水文測井在地熱開采0104井中的應用實例

(河北省地礦局第三水文工程地質大隊，河北衡水 053000)

地熱鉆孔終孔后首先要進行3種～4種參數的常規測井(自然電位、視電阻率井溫、井斜)，據此劃分出滲透性地層，指導鉆探地質，確定下套濾管的位置。本文就地熱井中常用的自然電位測井、普通視電阻率測井、井溫測井、井斜測井進行簡單的論述。

1 地熱開采井地質條件分析

1.1 0104井地理位置

0104地熱開采井位于河北省地礦局第三工程地質大隊院內。地理坐標為東經 115°41'19.3″，北緯 37°43'27.1″，直角坐標采用西安80坐標系:x4177697，y20384391。

1.2 構造

開采井所處大地構造單元位置處于中朝準地臺(Ⅰ級)，華北斷拗(Ⅱ級)，臨清臺陷(Ⅲ級)，新河斷凸(Ⅳ級)東北端的斜坡地帶。

1.3 地層

根據已有地熱抽水井及區域資料的綜合分析，確定該開采井鉆遇地層自上而下為第四系平原組、上第三系明化鎮組、館陶組和下第三系沙河街組。

2 測井設備

1)本次測井采用的是重慶地質儀器廠生產的JGS-1B智能工程測井系統;2)水文測井中電測井采用的是1.9 m～0.2 m之間電極距的軟電極系，利用電位差計的自動補償原理間接測量電位差;3)井溫測量采用的是W422井溫流體電阻率探管，測量范圍:－10℃ ～+100℃，感溫時間:不大于1 s，精度誤差:不大于0.2℃;4)井斜測井采用的是數字測斜探管，點測或連續測量數字輸出，頂角范圍:0°～70°，頂角精度:不大于 0.1°，方位角范圍:0°～360°。測井設備性能穩定可靠，測井誤差均小于0.2%，保證了解釋的準確程度，對地熱開采0104井進行了自然電位、視電阻率梯度、視電阻率電位1∶500的綜合測井。

3 自然電位測井在地熱井中的應用

自然電位法在水文地質中的應用，主要是求地層水礦化度及配合其他測井曲線劃分巖性和滲透性地層及含水層，還可以確定地層水電阻率及估計泥質含量。

當我們沿鉆孔施加一人工電場時，地下存在電性差異的各巖層即可產生不同的電動勢差，利用，即可求出各巖層的視電阻率。其中，ρ為巖層的視電阻率;K為裝置系數;I為供電電流;ΔU為電位差。

4 視電阻率測井在地熱井中的應用

視電阻率測井量是一種以人工電場為場源，利用鉆孔剖面上巖層與巖層之間是否存在較明顯的電阻率差異為物性前提，用以劃分鉆孔地質剖面，確定巖層的巖性、深度和厚度，進行地層對比，見圖1。研究和解決井下一些地質問題的一種地球物理方法。常見巖石的電阻率見表1。

圖1 利用ρ曲線劃分鉆井剖面

5 井溫測井在地熱井中的應用

在地熱勘察鉆孔中，溫度測井被用來研究地熱分布及熱儲結構，正確地掌握各深度的井溫和各含水層的水溫是非常重要的，它直接關系著成井的質量和出水的溫度，所以在地熱井鉆進過程中應多次連續測溫，除了解地溫梯度變化外，更應重視井孔中的所有含水層的溫度，以便封堵低溫含水層。本井使用的測溫儀器為重慶地質儀器廠W422井溫流體電阻率組合探頭，采用的溫度測量方法為連續測量，用來了解井溫隨深度的連續變化，水文測井中的井溫測量絕大多數采用井段連續測量的方法，測量的井底溫度為61.64 ℃。

表1 常見巖石的電阻率

所謂的地溫梯度，即為某地的地溫變化率，是深度每增加1 m的地溫變化值，單位為℃/m。當井液溫度與地層溫度平衡時，溫度測井的結果才反映地溫的情況。一般認為停止井液循環15 d～20 d可以使井液溫度與地層溫度達到平衡，但目前在實際工作中(指靜態井溫測量)，是通過多次測量獲得地溫資料的，也可通過長期觀測孔和水井測取地溫資料。

根據區域有關地熱地質資料，確定本區恒溫帶深度為20 m，恒溫帶溫度15.4℃。

地溫梯度主要依據本次測井及收集的地熱井測溫資料、地熱井測溫數據，采用下列公式計算求得:

