本发明涉及一种利用地层温度监测来获得吸水剖面的基于温度监测的注水井吸水剖面测试装置及方法。
背景技术：
注水井吸水剖面反映着地层的吸水能力,通过吸水剖面了解注入水的纵向分布,预测和控制水线推进,监视油层的吸水,进行剩余油分布分析等。科学的分析应用吸水剖面资料是了解油藏地下变化,进行油田开发分析的主要手段,是指导油田开发、进行方案部署的一个重要环节。常规的研究分层能力的方法是通过测试手段获得的。在采集资料时由于受产量、工艺条件、井况及其它因素的影响,部分井剖面无法获取。据统计,某油田每年约有40％以上的新投转注井受各种因素影响无法及时获取有效的剖面资料。如此,给油藏工作者的进一步分析带来诸多不便及困难。
目前，一般用同位素吸水剖面测井，所用的131B同位素微球，耐温70℃，耐压45MPa，注水段越向下，随着注入量的递减，地层温度逐渐上升，超过70℃的井段常常出现。有的井注水压力高，注水井段压力达60MPa以上，因此，同位素溶解后进人地层,使得同位素吸水剖面不能正确反映地层的真正吸水能力。另外,还有同位素污染的存在,究竟以什么为根据扣除污染,也是解释中经常碰到的问题。在同位素吸水剖面的定量解释中这些疑难问题始终未能解决。
与CN201410770185专利不同的是，该装置连接了电线连接线，由发电机提供动力，并且车轮与径向夹角不需要成锐角；与CN201420014944专利不同的是，该装置与弹簧连接了压力传感器，监测其压缩的状态；与CN201621162561专利不同的是，上、下伽马探头只是起到监测，并且温度探头的感温器件就用普通的铂；与CN201620848953不同的是，其杆装结构的收缩由电磁装置传输到开关来控制，动力由电机传输；与CN201310147650专利不同的是，只有三个传输过程，并且电磁阀是传输到开关，由其控制杆部结构的运动；与CN201610772663不同的是，其中只是运用其旋转结构，该结构回旋部安装在车轮的车轴部分，只是让车轮起到旋转作用。
本发明通过测试地层温度变化差来获得吸水剖面，已经达到对注水井吸水剖面的测试。本发明装置在使用时，需要通过电缆传输电力，使车轮进行移动，测出井筒内的温度，以便于获得地层温度与深度关系图。
经文献调研，在利用温度监测来确定吸水剖面装置及方法相关的思路、产品、工艺设计方法和理论基础研究的报道。
技术实现要素：
本发明的目的是：为了使注水井吸水剖面准确和完善，利用注入水的注入使地层温度呈不同程度地降低，然后绘制出温度深度曲线，通过曲线的突变获得吸水剖面，特提供一种基于温度监测的注水井吸水剖面测试装置及方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于温度监测的注水井吸水剖面测试装置，由发电系统、动力系统、流体自动阻隔系统、装置内固定系统和温度监测系统组成，其特征在于：所述温度监测系统安装在装置顶端，由上可转接头、温度探头、上伽玛探头、下伽玛探头构成，上可转接头，连接绳帽头或者油管进行测试，直井直接连接钢丝进行测试，在一体化伽玛井温测量结构中部设置有温度探头以及上、下伽玛探头，可以同时实现上伽玛、下伽玛的测试，其所述温度测量装置采用高导热一体成型技术，使用普通铂电阻作为感温器件，并用导热绝热材料封装压接；所述流体自动阻隔系统安装在装置的上下端和装置内部，由隔板、长杆、夹马、铆钉、电流发生装置、电磁阀、信号检测装置构成，电磁阀与电流发生装置并联之后再与隔板、隔板控制开关依次连接，信号检测装置分别与电磁阀、电流发生装置、隔板控制开关电性连接，隔板下端是由4条长杆支撑，长杆中部安有夹马