劉延云 王亞雄

摘?要：針對延長油田使用的注入剖面測井手段，分析放射性同位素示蹤劑測井技術(shù)的不足，提出一種核測井方法：脈沖中子氧活化測井方法。通過對脈沖中子測井技術(shù)原理、儀器設(shè)備、測井工藝、解釋方法等的研究，結(jié)合現(xiàn)場應(yīng)用，形成一套適用的測試工藝流程和解釋方法。

關(guān)鍵詞：脈沖中子氧活化;吸水剖面;相對注入量;絕對注入量

中圖分類號：TB?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2021.07.084

延長油田進(jìn)入注水開發(fā)期，為了維持油層壓力且使油井保持產(chǎn)量穩(wěn)定，通過注水井給井下油層注水。因此就需要在油井生產(chǎn)中測吸水刨面，得到各小層的相對和絕對注入量。以此來判斷注水井的注水狀況，檢測和監(jiān)測注水井吸水剖面，以便通過調(diào)節(jié)注水量來控制相應(yīng)產(chǎn)油井的含水率。對于油田注水開發(fā)動態(tài)分析，相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)的完整程度，直接影響所屬油區(qū)的開發(fā)以及生產(chǎn)水平。

1?問題提出

目前，伴隨著延長油田老區(qū)塊的持續(xù)開發(fā)，地層狀況日益復(fù)雜。以往延長油田系統(tǒng)內(nèi)所使用的注入剖面測井方法大多以測量井剖面的介質(zhì)壓力、井溫、噪聲譜，效果和誤差較大。后續(xù)在定邊、富縣使用渦輪流量和電磁流量技術(shù)、七里村、南泥灣使用流體密度和超聲波流量技術(shù)、寶塔青化砭、子長安定等區(qū)塊使用同位素示蹤技術(shù)等。放射性同位素示蹤劑測井技術(shù)近年也在延長油田部分區(qū)塊使用較多，它已適合野外作業(yè)操作，構(gòu)建作業(yè)施工工藝簡單、監(jiān)測系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)可以直觀地顯示地層吸水狀況、吸水層的厚度、絕對吸水量。所以近年推廣很快。

測井現(xiàn)場實(shí)踐揭示說明同位素吸水剖面測井受到諸多因素的影響， 作為一種和測井方法-脈沖中子氧活化測井法，其核心是確定注入量，參數(shù)活化水流流經(jīng)各個(gè)探測器的時(shí)間來確定水流的速度，就是利用脈沖中子管對水流進(jìn)行活化，測量活化水流。其優(yōu)點(diǎn)主要由：（1）克服大孔道地層影響，能判斷管外竄槽、確定漏失位置及漏失量以及驗(yàn)證封隔器的密封性等;（2）不受管柱結(jié)構(gòu)限制，相比于電磁流量、渦輪流量，能實(shí)現(xiàn)籠統(tǒng)注水和分層配注條件下測量吸水剖面;（3）不受各種沾污影響，常見的油井管壁不光滑，含油、水質(zhì)不好、蠟等一般性污染因素外，也有調(diào)剖劑造成的較大面積粘污;（4）對比大粒徑同位素測井，粘污和沉積的因素可不予考慮;（5）實(shí)現(xiàn)同位素測井在復(fù)雜井筒條件下吸水剖面測量問題，水剖面成果可以定量展示。

脈沖中子氧活化主要測量參數(shù)上，包括測量水流，質(zhì)量流量和體積流量，適用范圍目前可見文獻(xiàn)應(yīng)用有：（1）確定注二氧化碳驅(qū)井中注聚合物、三元復(fù)合水的流量和流速;（2）高含水的產(chǎn)出井主產(chǎn)水層;（3）氣舉井的主出水層位。我們在適用實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，適用范圍和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提升，該方法能夠遷延和用于解決更多油井現(xiàn)場問題，為諸如常見的油井調(diào)剖和堵水作業(yè)提供準(zhǔn)確可靠的措施依據(jù)。

目前我們已通過對脈沖中子測井技術(shù)、工藝、儀器設(shè)備、解釋方法等的研究，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)踐檢驗(yàn)，歸納出適用的測試工藝流程和解釋方法。

