综合地球物理测井在地热井开发中的应用

【摘 要】近年来西部地热资源开发过程中，为提高生产效率，广泛开展了无岩芯钻进，应用综合地球物理测井获取得地质信息，对于划分地质时代、含水层有效厚度，确定热储层段及封水部位，预测地下水矿化度和单井涌水量，提供与地热井相关参数等方面发挥了技术优势，确保了成井质量，取得了较好的地质效果。由此，综合测井已成为地热井开发中不可缺少的重要手段。

【关键词】地热；综合测井；应用

1 前言

作为绿色环保可再生资源，地下热水可用于供热、医疗洗浴、温室种植、养殖等方面，同时减少粉尘污染，净化大气环境方面亦有不容忽视的作用，因此地下热水的合理开发利用有着良好的经济、社会和环境效益。但在热水井的具体勘查施工中为提高效率，均采用了无岩芯钻进，如何利用综合地球物理测井，解决热储层段的划分及主要含水层段位置确定，获取不同层位的孔隙率，渗透率、含水率、岩石密度、井温等有关参数，最终确定热水井的封水位置，估算成井后的水量及水温，已成为热水井能否开发利用的主要手段。

本文就青海省互助县DR2010地热井综合测井的解释分析，找出本区地热测井曲线的解释方法和原则，为互助地区地下热水的开发利用起到示范作用。

1.1 DR2010号地热井位置

DR2010号地热孔位于互助县威远镇小庄附近，构造上处于西宁盆地双树凹陷北部，属青海省互助县台子―双树地区地下热水资源调查评价项目，在互助县城一带圈定的地热勘察有利地段。

1.2 综合测井运用的方法和参数

为获取地热井综合地质参数，终孔后在裸眼井内开展了综合测井，其方法为：三侧向电阻率、自然电位、声波时差、天然伽玛、密度、井温、井径、井斜。

2 测井曲线的解释原则和方法

2.1 地层岩性和地层时代的划分

DR2010号地热井设计孔深2000米，其揭露的地层为第四系、第三系、白垩系、侏罗系，地层岩性为砂岩、泥岩类，呈互层结构，1910米以下为侵入岩，岩性为花岗岩。

地层岩性根据泥岩砂砾岩，天然伽玛幅值逐渐减小、三侧向电阻率幅值逐渐增大的特征结合其他曲线进行综合划分。

各地层时代由于特定沉积环境和岩相的不同，表现在物性反映上具有各自特征，并且测井曲线在不同地质时代分界面处一般均会形成较为明显的幅值差异。纵观本孔测井曲线第四系天然伽玛曲线、声波时差曲线幅值明显高于三系，在分界面处差异明显易于识别；第三系天然伽玛曲线起伏变化较大，呈参差不齐的大锯齿状，三侧向电阻率曲线在泥岩段反映平直，砂、砾岩层段幅值较高，反映明显，与下伏白垩系地层分界面处形成明显台阶；白垩系天然伽玛曲线变化介于第三系和侏罗系曲线之间，侏罗系地层天然伽玛曲线幅值变化不大，呈小锯齿状，三侧向电阻率曲线幅值较高且变化较大；花岗岩段曲线反映尤为明显，三侧向电阻率幅值高，声波时差曲线相对变低，易于区分，见图1.根据以上解释原则地层岩性和地层时代的划分成果

2.2 含水层的解释及划分依据

本区地下水赋存条件按地层时代可划分三种类型，1、第四系松散岩类孔隙水，赋存在砂砾石中，亚粘土为隔水层，属互层状结构的潜水。2、白垩系、侏罗系地层砂岩层间裂隙水，属互层状结构承压水。3、侵入岩风化壳孔隙及裂隙水。根据本区地下水赋存特点和地层的地球物理特征，综合测井主要解决的问题是含水地层的划分，也就是怎样通过测井曲线和物性特征来区分干燥砂层和含水砂层。

从本孔曲线特征反映来看，泥岩及砂质泥岩在三侧向电阻率曲线反映平直，视电阻率值18～30Ω・m之间变化，一般为20Ω・m；天然伽玛曲线幅值全孔最高，且起伏变化较大，呈大锯齿状，天然伽玛值变化区间80～100API；自然电位值约0mv，且呈一直线；声波时差曲线反映平直但幅值高，声波时差值达500us/m。因此利用上述不同参数可以判定完整岩层及裂隙不发育地段，确定渗透性差及相对隔水层。砂岩层段曲线反映出现两种情况，一是三侧向电阻率曲线反映较平直，视电阻率值30～80Ω・m，天然伽玛曲线幅值变化不大，自然伽玛值50～80API，自然电位值约-5～0mv，声波时差曲线反映平直但幅值较高，声波时差值约300us/m，说明该岩层较完整裂隙不发育，渗透性差，可视为不含水砂层。其次是三侧向电阻率曲线起伏变化较大，呈大锯齿状，视电阻率值80～120Ω・m，天然伽玛曲线幅值变化小，天然伽玛值30～50API，自然电位值约-20～30mv，声波时差曲线起伏变化剧烈呈锯齿状，声波时差值约400us/m，同时井径曲线变化明显，说明该岩层较破碎裂隙发育，渗透性好，可判定为含水砂层。在该孔综合测井中，因选取多参数测量，得到了优势互补，克服了单一方法的局限性和不同岩性的测井响应。各岩层曲线反映及物性特征

3 地质成果

3.1 封水段的确定

为确保成井质量封水段位置的确定必须考虑两点，一是成井后满足单井出水量和地下水温，二是封水段应该选择在大厚度隔水的泥岩或砂质泥岩。

结合本孔设计出水水温45℃，水量40M2/小时的要求，综合井内温度和有效含水层厚度，实测1073米处地温为51℃，其上部存在20多米厚的砂质泥岩。因此确定1073米处为封水段。

3.2 出水量及出水水温的估算

依据地温测井资料显示，封水段以下含水层平均地温为60℃，考虑到抽水时钢管的热耗，推测出水水温约50℃左右；含水层总厚度约400米，结合区域水文地质条件，按每米0.1M2/小时的经验值计算出单孔涌水量40M2/小时，可满足设计要求。经抽水试验结果表明，降深35.2米，实际出水量45M2/小时，井口出水水温51℃。

3.3 矿化度的估算

自然电位异常形态和视电阻率的高低与井液矿化度以及地层水的矿化度有直接关系。一般井液矿化度>地层水矿化度，自然电位呈正异常反映；井液矿化度=地层水矿化度，自然电位值趋于饱和且呈一直线；井液矿化度

本孔综合测井时井液矿化度测量值6.3 G/L，根据含水层砂岩自然电位负高反应，约-20～-30mv，视电阻率值较低，正常值一半的物性特征，估算成井后混合水矿化度大于10G/L。实际水质化验矿化度为11.35G/L。

4 结论

地热孔测井中，测井资料解释难点是判断地层是否含水，渗透性如何。这就要求利用多参数测井曲线及物性特征综合对比分析研究，依据各曲线在不同地层及地层是否含水所反映的形态和幅值差异，结合区域水文地质资料，详细划分地层结构、时代，判断其渗透性，提供地热孔施工相关技术参数：1、封井段的位置，2、估算出水量及水温，3、估算矿化度，4、全孔井径、井斜的技术数据。为地热资源的开发利用做出专业技术支持。

作者简介：

孙尚哲（1970年2月―），男，甘肃省榆中县人，工程师，1990年毕业于陕西煤炭工业学校地球物理测井专业，就职于甘肃煤田地质局145队，一直从事煤田测井工作，现任测井负责人。