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(guó)際形式下，鈾礦作為國(guó)家戰(zhàn)略資源儲(chǔ)備的一個(gè)重要組成部分，更占有舉足輕重的地位。近些年來(lái)，隨著我國(guó)地浸采鈾技術(shù)日趨成熟，對(duì)可采、易采的砂巖型鈾礦床已進(jìn)行了大規(guī)模開(kāi)采，對(duì)于鈾礦資源并不豐富的我國(guó)來(lái)說(shuō)，在復(fù)雜地層中開(kāi)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(chēng)地浸，是在不破環(huán)原地質(zhì)地貌的情況下通過(guò)鉆孔用專(zhuān)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(yùn)移的狀態(tài)及空間分布對(duì)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(cè)井信息來(lái)還原溶浸液在復(fù)雜地層中實(shí)際工作狀態(tài)，是一種更直觀(guān)、更有效的方法。

1 溫度測(cè)井應(yīng)用原理

熱測(cè)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(guò)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(cè)井就是利用這一效應(yīng)來(lái)檢查固井質(zhì)量和水泥面的封孔高度。地浸鉆孔成孔過(guò)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(rèn)為水泥固結(jié)釋放的熱量只沿徑向均勻通過(guò)熱傳導(dǎo)傳入周?chē)鷰r層和套管內(nèi)的溶液；水泥同管內(nèi)溶液建立熱平衡時(shí)，任意深度處管內(nèi)溶液的溫度值為：

注：因?yàn)樗猩疃忍幪坠芪盏臒嵯嗤?，公式中忽略塑料管吸收的熱量不?huì)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(shí)（此時(shí)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?chē)鷰r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(duì)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(duì)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(duì)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(shí)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(shí)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(shí)間固結(jié)水泥與井管中溶液熱交換平衡后的溫度測(cè)井曲線(xiàn)來(lái)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(cè)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(huì)發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)，從而使井中各深度點(diǎn)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(cè)井信息，可以判斷出地層溫度產(chǎn)生異常的原因。在鉆進(jìn)階段結(jié)束后，成孔時(shí)會(huì)向孔內(nèi)注入水泥，水泥凝固過(guò)程將釋放出的大量熱量，使得地層中原有熱場(chǎng)狀態(tài)遭到破環(huán)。在溫度測(cè)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(méi)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(huì)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(duì)應(yīng)區(qū)段的管內(nèi)溶液的升溫幅度相對(duì)較高；反之，管內(nèi)溶液的升溫幅度相對(duì)低一些。不同巖性的熱阻率不同，也是影響溫度測(cè)井信息的因素之一。水泥凝固釋放出來(lái)的熱量向地層和套管內(nèi)擴(kuò)散，地層熱阻率越大，熱量就越難以向地層擴(kuò)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(kuò)散的熱量就越多，套管內(nèi)溫度就越低。

成孔溫度測(cè)井信息可以反應(yīng)出水泥分隔效果。水泥固化是一個(gè)放熱過(guò)程，會(huì)引起鉆孔內(nèi)液體溫度的上升，這從溫度測(cè)井曲線(xiàn)上也可以反應(yīng)出來(lái)。圖1 中曲線(xiàn)是固井14 小時(shí)后所測(cè)的溫度曲線(xiàn)，圖中A 段為普通標(biāo)號(hào)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(biāo)號(hào)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(dāng)以泥漿泵低檔速進(jìn)行注漿時(shí)，水泥將泥漿緩慢向上排擠，該處泥漿混合物相對(duì)較少，溫度曲線(xiàn)顯示急劇下降，若以高檔位則引起水泥與泥漿高速對(duì)流并混合大量沉砂，過(guò)度D 段溫度下降變緩慢，甚至下界面實(shí)際水泥分隔層位置難以分辨。D 段以下為工作層設(shè)計(jì)位置，溫度值回歸本底。圖中溫度曲線(xiàn)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(shí)際水泥分隔層與設(shè)計(jì)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(cè)井曲線(xiàn)

3 結(jié)論

水泥封孔溫度測(cè)井，能及時(shí)掌握水泥封孔位置的準(zhǔn)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(wú)躥漿、漏漿等情況的發(fā)生，能客觀(guān)評(píng)價(jià)鉆孔質(zhì)量；通過(guò)人工熱場(chǎng)的建立，對(duì)檢測(cè)鉆孔注漿封隔效果、判斷過(guò)濾器段實(shí)際工作能力及溶浸液在地層中實(shí)際運(yùn)移范圍等信息有著至關(guān)重要的作用。

但熱測(cè)井檢查水泥固井質(zhì)量的缺點(diǎn)在于對(duì)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(duì)較小管內(nèi)溶液的升溫幅度不高，溫度測(cè)井曲線(xiàn)對(duì)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(xiàn)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(cè)井判斷管外空間的沉積類(lèi)型，在實(shí)際應(yīng)用中通常使用多種類(lèi)型的探管綜合判斷鉆孔質(zhì)量。

總之，溫度測(cè)井在較復(fù)雜地層中反應(yīng)出的信息對(duì)地浸工藝中鉆孔質(zhì)量檢查、溶液運(yùn)移等方面有著重要的實(shí)用價(jià)值，作為最直接有效的方法之一，應(yīng)當(dāng)繼續(xù)深入學(xué)習(xí)和研究。