其中，G為地溫梯度，℃/100 m;T為井底水溫，℃;T0為恒溫帶溫度，℃;H為測溫深度，m;H0為恒溫帶深度，m。

本次測井測得的井底溫度為61.64℃，通過計算得出的地溫梯度為2.6℃/100 m。

6 井斜測量在地熱井中的應用

一般情況下，要求鉆孔垂直于水準面，但由于鉆機安裝不正、施工操作不當、軟硬巖層相間及巖層傾向等因素，往往會使鉆孔發生彎曲和傾斜。為了保證水文孔的施工順利和水泵的正常運行，不但需要終孔測斜資料，而且要經常測斜以指導鉆進。

7 驗證測井曲線在成井后的效果

1)本井于2010年6月6日開鉆，于2010年7月26日竣工;鉆鑿深度1757.00 m，成井深度 1750.00 m;成井段 1316.28 m ～1670.03 m。下入 φ273×8.89 mm 石油套管 258.86 m/25根，φ177.8 ×8.05 mm 石油套管 1491.94 m/152 根，合計下入井管1750.80 m/177 根。

2)利用視電阻率測井和自然電位測井對地層、時代進行了劃分;井溫測井深度1750.58 m，測量孔底溫度61.64℃;井斜測量深度1750.00 m，分別測量鉆孔傾角和方位角，鉆孔傾角0.5°、方位角 25.9°。

3)本井利用上第三系館陶組下部和下第三系沙河街組上部熱儲層，利用段1316.28 m ～1670.03 m，含水層 136.66 m/8 層。第四系和上第三系明化鎮組、館陶組上部共同構成本井利用熱儲的蓋層。

4)抽水試驗按三個落程進行，分別穩定時間為12 h，8 h，8 h。獲得動水位49.15 m，靜水位11.30 m，水位降深37.85 m，涌水量100.00 m3/h，單位涌水量2.642 m3/(h·m)，井口水溫 59.0 ℃。礦化度8.612 g/L，為Cl-Na型低溫地熱資源之溫熱水，水質感官水清砂凈，含砂量小于萬分之二(體積比)。

5)本井的有效利用熱資源量1.40×1010J/h?？砷_采熱資源量1.812 ×1010J/h。

8 測井資料在0104地熱開采井中解釋

根據設計要求對河西地熱開采井進行了自然電位、視電阻率梯度、視電阻率電位1∶500的綜合測井。

依據測井資料，結合區域地質資料及鉆探結果對河西地熱開采井成井段1316.28 m～1670.03 m進行分析，地層解釋確定為:

1205.86 m～1385.36 m為上三系館陶組，主要巖性為灰白、灰色砂巖、含礫砂巖與棕紅、紫紅、灰綠泥巖、砂質泥巖不等厚互層，半固結～固結狀。底界埋深1385.36 m，沉積厚度約179.5 m，與下伏地層不整合接觸。含水層集中發育，含水層單層厚度最薄5.25 m，最厚69.08 m，砂厚比81.33%。純泥巖地層的電阻率在2 Ω·m左右，砂巖的地層電阻率值普遍在15 Ω·m以上，砂巖主要以細礫巖為主，自然電位異常值在14 mV～30 mV左右。本熱儲分布廣泛，區域穩定，是本區理想的熱儲層之一。

1385.86 m～1750.0 m為下第三系沙河街組，預計揭露層位為棕、暗紫、紫紅、暗紫、灰綠、淺灰色砂質泥巖與紫紅、棕紅、淺褐、灰綠、淺灰、灰黃色砂巖等不等厚互層，半固結～固結狀，屬河湖相沉積。純泥巖地層的電阻率在2 Ω·m左右，砂巖的地層電阻率值普遍在6 Ω·m～9 Ω·m左右，自然電位異常值在5 mV～7 mV左右。但綜合自然電位曲線分析，雖然電阻率值有異常反應，但該砂層的滲透性較差，砂層的含水量和產水能力較差。

9 結論與認識

隨著我國在地熱資源及其開發利用的腳步逐步加快，水文測井尤其是在地熱井中應用極其關鍵。0104地熱開采井終孔后，采用了電測井、井溫測井、井斜測井，準確無誤的確定了所需要利用熱水含水層的位置，為成井工藝中下濾水管提供了重要的科學依據。