CN1155817C - 传热测井方法 - Google Patents

Abstract

一种传热测井方法，包括以下步骤：(1)根据录井油气显示和电测井综合解释结果确定井中目标储层；(2)在井中用人工热源对目标储层施加热；(3)通过测量目标储层的上下井温，计算得到该目标储层的正常温度T₀，再实测该目标储层的实际温度T，通过公式ΔT＝T-T₀计算出温度异常ΔT；(4)测量目标储层的孔隙度；(5)根据地质统计资料，建立公式Q＝2.31×ΔT-0.62，并根据步骤(3)所得到的目标储层的温度异常值ΔT，计算目标储层的含油气量Q。用该方法预测油气产量和对油气层解释准确，可减少下套管井数，减少试油和压裂试油的工程量，提高经济效益。

Description

传热测井方法

技术领域

本发明涉及到油气勘探和开发井油气层解释及油气产量预测的传热测井方法。

背景技术

多年来，石油工业中广泛应用电测井、声波测井等解释油气层，这在石油工业中发挥了至关重要的作用。根据油气层具高电阻、高声波时差的特征解释出许多油气层，被勘探和开发实践所证实。但是随着油气勘探的不断深入，勘探目标越来越复杂，原有技术解释油气层有不适应性。松辽盆地古龙凹陷，由于油层储层物性差，多为低孔低渗储层，且泥质、钙质含量较高，油层电性标准较难确定，探井油气自然产量很低，需要对储层压裂改造才能获工业油气流。海拉尔盆地乌尔逊凹陷，由于油层为复杂储层，油层的电性特征、声波特征更难以确定。如相距只有2km的S3、S4井南屯组储层，S3井rt电阻率9-16Ωm，S4井rt电阻率15-24Ωm，录井、测井综合解释两井都是差油层，但是储层压裂后试油S3井日产油2.48吨，S4井却日产水4.6吨。目前压裂试油获工业油流成功率60％左右，说明油气层解释难度较大，准确的解释油气层需要新技术。

发明内容

本发明的目的是提供油气勘探开发中一种用传热测井解释油气层及预测油气产生的方法，使油气层解释更准确，提高压裂试油获工业油气流的成功率，从而提高油气勘探开发的经济效益。油气勘探开发中打一口井费用几百万元，压裂改造一层储层费用20多万元，因此运用该方法提高其成功率，有重要经济意义。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：这种传热测井方法包括下述步骤：

(1)根据录井油气显示和电测井综合解释结果确定井中目标储层；

(2)在井中用人工热源对目标储层施加热；

(3)通过测量目标储层的上下井温，计算得到该目标储层的正常温度T₀，再实测该目标储层的实际温度T，通过公式ΔT＝T-T₀计算出温度异常ΔT；

(4)测量目标储层的孔隙度；

(5)根据地质统计资料，建立公式Q＝2.31×ΔT-0.62，并根据步骤(3)所得到的目标储层的温度异常值ΔT，计算目标储层的含油气量Q。

石油和天然气与水和致密岩石相比具较低的热导率。例如，在一个大气压和20℃的条件下，石油、天然气、水和岩石的热导率大致分别为0.15w/m℃、0.063w/m℃、0.602w/m℃和2.0-3.0w/m℃。当多孔介质中存在流体时，某介质的热导率取决于流体的相对含量。例如，在一个大气压和32℃的条件下，孔隙度为19％的饱和气砂岩、饱和油砂岩、饱和水砂岩的热导率分别为0.9w/m℃、1.35w/m℃、2.75w/m℃。

