CN112268923B - 一种基于测井曲线获取地层热导率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于测井曲线获取地层热导率的方法，属于地层热导率计算领域。一种基于测井曲线获取地层热导率的方法，包括：1)获取自然伽马测井曲线、声波时差测井曲线和含水饱和度测井曲线；2)基于自然伽马测井曲线上的自然伽马值进行计算，得到泥岩含量和砂岩含量；其中，砂岩含量为1‑泥岩含量；基于泥岩含量和砂岩含量进行计算，得到地层固体骨架热导率；基于声波时差测井曲线上的值进行计算，得到地层孔隙度；3)基于地层固体骨架热导率、地层孔隙度和含水饱和度，利用通用的多孔介质热导率计算公式，计算得到地层热导率，进而得到地层热导率‑深度分布曲线。

Description

一种基于测井曲线获取地层热导率的方法

技术领域

本发明属于地层热导率计算领域，尤其是一种基于测井曲线获取地层热导率的方法。

背景技术

地层热导率反映地层的热传导能力，单位为W/(m.K)，其物理意义为单位温度梯度在单位时间内经单位地层导热面积所传递的热量。地层热导率是地源热泵、地热流体开采、油气田开发等地下工程的重要物性参数，决定着开采介质与地层之间的传热性能，与地下工程的设计、施工、运行等各个流程息息相关。然而，地层热导率与孔隙率、含水率、岩石组分等多个因素有关，且随深度波动明显，导致其准确获取较困难。

现有的地层热导率获取主要有两种方法：一种是基于钻孔取样实际测量，推算得全深度的热导率(如CN107727686B、CN105303043B)；另一种为通过测量埋管沿线的热响应，反向推算得出地层热导率(如CN106770439A、CN103884738A)。基于钻孔取样的方法，需要在实验室进行激光闪光法、移动点热源TCS法等测量得到热导率，但采集出试样的围压、含水率等已与其地下情况产生较大变化，导致测量结果不准确，且采样只能得到单一深度下的参数。基于埋管沿线热响应进行反算只能得到浅层地层的热导率，但实际地质情况比较复杂，10m之内就会出现地层性质的巨大差异，并且需要传感器测量埋管内各层稳态的流体温度，在中深层埋管中较难实施，很难获取中深层地层热导率。为了对实际地下工程的设备结构参数设计和介质选择提出指导意义，准确获取全深度的地层热导率是亟待发展的技术。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术无法获得中深层地层(1000m以下)热导率在深度上的分布缺点，提供一种基于测井曲线获取地层热导率的方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于测井曲线获取地层热导率的方法，包括以下步骤：

1)获取自然伽马测井曲线、声波时差测井曲线和含水饱和度测井曲线；

2)基于自然伽马测井曲线上的自然伽马值进行计算，得到泥岩含量和砂岩含量，进而得到泥岩含量-深度分布曲线和砂岩含量-深度分布曲线；其中，砂岩含量为1-泥岩含量；

基于泥岩含量和砂岩含量进行计算，得到地层固体骨架热导率，进而得到地层固体骨架热导率-深度分布曲线；

基于声波时差测井曲线上的值进行计算，得到地层孔隙度，进而得到地层孔隙度-深度分布曲线；

3)基于地层固体骨架热导率、地层孔隙度和含水饱和度，利用通用多孔介质热导率计算公式，计算得到地层热导率，进而得到地层热导率-深度分布曲线。

进一步的，步骤2)中，基于自然伽马测井曲线上的值进行计算，得到泥岩含量计算过程为：

式(1)中，GR为自然伽马值，GR_min为自然伽马值的最小值，GR_max为自然伽马值的最大值，I_GR为归一化后的伽马值；

式(2)中，V_sh为泥岩含量，GCUR为与地层年龄有关的值。

进一步的，步骤2)中基于泥岩含量和砂岩含量进行计算，得到的地层固体骨架热导率λ_m的计算过程为：

λ_m＝V_shλ_sh+V_saλ_sa (3)

式中，V_sh为泥岩含量，V_sa为砂岩含量，λ_sh、为泥岩的导热系数，λ_sa为砂岩的导热系数。

进一步的，步骤2)中基于声波时差测井曲线上的值进行计算，得到地层孔隙度的计算过程为：

式中，φ为地层孔隙度，Δt_p为由声波时差曲线获取的地层声波时差，Δt_ma、为固体骨架时差，Δt_sh为泥岩时差，Δt_f为流体时差。

进一步的，步骤3)的具体过程为：

λ₀＝λ_m(1-φ)+λ_wS_wφ (5)

式中，λ_m为地层固体骨架热导率，φ为地层孔隙度，λ_w、为水的导热系数，S_w为含水饱和度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的基于测井曲线获取地层热导率的方法，基于测井曲线计算出地层热导率在深度上的分布值，无需额外的实验测试，方便实施；测井曲线是利用声学特性、放射性等地球物理特性，测量地层物理参数的方法，本发明采用了自然伽马测井曲线、声波时差测井曲线、含水饱和度测井曲线分别获取泥岩含量、孔隙度、含水饱和度的全深度分布，再根据参数的换算关系得到地层固体骨架热导率和地层热导率；本发明能够获得中深层地层热导率的全深度分布，改善现有基于取样测试获得特定深度下热导率现状，给地下工程的传热性能准确分析提供重要参数，从而对设备结构参数设计和介质选择具有重要意义。