和铆钉，隔板控制开关控制长杆的收缩；所述装置内固定系统由固定架以及固定块构成，将其他结构支撑起来和将车轮结构包裹起来；所述动力系统安在装置的外部，由车轮、固定架、车轴、回旋部、压缩弹簧、压力传感器、弹簧控制器构成，车轮是由3个小车轮组成，其轮子的方向与径向成锐角，并能附着在井筒壁上，车轴以及车轮由固定架连接在一起，在车轮处还安装有回旋部，能使车轮进行转动，在两个车轮之间装有压缩弹簧，在其中部装有压力传感器以及弹簧控制器，弹簧控制器固定在固定块上；所述发电系统安装在装置的底部，由过热保护装置、发电机、电机控制器、电路连接线构成，过热保热装置位于发电机的上端，可以防止电机过热被损毁，发电机固定在固定块上，并且电机控制器与发电机相连接，电路连接线将发电机与其他需要供电的装置进行连接。
一种基于温度监测的注水井吸水剖面测试装置的结构特征在于，装置顶端有测量井温的一体化伽马结构，能够准确测量出井下温度，上下两端则是由隔板以及长杆等结构组成，由电力控制可以自由打开和关闭，有效地阻隔井下流体，防止在测量温度时流体的干扰，然后动力结构中有4个车轮结构以及压缩弹簧等结构组成，在电力的带动下能够使装置可以在井下自由的移动，并且当压力传感器接收到的突变会使压缩弹簧进行收缩，这样由油管到井筒下放过程中车轮能够收缩和张开。其结构还装有回旋部，装置可以越过障碍物并能够保持装置在井下测量温度时畅通。
本发明的工作过程是：一种基于温度监测的注水井吸水剖面的测试方法，随着装置的移动，利用一体化伽马井温测量结构可以准确测量出每个点的温度值，然后绘制出温度深度曲线，已达到通过测量井温而得到注水井吸水剖面资料的目的。装置由缠绕着电缆的钢丝投放到油管中，由于压缩弹簧处于压缩，这时装置的车轮处于收缩状态，当到达油管末端，装置车轮展开并附着在井筒内壁，在电力的带动下，继续下滑并且上、下伽马探头以及温度探头系统地测量出路径每点的地层温度，如果遇到地下流体，电流发生装置通过流体出口端、流体入口端压力差产生电流，信号检测装置接收到信号进行传输，然后由电磁阀进行控制隔板开关并且展开隔板，这样就保持探头测量温度时的稳定性，其发电机上端有过热保护装置，有效防止发电机过热而被损毁。转置一经投放，就可以沿着井筒进行测量地层温度，无需人为干预，装置能够避免井壁的凹凸不平、管道弯曲等问题，并且测量的时候稳定性，使结果更为准确。装置也可以运用在水平井以及大斜度井，使装置在现场的使用不受很大的限制，应用较广泛。需要拆卸装置时，隔板进行收缩，车轮在压缩弹簧下也可以收缩，采用钢丝连接上可转接头投捞。
一种基于温度监测的注水井吸水剖面的测试方法的工作过程特征在于，装置利用动力系统车轮进行移动，遇到弯曲面以及有阻碍物时候，通过回旋部可以很好地避免其问题，保持在畅通的情况下移动。然后一体化伽马井温测量结构(上、下以及温度探头)可以准确测量出每个点的温度值，当有流体流入时，上、下阻隔板这时展开，该板可以很好地阻隔流体，保持装置在稳定的情况下测量出该点的温度值，然后根据测量出的温度值以及装置移动的深度值，绘出温度深度关系图。本发明还可以用于水平井以及大斜度井。
一种基于温度监测的注水井吸水剖面的测试方法的过程为：其方法分为三步：
(1)关井稳定后，装置由缠绕着电缆的钢丝投放到井筒油管(26)中，由于压缩弹簧(11)处于压缩，这时装置的车轮(6)处于收缩状态，当到达井筒油管(26)末端，装置车轮(6)展开并附着在井筒内壁，在电力的带动下，继续下滑并且上、下伽马探头(17-18)以及温度探头(16)系统地测量出路径每点的地层温度，如果遇到地下流体，电流发生装置(22)通过流体出口端、流体入口端压力差产生电流，信号检测装置(10)接收到信号进行传输，然后由电磁阀(20)进行控制隔板开关(2)并且展开隔板(1)；需要拆卸装置时，隔板(1)进行收缩，车轮(6)在压缩弹簧(11)下也可以收缩，采用钢丝连接上可转接头(15)投捞；记录井筒中各位置的温度值并绘制井筒深度与温度梯度关系曲线；