油、气层与水层和干层之间存在如此大的热导率差异，对其加热，其温度变化是有规律的，利用该规律进行计算目标储层的含油气量，这就是本发明的出发点

在本发明中，所述的井中是指裸眼井中。

在本发明中，所述的井中是指套管井中。

在本发明中，所述的人工热源为电热源，即采用2000W的电热器作为电热源，在井中加热目标储层，使井温升高5-10℃。

在本发明中，所述的人工热源为炸药热源，即采用试油中的射孔弹，用射孔弹在井中加热目标储层，每米弹数为16-18个。

在本发明中，可以根据圆柱的热传导问题的井中的热量损失值等于地层中的热量增加值，建立传热方程，其传热方程为：

可以建立传热模型，用差分法求解热传导方程，其非稳态球面热传导方程为：

式中ρ为密度，C为比热，K为热导率，u为温度场函数u(r，t)，t为时间，r为球体半径，q为热源。

其非稳态柱体热传导方程为

式中r为柱体半径，y为柱体高度， $a=\frac{K}{\mathrm{\ρ}\×C},$ ρ为密度，C为比热，K为热导率，u为温度场函数，u(r，y，t)，t为时间。

在本发明中，为了在油气勘探和开发井油气层中方便、简捷预测出目标储层的含油气量，本发明的传热测井方法在计算目标储层的含油气量步骤中，所述传热方程简化为下述曲线方程：

Q＝2.31×ΔT-0.62

其中，Q为目标储层产油量，单位为吨/天，ΔT为温度异常值，是目标储层每隔1个小时的温度变化值。而孔隙度Φ在一般情况下变化不大。

在本发明中，该方法还包括下述步骤：

(6)根据所测的目标储层的孔隙度、温度异常值，采用公式S₀＝0.257×ΔT-6×Φ+0.826，Φ为孔隙度，求得该目标储层含油饱和度S₀的值。

附图说明

图1为传热测井仪示意图

图2为井中储层传热温度变化示意图

图3为点源球面热传导模型的油层与水层温度-时间曲线对比图

图4为柱源热传导模型的油层与水层温度-时间曲线对比图

图5为28号井传热测井图

图6为地层传热温度异常值与油产量关系图

图7为地层传热温度异常值与预测含油饱和度图

具体实施方式

在对储层加热过程中，发现油、气层处的井温与水层或干层处的温度相比增高的快，在加热过程后，油、气层处的井温与水层或干层处的温度相比降低的慢。井中储层传热温度随时间变化的曲线如图2所示。

建立传热模型，采用差分法求解热传导方程，进行正演分析，其分析结果，也是和上述规律相符合。

建立点热源球面热传导模型，假定在无限大均匀各向同性的介质中，放一点热源，如传热测井仪，根据传热原理可建立非稳态球体热传导方程：

式中ρ为密度，C为比热，K为热导率，u为温度场函数u(r，t)，t为时间，r为球体半径，q为热源。

应用差分法解这一方程得：

$u_{i,j}=a\×\frac{\mathrm{\Δt}}{{\mathrm{\Δr}}^2}(1+2/i)u_{j+1,j-1}+(1-2\×a\×\frac{\mathrm{\Δt}}{{\mathrm{\Δr}}^2}$

$-2\×a\×\frac{\mathrm{\Δt}}{\mathrm{\Δ}{r}^2}/i\×u_{i,j-1}+a\×\frac{\mathrm{\Δt}}{{\mathrm{\Δr}}^2}\×u_{i-1,j-1}$

i＝2，3……N，j＝0，1，2……N

$u_{i,j}=t_0-\underset{i=2}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{i}^2\×u_{i,j}+t_0$

u_i，0＝0

式中 $a=\frac{K}{\mathrm{\ρ}\·C},$ Δt—是时间采样间隔，Δr是半径采样间隔。

ρ_油＝0.85，λ_油＝0.13，C_油＝0.5

ρ_水＝1，λ_水＝0.58，C_水＝1

ρ_砂＝2.62 λ_砂＝4，C_砂＝0.19

ρ_油砂＝φρ_油+(1-φ)ρ_砂

c_油砂＝φC_油+(1-φ)C_砂

λ_油砂＝1/2(1/(φ/λ_油+(1-φ)/λ_砂)+λ_油(2×φ×λ_油+(3-2×φ)×λ_砂)/(3-φ)×λ_油+φ×λ_s

水砂的参数可同样得出。并且令q＝10，Δt＝60根据差分方程及上述参数(要进行统一量纲)计算。

根据传热原理建立非稳态球体热传导方程，并根据差分方程及公知的参数，计算出Φ＝16％的油砂，及Φ＝10％的水砂的点热源处的温度随时间的变化曲线，如图3所示，曲线(1)为Φ＝16％的油砂层的-温度时间曲线，曲线(2)为Φ＝10％的水砂层的温度-时间曲线，由图3可看出，加热2小时时，高孔隙度油砂较低孔隙度水砂温度要高得多，加热过程中，油砂温度增加得较快。2小时停止加热，可以看出之后油砂温度降低得慢。

