水文测井在地热开采0104井中的应用实例

2012-06-01

山西建筑 2012年22期

关键词：测井电阻率电位

(河北省地矿局第三水文工程地质大队，河北衡水 053000)

地热钻孔终孔后首先要进行3种～4种参数的常规测井(自然电位、视电阻率井温、井斜)，据此划分出渗透性地层，指导钻探地质，确定下套滤管的位置。本文就地热井中常用的自然电位测井、普通视电阻率测井、井温测井、井斜测井进行简单的论述。

1 地热开采井地质条件分析

1.1 0104井地理位置

0104地热开采井位于河北省地矿局第三工程地质大队院内。地理坐标为东经 115°41'19.3″，北纬 37°43'27.1″，直角坐标采用西安80坐标系:x4177697，y20384391。

1.2 构造

开采井所处大地构造单元位置处于中朝准地台(Ⅰ级)，华北断拗(Ⅱ级)，临清台陷(Ⅲ级)，新河断凸(Ⅳ级)东北端的斜坡地带。

1.3 地层

根据已有地热抽水井及区域资料的综合分析，确定该开采井钻遇地层自上而下为第四系平原组、上第三系明化镇组、馆陶组和下第三系沙河街组。

2 测井设备

1)本次测井采用的是重庆地质仪器厂生产的JGS-1B智能工程测井系统;2)水文测井中电测井采用的是1.9 m～0.2 m之间电极距的软电极系，利用电位差计的自动补偿原理间接测量电位差;3)井温测量采用的是W422井温流体电阻率探管，测量范围:－10℃ ～+100℃，感温时间:不大于1 s，精度误差:不大于0.2℃;4)井斜测井采用的是数字测斜探管，点测或连续测量数字输出，顶角范围:0°～70°，顶角精度:不大于 0.1°，方位角范围:0°～360°。测井设备性能稳定可靠，测井误差均小于0.2%，保证了解释的准确程度，对地热开采0104井进行了自然电位、视电阻率梯度、视电阻率电位1∶500的综合测井。

3 自然电位测井在地热井中的应用

自然电位法在水文地质中的应用，主要是求地层水矿化度及配合其他测井曲线划分岩性和渗透性地层及含水层，还可以确定地层水电阻率及估计泥质含量。

当我们沿钻孔施加一人工电场时，地下存在电性差异的各岩层即可产生不同的电动势差，利用，即可求出各岩层的视电阻率。其中，ρ为岩层的视电阻率;K为装置系数;I为供电电流;ΔU为电位差。

4 视电阻率测井在地热井中的应用

视电阻率测井量是一种以人工电场为场源，利用钻孔剖面上岩层与岩层之间是否存在较明显的电阻率差异为物性前提，用以划分钻孔地质剖面，确定岩层的岩性、深度和厚度，进行地层对比，见图1。研究和解决井下一些地质问题的一种地球物理方法。常见岩石的电阻率见表1。

图1 利用ρ曲线划分钻井剖面

5 井温测井在地热井中的应用

在地热勘察钻孔中，温度测井被用来研究地热分布及热储结构，正确地掌握各深度的井温和各含水层的水温是非常重要的，它直接关系着成井的质量和出水的温度，所以在地热井钻进过程中应多次连续测温，除了解地温梯度变化外，更应重视井孔中的所有含水层的温度，以便封堵低温含水层。本井使用的测温仪器为重庆地质仪器厂W422井温流体电阻率组合探头，采用的温度测量方法为连续测量，用来了解井温随深度的连续变化，水文测井中的井温测量绝大多数采用井段连续测量的方法，测量的井底温度为61.64 ℃。

表1 常见岩石的电阻率

所谓的地温梯度，即为某地的地温变化率，是深度每增加1 m的地温变化值，单位为℃/m。当井液温度与地层温度平衡时，温度测井的结果才反映地温的情况。一般认为停止井液循环15 d～20 d可以使井液温度与地层温度达到平衡，但目前在实际工作中(指静态井温测量)，是通过多次测量获得地温资料的，也可通过长期观测孔和水井测取地温资料。

