馬富清

（新疆中核天山鈾業(yè)有限公司，新疆 伊犁835000）

在如今礦產(chǎn)資源稀缺的國際形式下，鈾礦作為國家戰(zhàn)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(shù)日趨成熟，對可采、易采的砂巖型鈾礦床已進行了大規(guī)模開采，對于鈾礦資源并不豐富的我國來說，在復(fù)雜地層中開采難采、不可采的砂巖型鈾礦床仍是現(xiàn)今研究的主要方向。原地浸出工藝又稱地浸，是在不破環(huán)原地質(zhì)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(shù)的重要組成部分，其在地層中運移的狀態(tài)及空間分布對金屬是否能有更高效的產(chǎn)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(fù)雜地層中實際工作狀態(tài)，是一種更直觀、更有效的方法。

1 溫度測井應(yīng)用原理

熱測井檢查水泥固井質(zhì)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(nèi)的溶液溫度升高，使井液出現(xiàn)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(yīng)來檢查固井質(zhì)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(jié)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(jié)釋放的熱量只沿徑向均勻通過熱傳導(dǎo)傳入周圍巖層和套管內(nèi)的溶液；水泥同管內(nèi)溶液建立熱平衡時，任意深度處管內(nèi)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(jié)果。

從公式(1)可以得出：固結(jié)水泥同管內(nèi)溶液建立熱平衡時（此時固結(jié)水泥的溫度同管內(nèi)溶液的溫度相同，水泥固結(jié)繼續(xù)釋放熱量，但是熱量不再向管內(nèi)溶液傳導(dǎo)而只傳導(dǎo)給周圍巖層），井管內(nèi)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(yīng)區(qū)段巖層的導(dǎo)熱性質(zhì)，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(nèi)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(nèi)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(qū)段水泥量的多少，水泥量越多固結(jié)時釋放的熱量越多，所以井徑大的區(qū)段的井液吸收的熱量比井徑小的區(qū)段的井液吸收的熱量多。水泥固結(jié)釋放的熱量除了與水泥本身的熱物理性質(zhì)生熱率（單位體積、單位時間內(nèi)水泥固結(jié)所產(chǎn)生的熱量）有關(guān)以外，還與水泥固結(jié)的良好程度有關(guān)，水泥固結(jié)程度越好，釋放出的熱量越多，水泥固結(jié)質(zhì)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(jié)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(jié)和固結(jié)水泥柱的界面等管外水泥封孔質(zhì)量的理論基礎(chǔ)。

2 溫度測井信息分析

凡是不同含水層液體發(fā)生混合，或者外界注入、抽出，存在地層的流體都會發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)，從而使井中各深度點原有地層溫度發(fā)生變化。視不同情況反應(yīng)出的不同溫度測井信息，可以判斷出地層溫度產(chǎn)生異常的原因。在鉆進階段結(jié)束后，成孔時會向孔內(nèi)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(tài)遭到破環(huán)。在溫度測井信息反應(yīng)出的水泥固化程度形態(tài)中，套管外空間水泥固化較好的區(qū)段，管內(nèi)溶液升溫幅度高，水泥固化不好的區(qū)段，管內(nèi)溶液升溫幅度低，沒有水泥的區(qū)段，管內(nèi)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(nèi)溶液的升溫幅度，井徑大的區(qū)段由于注入的水泥量大而釋放出的熱量多，對應(yīng)區(qū)段的管內(nèi)溶液的升溫幅度相對較高；反之，管內(nèi)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(nèi)擴散，地層熱阻率越大，熱量就越難以向地層擴散，而套管內(nèi)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(nèi)溫度就越低。

成孔溫度測井信息可以反應(yīng)出水泥分隔效果。水泥固化是一個放熱過程，會引起鉆孔內(nèi)液體溫度的上升，這從溫度測井曲線上也可以反應(yīng)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(shè)計位置，溫度值回歸本底。圖中溫度曲線信息反應(yīng)出水泥注漿效果較好，從下至上水泥分布均勻，未出現(xiàn)漏漿、斷漿現(xiàn)象，實際水泥分隔層與設(shè)計分隔層位置吻合，封孔效果較好。

圖1 采區(qū)某孔成孔溫度測井曲線

3 結(jié)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(xù)性，能夠反映出鉆孔有無躥漿、漏漿等情況的發(fā)生，能客觀評價鉆孔質(zhì)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(guān)重要的作用。

但熱測井檢查水泥固井質(zhì)量的缺點在于對水泥漿中混入泥沙的區(qū)段，由于水泥固結(jié)放出的熱量相對較小管內(nèi)溶液的升溫幅度不高，溫度測井曲線對這些區(qū)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(qū)段雖然水泥固結(jié)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(jié)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(yīng)用中通常使用多種類型的探管綜合判斷鉆孔質(zhì)量。

總之，溫度測井在較復(fù)雜地層中反應(yīng)出的信息對地浸工藝中鉆孔質(zhì)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(yīng)當繼續(xù)深入學(xué)習和研究。