也可以建立瞬时热源柱面热传导模型，假定在无限大均匀各同性的介质中，施加一瞬时柱热源，如用射孔弹加热，根据传热原理可建立非稳态柱体热传导方程：

式中r为柱体半径，y为柱体高度， $a=\frac{K}{\mathrm{\ρ}\·C},$ ρ为密度，C为比热，K为热导率，u为温度场函数，u(r，y，t)，t为时间。应用差分法解这一方程得：

u_i，j，k＝w₁u_{i，j+1，k-1}+(1-2×w₁-2×w₂-1/i×w₂)×u_i.j，k-1×w₁×ui，

_j-1.k-1+w₂×(1+1/i)×u_i+1，j.k-1+w₂u_i-1.j.k-1

j，i＝2，3……N，K＝0，1，2……N，

u_1，j.k；u_i.1.k及u_1.1，k可用趋势法求得。

式中 $W_1=\frac{K}{\mathrm{\ρc}}\×\frac{\mathrm{\Δt}}{{\mathrm{\Δy}}^2},$ $W_2=\frac{K}{\mathrm{\ρc}}\×\frac{\mathrm{\Δt}}{{\mathrm{\Δr}}^2}$

同点热源法求得上述参数一样。

根据传热原理可建立非稳态柱体热传导方程，并根据差分方程及公知的参数，计算出16％孔隙度的油砂及10％孔隙度的水砂柱体中心点处温度随时间变化曲线，如图4所示，曲线(1)为Φ＝16％油砂层的温度-时间曲线，曲线(2)为Φ＝10％水砂层的温度-时间曲线，由图4可看出，加热后1小时左右温度变化趋于稳定，高孔隙度油砂较低孔隙度水砂温度明显要大，在2.5倍左右。

根据正演分析可知，影响传热温度随时间变化的主要因素是流体性质和孔隙度。在流体性质及孔隙度已知的情况下，可以正演出温度随时间的变化的曲线，得知加热时油层温度较水层、干层温度增高得快，加热后油层温度较水层、干层温度降低得慢。反过来讲，在测得传热温度和地层孔隙度的情况下，可以反演出储层的流体性质，即储层含油气量。本发明正是利用这一规律提出了利用传热进行测井的方法。

根据本发明的方法，可以测得目标储层的传热温度变化和其孔隙度，这样根据传热方程可以反演出目标储层的流体性质，即储层含油气量。

实际上，对34口井进行传热测井，并实测每口井的目标储层的孔隙度，还实测每口井的产油量，其试验的结果见表1，并将地层传热温度异常值与油产量的关系制成图6。图6中，○表示工业油流井，△表示低产或微量油流井。表1和图6的所示结果也表明井中温度异常大则油产高这一规律。图6中工业油流井有20口，根据图6中的对应各个井的各坐标点的分布，可以得到一条地层传热温度异常值与油产量的曲线。用表1中的数据，考虑图6中的地层传热温度异常值与油产量的曲线得出：Q＝2.31×ΔT-0.62，其中，Q为目标储层产油量，单位为吨/天，ΔT为温度异常值，是目标储层的1个小时的温度异常值。利用该曲线方程，也就是利用温度异常大则油产量高这一规律，简便地预测出油的日产量。

建立传热模型，采用差分法求解热传导方程，进行正演分忻，还可以得到相同孔隙度的储层，传热温度异常大，则储层含油饱和度高；相同传热温度异常的储层，孔隙度大则含油饱和度低，因此可得出含油饱和度与温度异常值和孔隙度的关系式为S₀＝A×ΔT-B×Φ+C。其中，ΔT-储层1个小时时的温度异常值，Φ为孔隙度。根据正演分析，B值在4-8之间，取平均值6，则S₀＝A×ΔT-B×Φ+C。