附图说明

图1为实施例的自然伽马、声波时差、含水饱和度测井曲线；

图2为实施例的IGR和泥岩含量随深度的分布图；

图3为实施例的地层导热系数随深度的分布图；

图4为采用本发明获取的热导率计算地埋管出口温度与实测值的对比图；

图5为采用本发明获取的热导率计算1500m深度处管外壁温度与实测值的对比图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

一种基于测井曲线获取地层热导率的方法，通过钻井完井后的测井参数计算出所有深度的地层热导率，无需额外的实验测试，方便实施。测井曲线是利用声学特性、放射性等地球物理特性，测量地层物理参数的方法，本发明采用了自然伽马测井曲线、声波时差测井曲线、含水饱和度测井曲线分别获取泥岩含量、孔隙度、含水饱和度的全深度分布，再根据参数的换算关系分别得到地层固体骨架热导率和地层热导率。

实施例

获取试验井的测井曲线，从中摘取出自然伽马测井曲线、声波时差测井曲线、含水饱和度测井曲线，得到图1，自然伽马测井曲线是测量地层中自然存在的放射性核素衰变放射出的γ射线强度随地层深度的变化曲线，可以用于划分岩性，计算泥岩含量，计算公式如下：

式(1)中，GR代表自然伽马值，I_GR为归一化后的值；

式(2)中，V_sh为泥岩含量，GCUR值与地层的年龄有关，本实施例中的试验井所在地层为新生界第四系，GCUR值取3.7，计算得到的泥岩含量如图2所示，图2有的两条曲线分别为I_GR-深度曲线、V_sh-深度曲线。

根据泥岩含量V_sh，利用泥岩和砂岩的导热系数求解地层固体骨架热导率λ_m：

λ_m＝V_shλ_sh+V_saλ_sa (3)

其中，λ_sh、为泥岩的导热系数，λ_sa为砂岩的导热系数。

根据附近地区的岩石取样数据，泥岩和砂岩的导热系数分别取为1.62W/(m.K)和2.52W/(m.K)。

根据声波时差曲线计算地层孔隙度，计算式如下：

式中，φ为地层孔隙度，Δt_p为由声波时差曲线读出的地层声波时差，Δt_ma、Δt_sh、Δt_f分别为固体骨架时差、泥岩时差和流体时差，根据附近地区的岩石取样数据，Δt_f＝189μs/ft,，Δt_ma＝49μs/ft,，Δt_sh＝100μs/ft。

参见图1，图1的中含水饱和度曲线，试验井地下800-1760m存在渗流，该段的含水饱和度为1，根据通用多孔介质热导率计算公式，计算得到地层热导率λ₀：

λ₀＝λ_m(1-φ)+λ_wS_wφ (5)

式中，λ_w为水的导热系数，本实施例中取值为0.6W/(m.K)，S_w为含水饱和度。

本实施例的地层导热系数分布如图3所示，图3中600米以内的缺少测井曲线，取的是地层导热系数的平均值。

采用上述方法得到的地层热导率，可以计算得出试验井处地埋管的出口温度和某一深度处管外壁温度随时间的变化，其计算值与实验值的对比分别如下图4、图5所示。由对比结果可知计算值与实测值误差较小，说明本发明获得地层热导率的方法准确性较高。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于测井曲线获取地层热导率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取自然伽马测井曲线、声波时差测井曲线和含水饱和度测井曲线；

2)基于自然伽马测井曲线上的自然伽马值进行计算，得到泥岩含量和砂岩含量，进而得到泥岩含量-深度分布曲线和砂岩含量-深度分布曲线；其中，砂岩含量为1-泥岩含量；

基于泥岩含量和砂岩含量进行计算，得到地层固体骨架热导率，进而得到地层固体骨架热导率-深度分布曲线；

基于声波时差测井曲线上的值进行计算，得到地层孔隙度，进而得到地层孔隙度-深度分布曲线；

步骤2)中，基于自然伽马测井曲线上的值进行计算，得到泥岩含量计算过程为：

式(1)中，GR为自然伽马值，GR_min为自然伽马值的最小值，GR_max为自然伽马值的最大值，I_GR为归一化后的伽马值；

式(2)中，V_sh为泥岩含量，GCUR为与地层年龄有关的值；

3)基于地层固体骨架热导率、地层孔隙度和含水饱和度，利用通用多孔介质热导率计算公式，计算得到地层热导率，进而得到地层热导率-深度分布曲线；

步骤3)的具体过程为：

λ₀＝λ_m(1-φ)+λ_wS_wφ (5)

式中，λ_m为地层固体骨架热导率，φ为地层孔隙度，λ_w、为水的导热系数，S_w为含水饱和度。

2.根据权利要求1所述的基于测井曲线获取地层热导率的方法，其特征在于，步骤2)中基于泥岩含量和砂岩含量进行计算，得到的地层固体骨架热导率λ_m的计算过程为：

λ_m＝V_shλ_sh+V_saλ_sa (3)

式中，V_sh为泥岩含量，V_sa为砂岩含量，λ_sh`为泥岩的导热系数，λ_sa为砂岩的导热系数。

3.根据权利要求1所述的基于测井曲线获取地层热导率的方法，其特征在于，步骤2)中基于声波时差测井曲线上的值进行计算，得到地层孔隙度的计算过程为：

式中，φ为地层孔隙度，Δt_p为由声波时差曲线获取的地层声波时差，Δt_ma`为固体骨架时差，Δt_sh为泥岩时差，Δt_f为流体时差。

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