(2)利用测得的温深曲线，代入建立的注水井吸水剖面与温度梯度的关系模型方程，获得吸水剖面各层段渗透率，该渗透率能够反映层段吸水情况，即可以获得吸水剖面情况，其关系模型方程为：
其中，
其中：Twf—注水井井底温度，℃；Twh—注入水温度，℃；α—地温梯度，℃/m；hi—各层段中部深度，m；Tgs—地层温度，℃；qi—各层段的注水速度，cm3/s；ρw—注入水密度，g/cm3；Cf—注入水的比热，J/g.℃；Kh—围岩热导率，W/m.℃；τc—套管外径，m；K—地层热扩散率，m2/s；t—注水时间，s；Ki—各层段的渗透率，μm2；Pei—地层压力，MPa；Pwf—井底流压，MPa；Bw—注入水体积系数；μw—注入水粘度，mPa.s；rei—注水井供给半径，m；rw—注水井半径，m。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)具有成本较低的优点；(2)获取的吸水剖面资料较准确以及可靠；(3)工程风险较低；(4)采用钢丝投捞作业，操作管理方便，用于注水井。
附图说明
图1为本发明一种基于温度监测的注水井吸水剖面测试装置的结构示意图。
图中：1、隔板，2、隔板控制开关，3、长杆，4、夹马，5、铆钉，6、车轮，7、固定架，8、车轴，9、回旋部，10、信号检测装置，11、压缩弹簧，12、压力传感器，13、传输线，14、电路连接线，15、上可转接头，16、温度探头，17、上伽玛探头，18、下伽玛探头，19、固定块，20、电磁阀，21、弹簧控制器，22、电流发生装置，23、过热保护装置，24、发电机，25、电机控制器，26、井筒油管。
图2为本发明一体化伽玛井温测量装置的结构示意图。
图中：15、上可转接头，16、温度探头，17、长杆，4、夹马。
图3为本发明动力装置的结构示意图。
图中：6、车轮，7、固定架。
具体实施方式
以一口气田水回注井、日注水量100-200m3的回注井一种基于温度监测的注水井吸水剖面测试装置及方法例。结合附图对本发明作进一步说明。
根据图1。一种基于温度监测的注水井吸水剖面测试装置，是由发电系统、动力系统、流体自动阻隔系统、装置内固定系统和温度监测系统组成，其特征在于：所述温度监测系统安装在装置顶端，由上可转接头(15)、温度探头(16)、上伽玛探头(17)、下伽玛探头(18)构成，上可转接头(15)，连接绳帽头或者油管进行测试，直井直接连接钢丝进行测试，在一体化伽玛井温测量结构中部设置有温度探头(16)以及上、下伽玛探头(17-18)，可以同时实现上伽玛、下伽玛的测试。其温度测量装置采用高导热一体成型技术，使用普通铂电阻作为感温器件，并用导热绝热材料封装压接；所述流体自动阻隔系统安装在装置的上下端和装置内部，由隔板(1)、长杆(3)、夹马(4)、铆钉(5)、电流发生装置(22)、电磁阀(20)、信号检测装置(10)构成，电磁阀(20)与电流发生装置(22)并联之后再与隔板(1)、隔板控制开关(2)依次连接，信号检测装置(10)分别与电磁阀(20)、电流发生装置(22)、隔板控制开关(2)电性连接，隔板(1)下端是由4条长杆(3)支撑，长杆中部安装夹马(4)和铆钉(5)，隔板控制开关(2)控