根据对表1中的4号井、15号井的实测。4号井的饱和度为62％、传热温度异常值为2℃；15号井的饱和度为50％、传热度异常值为1.3℃，将两组数据分别代入上述式中，求得：

A＝0.257    C＝0.826

所以，S₀＝0.257×ΔT-6×Φ+0.826

采用本发明的传热测井方法，即可实测传热温度异常值ΔT，孔隙度值，根据该公式可以计算出目标储层的含油饱和度。

表1  传热井温异常值与产量统计表

序号	井号	层位	井段(m)	传热温度(C)	产油量(t/d)	孔隙度(％)
							1	金23	G42--48	2029--2083	2.7	5.8	18
2	太21	Y27，29	1643--1678	2.8	5.4	13
							3	杏71	F76，84	1525--1634	1.6	5.5	15
4	哈21	F42，43，44	2307--2340	2	4.01	12
							5	苏11	N45，46	1793--1805	2	4.8	15
6	古81	P49，50	1885--1906	2.3	3.83	14
							7	金81	F94	2079--2082	2	3.6	13
8	英14	G84--87	2231--2245	1.6	3.24	9
							9	古571	p55，62	1933--1985	1.1	2.37	14
10	葡314	FY30，33	1682--1763	1.4	2.08	9
							11	源24	Y104，105	1685--1691	0.9	2.02	15
12	双23	F1，3，4	778--807	0.9	1.9	14
							13	古54	P39，40	1947--1957	0.7	1.04	11
14	葡482	F59，60	1617--1621	1.3	1.16	13
							15	古933	F86，90，	2024--2221	1.3	2.3	11
16	古124	P26，27	1973--1976	2.3	0.52	13
							17	卫211	F20，21	1835--1855	2.1	0.12	17
18	树17	Y01	1883--1942	1.1	0.07	16
							19	古431	Y10	2045--2050	0.8	0.5	14
20	英44	G88，92	2195--2213	0.6	0.5	16
							21	古533	P84，85	1866--1876	0.7	0.9	15
22	葡313	F12，13	1623--1637	0.1	0.2	12
							23	古92	F95	1973--1976	0.4	0.7	14
24	古432	F52，53	2131--2147	0.1	0.13	18
							25	树26	F3，4	1681--1709	0	0.03	16
26	卫21	F44	1856--1858	0.1	0.018	10
							27	塔23	G13	1705--1708	0.2	0.34	13
28	卫23	F14	1800-1803	1.8	2.5	14
							29	古302	G63--65	2083--2096	2.4	3.5	13
30	芳26	F4，5	1812--1822	1.9	3.2	16
							31	树28	F3，4	1662--1746	1.2	1.08	15
32	大428	P11--18	1662--1692	1.8	3.9	10
							33	源101	F6，7	1468--1481	0.5	0	14
34	尚11	F8，9	1508--1518	1.3	2.73	15

将表1中实侧的井孔隙度值和传热温度异常值的关系制成图7，图7中○表示工业油流井，△表示低产或微量油流井，根据正演资料可从斜率4-8标出相同含油饱和度的斜线，图7中有三条分别为35％、55％、75％的含油饱和度的三条斜线。因此，在实测井孔隙度值和传热温度异常值的情况下，根据图7可以预测含油的饱和度。

本发明中，在井中用人工热源对地层施加热，可以有下述两种方法。

一种方法是在井中用炸药作热源对目标储层加热，然后用井温仪在不同的时间段分别测量该储层及其上下地层处的井中温度。

试油中的射孔弹可作为炸药热源，试油过程中的射孔就是对地层加热。在射孔后1小时、2小时等时间分别用井温仪测量井中温度可得到传热测井资料。本发明使用的射孔弹的类型和射孔弹的操作与目前的试油中的射孔弹是完全一致的。

