溫度測井在復雜地層中的應用

馬富清

（新疆中核天山鈾業有限公司，新疆 伊犁835000）

在如今礦產資源稀缺的國際形式下，鈾礦作為國家戰略資源儲備的一個重要組成部分，更占有舉足輕重的地位。近些年來，隨著我國地浸采鈾技術日趨成熟，對可采、易采的砂巖型鈾礦床已進行了大規模開采，對于鈾礦資源并不豐富的我國來說，在復雜地層中開采難采、不可采的砂巖型鈾礦床仍是現今研究的主要方向。原地浸出工藝又稱地浸，是在不破環原地質地貌的情況下通過鉆孔用專用溶液溶解并提取金屬。溶浸液為地浸采鈾技術的重要組成部分，其在地層中運移的狀態及空間分布對金屬是否能有更高效的產出起著決定性的作用。利用溫度測井信息來還原溶浸液在復雜地層中實際工作狀態，是一種更直觀、更有效的方法。

1 溫度測井應用原理

熱測井檢查水泥固井質量原理是基于注入地浸工藝鉆孔塑料套管外圍空間的封孔水泥在凝固過程中釋放出熱量使井管內的溶液溫度升高，使井液出現比正常地下水溫梯度明顯增高的異常。熱測井就是利用這一效應來檢查固井質量和水泥面的封孔高度。地浸鉆孔成孔過程中外圍空間水泥固結釋放熱量，研究水泥固化單元縱向（井軸方向）的溫度梯度很小，可認為水泥固結釋放的熱量只沿徑向均勻通過熱傳導傳入周圍巖層和套管內的溶液；水泥同管內溶液建立熱平衡時，任意深度處管內溶液的溫度值為：

注：因為所有深度處套管吸收的熱相同，公式中忽略塑料管吸收的熱量不會影響討論結果。

從公式(1)可以得出：固結水泥同管內溶液建立熱平衡時（此時固結水泥的溫度同管內溶液的溫度相同，水泥固結繼續釋放熱量，但是熱量不再向管內溶液傳導而只傳導給周圍巖層），井管內某深度的溶液溫度高低取決于它吸收的熱量多少。它一方面取決于對應區段巖層的導熱性質，巖石熱阻率越大，熱量向巖層中傳遞受到的阻力越大，向井管內溶液傳遞的熱量相對增加。巖石熱阻率越小，向巖層中傳遞的熱量增多，而向井管內溶液傳遞的熱量相對減少。另一方面，套管外空間井徑的大小決定了某區段水泥量的多少，水泥量越多固結時釋放的熱量越多，所以井徑大的區段的井液吸收的熱量比井徑小的區段的井液吸收的熱量多。水泥固結釋放的熱量除了與水泥本身的熱物理性質生熱率（單位體積、單位時間內水泥固結所產生的熱量）有關以外，還與水泥固結的良好程度有關，水泥固結程度越好，釋放出的熱量越多，水泥固結質量越差，釋放出的熱量越少。這正是利用注入水泥固井一段時間固結水泥與井管中溶液熱交換平衡后的溫度測井曲線來判斷塑料管外空間是否有水泥存在、水泥是否固結和固結水泥柱的界面等管外水泥封孔質量的理論基礎。

2 溫度測井信息分析

凡是不同含水層液體發生混合，或者外界注入、抽出，存在地層的流體都會發生物理、化學反應，從而使井中各深度點原有地層溫度發生變化。視不同情況反應出的不同溫度測井信息，可以判斷出地層溫度產生異常的原因。在鉆進階段結束后，成孔時會向孔內注入水泥，水泥凝固過程將釋放出的大量熱量，使得地層中原有熱場狀態遭到破環。在溫度測井信息反應出的水泥固化程度形態中，套管外空間水泥固化較好的區段，管內溶液升溫幅度高，水泥固化不好的區段，管內溶液升溫幅度低，沒有水泥的區段，管內溶液的溫度將保持本底溫度不變。此外，鉆孔外空間井徑的變化也會影響管內溶液的升溫幅度，井徑大的區段由于注入的水泥量大而釋放出的熱量多，對應區段的管內溶液的升溫幅度相對較高；反之，管內溶液的升溫幅度相對低一些。不同巖性的熱阻率不同，也是影響溫度測井信息的因素之一。水泥凝固釋放出來的熱量向地層和套管內擴散，地層熱阻率越大，熱量就越難以向地層擴散，而套管內液體能吸收的熱量就越多；反之地層熱阻率越小，熱量向地層擴散的熱量就越多，套管內溫度就越低。

成孔溫度測井信息可以反應出水泥分隔效果。水泥固化是一個放熱過程，會引起鉆孔內液體溫度的上升，這從溫度測井曲線上也可以反應出來。圖1 中曲線是固井14 小時后所測的溫度曲線，圖中A 段為普通標號水泥，溫度較低，其中夾雜的B 段溫度較高是由電阻率較大的煤巖層引起的。C 段為高標號水泥，水泥混合比重較大，并添加的促凝劑增大了生熱量，固溫度高于A 段。D 段主要為水泥與泥漿的混合物，下界面為水泥分隔界面。當以泥漿泵低檔速進行注漿時，水泥將泥漿緩慢向上排擠，該處泥漿混合物相對較少，溫度曲線顯示急劇下降，若以高檔位則引起水泥與泥漿高速對流并混合大量沉砂，過度D 段溫度下降變緩慢，甚至下界面實際水泥分隔層位置難以分辨。D 段以下為工作層設計位置，溫度值回歸本底。圖中溫度曲線信息反應出水泥注漿效果較好，從下至上水泥分布均勻，未出現漏漿、斷漿現象，實際水泥分隔層與設計分隔層位置吻合，封孔效果較好。

圖1 采區某孔成孔溫度測井曲線

3 結論

水泥封孔溫度測井，能及時掌握水泥封孔位置的準確度、水泥封孔的封隔效果及水泥封孔的連續性，能夠反映出鉆孔有無躥漿、漏漿等情況的發生，能客觀評價鉆孔質量；通過人工熱場的建立，對檢測鉆孔注漿封隔效果、判斷過濾器段實際工作能力及溶浸液在地層中實際運移范圍等信息有著至關重要的作用。

但熱測井檢查水泥固井質量的缺點在于對水泥漿中混入泥沙的區段，由于水泥固結放出的熱量相對較小管內溶液的升溫幅度不高，溫度測井曲線對這些區段的反映不太明顯。所以，判斷混入泥沙水泥柱底部的下界面比較困難，有的區段雖然水泥固結已封死管外的空間，但是從溫度曲線溫度值的大小卻得出水泥固井不好的解釋結果。因此就需要依靠伽瑪- 伽瑪密度測井判斷管外空間的沉積類型，在實際應用中通常使用多種類型的探管綜合判斷鉆孔質量。

總之，溫度測井在較復雜地層中反應出的信息對地浸工藝中鉆孔質量檢查、溶液運移等方面有著重要的實用價值，作為最直接有效的方法之一，應當繼續深入學習和研究。