2?方法機(jī)理及效果對比

2.1?常規(guī)注水井吸水剖面測試方法

分析對比了目前常規(guī)注水井吸水剖面幾種測試方法，歸納總結(jié)如下：

（1）放射性同位素示蹤測井特點(diǎn)：①這種測井方法可適用在籠統(tǒng)、分層注水、注聚井中測量，對小層有分辨能力;②載體密度和粒徑均勻性影響測井質(zhì)量;③在深穿透射孔、壓裂和大孔道層段施工時(shí)要相應(yīng)的采取大顆粒的同位素測井，在施工上帶來不便，否則會給出完全錯(cuò)誤的結(jié)果;④管壁不光滑、腐蝕因素在油管接箍、配水器、封隔器等工具位置存在同位素沾污的現(xiàn)象，給解釋帶來一些困難;⑤對于注入粘度較大的井，同位素容易抱團(tuán)，不利于資料的解釋;⑥受竄槽、漏失的影響，影響測井結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（2）連續(xù)示蹤測試法測井特點(diǎn)：①同一口井中，先進(jìn)行連續(xù)示蹤測井，再進(jìn)行普通同位素測井，相互印證，能更準(zhǔn)確的反應(yīng)該井吸水情況;②連續(xù)示蹤測井方法能夠克服深穿透射孔、大孔道、粘污、漏失等因素對同位素測井的影響，使測井結(jié)果更為可信;③解釋精度較高，單層的吸水量計(jì)算相對準(zhǔn)確，單層吸入量測量精度可達(dá)0.5m3/d;④井筒介質(zhì)等因素不受影響。主要是指井內(nèi)含蠟、結(jié)垢、出砂、其他入井化學(xué)藥劑塊結(jié)物或者顆粒物，以及井壁掛物;⑤測試解釋能描述井下管柱結(jié)構(gòu)及井下工具的工作狀況，主要包括：封隔器的密封漏失介質(zhì)情況、配水器吸水量的相對和絕對情況、油管或者套管套損所形成的漏失量情況、井下工具是否在符合設(shè)計(jì)要求的井下位置。該工藝每個(gè)小層需噴射液體同位素，且需連續(xù)追蹤，對隔層較小的層，因追蹤深度段較小，計(jì)算出來的吸水量偏差較大，精度較低。

（3）脈沖中子氧活化測試法：該工藝在測量流量時(shí)為定點(diǎn)測量，儀器串為伽馬、磁定位、井溫、壓力組合，可精確定位于指定深度點(diǎn)，測量精度較高，不受管柱結(jié)構(gòu)的影響，可測油管內(nèi)，套管內(nèi)及油套環(huán)空內(nèi)水流速度，是目前較為理想的測試工藝。對比以上所有的測試工藝后，我們最終選定用脈沖中子氧活化水流測試法來進(jìn)行注水井吸水剖面測試。

2.2?脈沖中子氧活化水流測試法技術(shù)機(jī)理

作為目的在于測定其向下或向上的流體流動速度，無論是油田注水井（正、反注井），還是配注井，該測井技術(shù)完全適用此項(xiàng)功能。氧活化測井儀的功能示意圖，如圖1所示，該儀器，較準(zhǔn)確給出被測油井各地質(zhì)層的分層吸水情況;同時(shí)另一個(gè)能力是測量對配注井內(nèi)的管柱工具（配水器和封隔器），可以判斷管外串流導(dǎo)致的泄露、配水器或封隔器堵死的情況，檢測充分發(fā)揮不接觸測量的優(yōu)勢。

物理基礎(chǔ)：利用高能脈沖中子與氧元素核反應(yīng)后放射出的特征伽馬射線，該射線能穿透井下套管、油管和水泥等材料。依靠檢測伽馬射線可確定儀器周圍含氧流體的流動情況。

測量原理：測量儀器帶有液體噴射器，能夠把少量的放射性示蹤劑，通過注入介質(zhì)帶入井中，排放到液流中去;然后通過裝在噴射器上面的伽馬儀，對井內(nèi)流體進(jìn)行追蹤，從而計(jì)算出流體在某深度處的流速，進(jìn)而換算成流量，用分層遞減法求出分層流量。在流動截面確定情況下，利用v=S/t，Q =Cv×Pc×v，Pc= 1/4π（D2 -d2）， 式中：Q 為流量，m3/d;Cv 為速度校正系數(shù)，1;Pc 為套管內(nèi)與儀器外環(huán)空截面積，mm2;v為速度，m/s;D為套管內(nèi)徑，mm;d為儀器外徑，mm。

2.3?脈沖中子氧活化水流測試法適用條件

（1）非接觸式測量，可確定管內(nèi)、管外水流。脈沖中子氧活化可通過非接觸的方式對流體進(jìn)行測量，方式是在油管中測量油套空間的流體方向和速度。多油管配注井中，可以在一個(gè)油管中測量另一個(gè)油管內(nèi)和套管內(nèi)的流體方向和速度。進(jìn)而能夠驗(yàn)證油套環(huán)空封隔器的漏失，監(jiān)測套管外竄槽水流等情況。

（2）能夠同時(shí)確定上、下水流。依靠脈沖中子，在一個(gè)測量點(diǎn)可同時(shí)測量出上、下水流的流量，極大的簡化了操作步驟，大大減少了測量次數(shù)。也有利于現(xiàn)場操作和解釋人員進(jìn)行流量狀態(tài)的分析，具體見圖2。

（3）測量范圍廣：伽馬探測器源距覆蓋范圍從最短源距351.8mm，到最長源距3883.5mm，有利于各種測量流量的范圍需求。

（4）不受井內(nèi)介質(zhì)等因素影響。

2.4?現(xiàn)場實(shí)施與總體完成情況

經(jīng)過前期協(xié)調(diào)，脈沖中子氧活化水流測井制定的39口測試井在寶塔采油廠開展實(shí)施，由延安今天石油天然氣工程技術(shù)服務(wù)有限公司承擔(dān)現(xiàn)場測試作業(yè)，寶塔采油廠測試39口，全部測量成功，具體見表1。