根据区域有关地热地质资料，确定本区恒温带深度为20 m，恒温带温度15.4℃。

地温梯度主要依据本次测井及收集的地热井测温资料、地热井测温数据，采用下列公式计算求得:

其中，G为地温梯度，℃/100 m;T为井底水温，℃;T0为恒温带温度，℃;H为测温深度，m;H0为恒温带深度，m。

本次测井测得的井底温度为61.64℃，通过计算得出的地温梯度为2.6℃/100 m。

6 井斜测量在地热井中的应用

一般情况下，要求钻孔垂直于水准面，但由于钻机安装不正、施工操作不当、软硬岩层相间及岩层倾向等因素，往往会使钻孔发生弯曲和倾斜。为了保证水文孔的施工顺利和水泵的正常运行，不但需要终孔测斜资料，而且要经常测斜以指导钻进。

7 验证测井曲线在成井后的效果

1)本井于2010年6月6日开钻，于2010年7月26日竣工;钻凿深度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，合计下入井管1750.80 m/177 根。

2)利用视电阻率测井和自然电位测井对地层、时代进行了划分;井温测井深度1750.58 m，测量孔底温度61.64℃;井斜测量深度1750.00 m，分别测量钻孔倾角和方位角，钻孔倾角0.5°、方位角 25.9°。

3)本井利用上第三系馆陶组下部和下第三系沙河街组上部热储层，利用段1316.28 m ～1670.03 m，含水层 136.66 m/8 层。第四系和上第三系明化镇组、馆陶组上部共同构成本井利用热储的盖层。

4)抽水试验按三个落程进行，分别稳定时间为12 h，8 h，8 h。获得动水位49.15 m，静水位11.30 m，水位降深37.85 m，涌水量100.00 m3/h，单位涌水量2.642 m3/(h·m)，井口水温 59.0 ℃。矿化度8.612 g/L，为Cl-Na型低温地热资源之温热水，水质感官水清砂净，含砂量小于万分之二(体积比)。

5)本井的有效利用热资源量1.40×1010J/h。可开采热资源量1.812 ×1010J/h。

8 测井资料在0104地热开采井中解释

根据设计要求对河西地热开采井进行了自然电位、视电阻率梯度、视电阻率电位1∶500的综合测井。

依据测井资料，结合区域地质资料及钻探结果对河西地热开采井成井段1316.28 m～1670.03 m进行分析，地层解释确定为:

1205.86 m～1385.36 m为上三系馆陶组，主要岩性为灰白、灰色砂岩、含砾砂岩与棕红、紫红、灰绿泥岩、砂质泥岩不等厚互层，半固结～固结状。底界埋深1385.36 m，沉积厚度约179.5 m，与下伏地层不整合接触。含水层集中发育，含水层单层厚度最薄5.25 m，最厚69.08 m，砂厚比81.33%。纯泥岩地层的电阻率在2 Ω·m左右，砂岩的地层电阻率值普遍在15 Ω·m以上，砂岩主要以细砾岩为主，自然电位异常值在14 mV～30 mV左右。本热储分布广泛，区域稳定，是本区理想的热储层之一。

1385.86 m～1750.0 m为下第三系沙河街组，预计揭露层位为棕、暗紫、紫红、暗紫、灰绿、浅灰色砂质泥岩与紫红、棕红、浅褐、灰绿、浅灰、灰黄色砂岩等不等厚互层，半固结～固结状，属河湖相沉积。纯泥岩地层的电阻率在2 Ω·m左右，砂岩的地层电阻率值普遍在6 Ω·m～9 Ω·m左右，自然电位异常值在5 mV～7 mV左右。但综合自然电位曲线分析，虽然电阻率值有异常反应，但该砂层的渗透性较差，砂层的含水量和产水能力较差。