另一方法是用温度计、电热源，隔热板等制造出如图1所示传热测井仪在井中对目标储层加热，测量加热过程中和加热过程后的井中温度随时间的变化。

其温度计62与井温仪中的温度计相同，2000W左右的电热器61可作为电热源。在井中加热过程中使井温升高5-10℃即可。该传热测井仪的两端装设有隔热板63，该传热测井仪通过导线连接电源、测量车64，该仪器是采用目前已有的井温测井仪加上电热源构成。使用时，该仪器置放在井中的目标储层的位置上，该仪器的直径和井的孔径基本相等，为了测量时上、下运行不受阻，该仪器的直径比井的孔径略小一些。

实施例

(1)确定井中目标储层

先根据录井油气显示情况和测井解释结果所确定的油层、差油层、可疑油层，来确定井中目标储层，一般所选测射孔的是目标储层，厚度为4-8m，以28号井为例，如图6、表1所示，在该28号井中确定在1800-1803m的井段，层位为F 14号的目标储层，层厚为3.0m。

(2)采用射孔弹对目标储层施加热

然后采用YD-102弹，以每米16孔的密度，清水，全压井射孔。

(3)测量井中温度的动态变化

在射孔后1小时、2小时等时间点重复测量井温。在本实施例中只是采用射孔后1小时测量该目标储层及其上下的井中温度，在28号井中用9503型井温仪，以每分钟60m的速度测量射孔段即目标储层及其上下的地层的井温，各井段与其对应的温度关系的曲线图见图10。

在不考虑射孔加热引起的井温度化情况下，将目标储层的上下井温直接连成斜线，见图5中的虚线，该虚线所对应目标储层处的温度即为正常井温T₀。实际测目标储层处的井温为T，则传热最大井温异常值为ΔT＝T-T₀，28号井的ΔT为1.8℃。

(4)实测目标储层的孔隙度

对该目标储层的孔隙度进行实测为14％。

(5)应用地质统计方法计算储层含油饱和度及预测油产量

根据公式S₀＝0.257×ΔT-6×Φ+0.826

其中，ΔT为1.8℃，Φ为14％。求得

该目标储层含油饱和度S₀为44％，

根据公式Q＝2.31×ΔT-0.62

其中，ΔT为1.8℃，求得该目标储层的油的日产量Q为3.53吨/天。在实际生产中，实测的日产量为2.5吨/天，与预测的日产量有差距。但作为该技术领域的普通技术人员是可以接受的，另一方面可以认为该井的油日产量有进一步提高的潜力。

本发明的传热测井方法是建立在电测井、声测井基础上的，其优点是探测半径大，可达几百cm，电测井、声测井探测半径一般在几十cm，传热测井方法预测油气产量和对油气层解释准确。应用该方法预测油气产量解释油气层，可减少下套管井数，可减少试油和压裂试油的工程量，大大提高经济效益，应用该方法能发现新的油气层，实现油气勘探新突破。

Claims (6)

1、一种传热测井方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

(1)根据录井油气显示和电测井综合解释结果确定井中目标储层；

(2)在井中用人工热源对目标储层施加热；

(3)通过测量目标储层的上下井温，计算得到该目标储层的正常温度T₀，再实测该目标储层的实际温度T，通过公式ΔT＝T-T₀计算出温度异常ΔT；

(4)测量目标储层的孔隙度；

(5)根据地质统计资料，建立公式Q＝2.31×ΔT-0.62，并根据步骤(3)所得到的目标储层的温度异常值ΔT，计算目标储层的含油气量Q。

2、根据权利要求1所述的传热测井方法，其特征在于：所述的井中是指裸眼井中。

3、根据权利要求1所述的传热测井方法，其特征在于：所述的井中是指套管井中。

4、根据权利要求2或3所述的传热测井方法，其特征在于：所述的人工热源为电热源，即采用2000W的电热器作为电热源，在井中加热目标储层，使井温升高5-10℃。

5、根据权利要求2或3所述的传热测井方法，其特征在于：所述的人工热源为炸药热源，即采用试油中的射孔弹，用射孔弹在井中加热目标储层过程中，每米弹数为16-18个。

6、根据权利要求1-3任一项所述的传热测井方法，其特征在于还包括如下步骤：

(6)根据所测的目标储层的孔隙度、温度异常值，采用公式S₀＝0.257×ΔT-6×Φ+0.826，Φ为孔隙度，求得该目标储层含油饱和度S₀的值。

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