2.4.1?總體完成情況統(tǒng)計(jì)

2.4.2?吸水層段及厚度統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)39口井脈沖中子氧活化水流測井，本項(xiàng)目總共完成了86個(gè)射孔層段的測試。其中吸水層數(shù)68個(gè)，吸水層段占射孔層數(shù)79.1%;射孔總厚度215.6m，吸水總厚度178.1m，吸水層總厚度占射孔層總厚度82.5%;平均單井注水量4.02m3/d，平均單井注入強(qiáng)度1.07m3/d/m。

2.4.3?分類吸水層段統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)39口注水井86個(gè)射孔層段，不吸水層段共計(jì)18層15口井。其中有2個(gè)射孔層段1層段不吸水有6口井; 3個(gè)射孔層段1層段不吸水有6口井;3個(gè)射孔層段2層段不吸水有2口井;4個(gè)射孔層段2層段不吸水有1口井，具體見表2。

2.4.4?注強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)68個(gè)吸水層段注入強(qiáng)度，注入強(qiáng)度多分布于0.5-1m3/d/m區(qū)間。注入強(qiáng)度小于0.5m3/d/m的單層計(jì)4個(gè)，占比為5.9%;注入強(qiáng)度在0.5-1m3/d/m的單層計(jì)42個(gè)，占比為61.8%;注入強(qiáng)度大于1m3/d/m的單層計(jì)22個(gè)，占比為32.4%，具體見圖5、圖6。

2.5?項(xiàng)目取得資料情況

2.5.1?總體完成情況統(tǒng)計(jì)

選井61口，篩選符合測試條件45口。完成測試39口，成果圖39份，解釋報(bào)告39分，上交曲線195條，測井資料合格率195條，合格率100%。

2.5.2?吸水層段及厚度統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)39口井脈沖中子氧活化水流測井，本項(xiàng)目總共完成了86個(gè)射孔層段的測試。其中吸水層數(shù)68個(gè)，吸水層段占射孔層數(shù)79.1%;射孔總厚度215.6m，吸水總厚度178.1m，吸水層總厚度占射孔層總厚度82.5%;平均單井注水量4.02m3/d，平均單井注入強(qiáng)度1.07m3/d/m。

2.5.3?分類吸水層段統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)39口注水井86個(gè)射孔層段，不吸水層段共計(jì)18層15口井。其中有2個(gè)射孔層段1層段不吸水有6口井; 3個(gè)射孔層段1層段不吸水有6口井;3個(gè)射孔層段2層段不吸水有2口井;4個(gè)射孔層段2層段不吸水有1口井。

2.5.4?注強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)68個(gè)吸水層段注入強(qiáng)度，注入強(qiáng)度多分布于0.5-1m3/d/m區(qū)間。注入強(qiáng)度小于0.5m3/d/m的單層計(jì)4個(gè)，占比為5.9%;注入強(qiáng)度在0.5-1m3/d/m的單層計(jì)42個(gè)，占比為61.8%;注入強(qiáng)度大于1m3/d/m的單層計(jì)22個(gè)，占比為32.4%。

3?項(xiàng)目研究結(jié)論

（1）脈沖中子氧活化法測試，可以不受管柱結(jié)構(gòu)的影響，可同時(shí)測量油管內(nèi)、套管內(nèi)和油套環(huán)形空間水流，可同時(shí)測量上水流和下水流而不用考慮管柱結(jié)構(gòu)是分注還是籠統(tǒng)注水，而常規(guī)的吸水剖面受管柱影響較大。

（2）脈沖中子氧活化法是對流體進(jìn)行活化，不會形成沾污和放射性污染;常規(guī)吸水剖面因需要用到同位素，會在管柱上形成污染，影響資料后期解釋精度，同位素還會對地層在一定時(shí)期內(nèi)造成污染，不利于環(huán)保。

（3）脈沖中子氧活化法可精細(xì)分層測試，對層間距較小的層或特殊存在大孔道、裂縫的井都有較強(qiáng)的識別能力;而同位素吸水剖面雖然也能測得這些特殊情況下的吸水狀況，但對現(xiàn)場操作員的要求較高，需要豐富的經(jīng)驗(yàn)和敏銳的判斷，資料后期解釋人員也需要有較強(qiáng)的識別和處理能力，不如氧活化測得的資料準(zhǔn)確、直觀。

（4）脈沖中子氧活化法測的是水流速度，可直接求得單層注入量;同位素吸水剖面資料解釋用的是疊加后求面積法，求得的是相對吸水量，人工干預(yù)較大，解釋精度和解釋符合率都會有所下降。

（5）完成39口井脈沖中子氧活化水流測井，資料解釋及驗(yàn)收完成39口井，完成率100%。資料解釋合格39口井，測井資料合格率100%。

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