制长杆(3)的收缩；所述装置内固定系统由固定架(7)以及固定块(19)构成，将其他结构支撑起来和将车轮结构包裹起来；动力系统安装在装置的外部，由车轮(6)、固定架(7)、车轴(8)、回旋部(9)、压缩弹簧(11)、压力传感器(12)、弹簧控制器(21)构成，车轮(6)是由3个小车轮组成(轮子的方向与径向成锐角)并能附着在井筒壁上，车轴(8)以及车轮(6)由固定架连接在一起，在车轮(6)处还安装有回旋部(9)，能使车轮进行转动，在两个车轮之间装有压缩弹簧(11)，在其中部装有压力传感器(12)以及弹簧控制器(21)，弹簧控制器固定在固定块(19)上；所述发电系统安装在装置的底部，由过热保护装置(23)、发电机(24)、电机控制器(25)、电路连接线(14)构成，过热保护装置(23)位于发电机(24)的上端，可以防止电机过热被损毁，发电机(24)固定在固定块(19)上，并且电机控制器(25)与发电机(24)相连接，电路连接线(14)将发电机与其他需要供电的装置进行连接。一种基于温度监测的注水井吸水剖面的测试方法的过程为：其方法分为三步：
(1)关井稳定后，装置由缠绕着电缆的钢丝投放到井筒油管(26)中，由于压缩弹簧(11)处于压缩，这时装置的车轮(6)处于收缩状态，当到达井筒油管(26)末端，装置车轮(6)展开并附着在井筒内壁，在电力的带动下，继续下滑并且上、下伽马探头(17-18)以及温度探头(16)系统地测量出路径每点的地层温度，如果遇到地下流体，电流发生装置(22)通过流体出口端、流体入口端压力差产生电流，信号检测装置(10)接收到信号进行传输，然后由电磁阀(20)进行控制隔板开关(2)并且展开隔板(1)；需要拆卸装置时，隔板(1)进行收缩，车轮(6)在压缩弹簧(11)下也可以收缩，采用钢丝连接上可转接头(15)投捞；记录井筒中各位置的温度值并绘制井筒深度与温度梯度关系曲线；
(2)利用测得的温深曲线，代入建立的注水井吸水剖面与温度梯度的关系模型方程，获得吸水剖面各层段渗透率，该渗透率能够反映层段吸水情况，即可以获得吸水剖面情况，其关系模型方程为：
其中，
其中：Twf—注水井井底温度，℃；Twh—注入水温度，℃；α—地温梯度，℃/m；hi—各层段中部深度，m；Tgs—地层温度，℃；qi—各层段的注水速度，cm3/s；ρw—注入水密度，g/cm3；Cf—注入水的比热，J/g.℃；Kh—围岩热导率，W/m.℃；τc—套管外径，m；K—地层热扩散率，m2/s；t—注水时间，s；Ki—各层段的渗透率，μm2；Pei—地层压力，MPa；Pwf—井底流压，MPa；Bw—注入水体积系数；μw—注入水粘度，mPa.s；rei—注水井供给半径，m；rw—注水井半径，m。
一种基于温度监测的注水井吸水剖面测试装置，随着装置的移动，利用一体化伽马井温测量结构(15-18)可以准确测量出每个点的温度值，然后绘制出温度深度曲线，已达到通过测量井温而得到注水井吸水剖面情况的目的。装置由缠绕着电缆的钢丝投放到油管中，由于压缩弹簧(11)处于压缩，这时装置的车轮(6)处于收缩状态，当到达油管末端，装置车轮(6)展开并附着在井筒内壁，在电力的带动下，继续下滑其上、下伽马探头以及温度探头系统地测量出路径每点的地层温度，如果遇到地下流体，电流发生装置(22)通过流体出口端、流体入口端压力差产生电流，信号检测装置(10)接收到信号进行传输，然后由电磁阀(20)进行控制隔板控制开关(2)并且展开隔板(1)，这样就保持探头测量温度时的稳定性，其发电机(24)上端有过热保护装置(23)，有效防止发电机(24)过热而被损毁。