温度阈值小于该常规测井仪器的耐温上限值20℃。

实际上，在本发明实施例中，针对目标深度处的实际温度较高的情况，需要将常规测井仪器在目标深度处的温度接近仪器耐温极限时取出(此时预设温度阈值接近仪器耐温极限值)，这是为了更加准确地计算出超过测量温度极限温度的钻孔最终温度值；可选地，在目标深度处的实际温度较低的情况下，测量后期温度变化较小，则也可以将测井仪器提前取出(此时预设温度阈值远离仪器耐温极限值)。

可选地，实验人员可以定期记录测量时间及其对应的测量温度。优选地，可以每隔1个小时记录一次。

在S140中，针对在S130中获得测量温度随时间的变化关系，利用外推法获取钻孔的所述目标深度处的温度计算值。

在该变化关系中，一共进行了n次测量，n为大于1的正整数，确定最后一次测量的时刻为t_n，该时刻的仪器测量温度为T_n(单位为℃)，前一次的测量时刻为t_n-1，该时刻的仪器测量温度为T_n-1(单位为℃)。

在本发明的实施例中，第n次测量时刻，采用以下的公式确定钻孔的所述目标深度处，该钻孔的目标深度处的温度计算值T：

其中，Δt_n和Δt_n-1分别可以用以下公式确定：

Δt_n＝t_n-t_e

Δt_n-1＝t_n-1-t_e

在S150中，即确定上述计算出来的温度值T为目标深度处的实际温度。

考虑到在该实验过程中，需要多次进行计时和测温，计算得到的温度计算值 T受外界因素的影响较大，因此需要多次进行重复实验，即S160，重复步骤 S110-S140，获取至少一个温度计算值T。可选地，在重复实验过程中，常温流体驱替的时长可以相同也可以不同，本发明在此不做限定。

最后在S170中，在该至少一个温度计算值的基础上确定该钻孔目标深度处的实际温度值。具体地，如图2所示，S170可以包括如下子步骤：

S171，将在S160中获得的至少一个温度计算值进行比较；

S172，确定在误差范围以内的连续多个温度计算值；

S173，确定该连续多个温度计算值的平均值为钻孔该目标深度处的实际温度。

优选地，如果连续至少2个温度计算值位于误差范围内，则确定该连续2个温度计算值的平均值为钻孔目标深度处的实际温度值。

优选地，本实施例中的误差范围可以为10％以内。

更优选地，误差范围为10℃以内。

为验证该方法的可行性，申请人进行了温度变化模拟计算。在驱替时采用常温清水进行驱替。第一次测量，清水替换时间为10小时。仪器下入测量位置，第一次测量时间和温度如表1所示，最终在测得155℃温度下取出仪器，计算井下温度为276.7℃。

表1第一次测量时间温度及计算井下温度

井下时间(h)	测得温度(℃)	计算温度(℃)
			4	70	99.3
5	75	110.6
			6	80	121.6
7	85	132.4
			8	90	143.1
9	95	153.6
			10	100	164.1
11	105	174.5
			12	110	184.8
13	115	195.2
			14	120	205.4
15	125	215.7
			16	130	225.9
17	135	236.1
			18	140	246.3
19	145	256.4
			20	150	266.6
21	155	276.7

第二次测量时间和温度如表2所示，最终在测得154℃温度下取出仪器，计算井下温度为271.0℃。

表2第二次测量时间温度及计算井下温度

第三次测量时间和温度如表3所示，最终在测得154℃温度下取出仪器，计算井下温度为273.7℃。

表3第三次测量时间温度及计算井下温度

三次测量结果相差不超过10℃，取其平均值273.8℃作为最终井下温度值。

通过本发明提供的高温钻井钻孔的测温方法，能够克服现有技术中针对高温钻井钻孔测温中受限于常规测井仪器的耐温上限的问题，实现了对高温钻井钻孔温度的快速和准确的测量，同时该方法工艺简单，成本较低并且工作周期较短。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、 “前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims

1.一种高温钻井钻孔的测温方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1，向所述高温钻井钻孔的目标深度处注入常温流体，以驱替所述目标深度处的高温流体；

步骤2，将测井仪器下放至钻孔的所述目标深度处；

步骤3，在测量温度位于预设温度阈值与所述测井仪器的耐温上限值之间时，将所述测井仪器从钻孔的所述目标深度处取出，获取测量温度随时间的变化关系；

步骤4，针对所述测量温度随时间的变化关系，采用外推法确定钻孔的所述目标深度处的温度计算值；

步骤5、确定所述温度计算值为所述目标深度处的实际温度。

2.根据权利要求1所述的测温方法，其特征在于，步骤4具体包括采用以下公式确定钻孔的所述目标深度处的温度计算值：

其中，n为测温结束时刻的测温次数，n为大于1的正整数；T为钻孔的所述目标深度处的温度计算值，℃；T_n和T_n-1分别为第n测量时刻和第n-1测量时刻的测量温度，℃；Δt_n和Δt_n-1分别为第n测量时刻和第n-1测量时刻距离所述常温流体驱替结束时刻的时长，h；t为所述常温流体的驱替时长，h。

3.根据权利要求1所述的测温方法，其特征在于，所述方法还包括：

步骤6，重复步骤1-4，获取另外至少一个温度计算值；

步骤7，根据所述至少一个温度计算值确定钻孔的所述目标深度处的实际温度。

4.根据权利要求3所述的测温方法，其特征在于，步骤7具体包括：

将所述至少一个温度计算值进行比较；

确定在误差范围以内的连续多个温度计算值；

确定所述连续多个温度计算值的平均值为钻孔的所述目标深度处的实际温度。

5.根据权利要求4所述的测温方法，其特征在于，所述连续多个温度计算值为连续至少2个温度计算值。

6.根据权利要求4所述的测温方法，其特征在于，所述误差范围为10％以内。

7.根据权利要求4所述的测温方法，其特征在于，所述误差范围为10℃以内。

8.根据权利要求1所述的测温方法，其特征在于，所述预设温度阈值比所述测井仪器的耐温上限值低20℃。

9.根据权利要求1所述的测温方法，其特征在于，所述常温流体为常温清水。

10.根据权利要求1所述的测温方法，其特征在于，步骤1还包括记录驱替所述常温流体的开始时间和结束时间。