存储式测井仪

① 井温测井

井温测井(或称温度测井、热测井)，是一种热学方法，它使用带有温度传感器的下井仪器测量井内温度(通常是井液温度)及其沿井轴或井周的空间分布，其方法及仪器比较简单，但仍是一种广泛应用的重要测井方法。

我国温度测井起步于1954年，在四川石油钻井中工作中首次应用。20世纪60年代，我国开始在煤矿和水文勘查钻井中使用温度测井方法，并逐步在各领域广泛应用。20世纪80年代初开始，地矿、石油、核工业、地震、中科院等部门有关单位研制生产了多种型号的数字井温仪，包括多点测温、连续测温、存储式测温以及连续井温梯度测量等类型。使用了铠装铂电阻、半导体或石英晶体等新型传感器，测量精度达±(0.01～0.1)℃。近年来，微差井温梯度测量和径向微差井温测量技术也在我国得到应用。

4.3.1 井温测井基本原理

地球内部具有强大热能，通过火山喷发、温泉涌出和岩石传导等途径向外散热。在地球表面常温层以下，地温随深度加大而增高。通常把地表常温层以下每向下加深100m所升高的温度称为地热增温率或地温梯度。对于一个局部地区，在正常条件下热场分布一般是稳定的，但其地温梯度值可能与平均地温梯度有差别，如我国华北平原约为1～2℃/hm，大庆油田可达5℃/hm。据实测，地球表层的平均地温梯度约为3℃/hm;海底的平均地温梯度为4～8℃/hm，大陆为0.9～5℃/hm。

如果在井内温度测量发现地温梯度或径向温度分布有明显的异常变化则可判断为井下发生异常情况。

为了反映井内温度分布，研制了多种类型的井温仪，但其测量原理是相同的。井温仪的传感器多采用热敏电阻组成的惠更斯电桥，把井内温度变化转换成电桥输出的电压变化送至地面进行记录。

图4.3.1是井温仪测量原理图，其井下部分是惠更斯测量电桥。其中R₂、R₄是电桥的两个固定臂，用温度系数β较低的康铜(β=5×10^－6)丝制成，其阻值为R₂=R₄=R₀;另外两个臂R₁=R₃=R₀+ΔR，R₁和R₃是电桥中的灵敏臂，是用高温度系数的铂金(β=3.89×10^－3)丝制成，铂金丝对温度变化十分敏感，只要温度稍有变化，其电阻值就随之变化。

图4.3.1 井温仪测量原理图

电桥测量时，首先在某一起始温度T₀下，使电桥M、N输出端没有输出，此时R₁=R₂=R₃=R₄=R₀，ΔR=0，这是电桥平衡状态。当井内温度变化时，由于固定臂的β小，则仍可认为R₂=R₄=R₀，而β大的灵敏臂的电阻R₁=R₃=R₀+ΔR，这样电桥失去平衡，在输出端M、N有电位差ΔU_MN输出，ΔU_MN的大小与温度的变化ΔT成正比，即:

地球物理测井教程

式中:c为仪器常数;I为供电电流。井内温度T为:

地球物理测井教程

上式中T₀、c可通过仪器校验求得，只要测出MN两点的电位差ΔU_MN，即可以记录到一条随井深变化的井温曲线。

根据上述原理，针对所需要解决的问题，可选用不同的井温仪。如梯度井温仪测量主要反映井内温度梯度变化情况;微差井温仪测量的是井轴上一定间距两点间温度变化情况，由于用较大比例记录，能较清楚地显示井内局部温度的变化。为了确保井温曲线质量，测井前必须进行仪器常数、起始温度和时间常数的标定工作，并且选择最佳测速进行测量。应当特别指出的是，温度测井要在所有测井中最先测量，以避免仪器和电缆运动破坏原始的热场分布。

根据热源不同，井温测井可以分为自然热场法和人工热场法。但是，在实际测温过程中测量的几乎全是人工热场，只有在井液与地层之间的温度已经达到稳定状态时测量，才有可能测量到自然热场。

4.3.2 井温测井的应用

实测井温测井曲线如图4.3.2所示，温度曲线用TEMP表示，温度随着井深的增大而增大。

井温测井广泛用于基础地学研究、油气开发、地热勘查、水文及矿井设计等各个领域。

1)在基础地学研究中，井温测井是获得深部地温梯度和计算热流值的主要手段。

2)在油气田开发中，井温测井被用来确定注水井中的吸水层位;利用天然气层被钻穿时气体膨胀的吸热效应寻找天然气层;确定套管外水泥返回高度，评价检查固井质量;评价酸化、裂化效果。

3)在地热勘查中，利用热水层的温度异常寻找热水层，并用来研究地热分布及热储结构。

4)在水文钻井中，温度测井被用来划分含水层位和分析补给关系。

5)在固体矿产中，它是某些固体矿产建井设计或安全措施所需地下温度数据的重要来源。

图4.3.2 井温测井曲线图