钆作为中子伽马测井示踪剂的可行性研究

常琳娜

（中石油大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司第九大队，黑龙江 大庆 163853）

随着油田开发的不断深入，环境保护意识进一步提高，放射性测井方法逐渐向基于可控中子源的脉冲中子测井技术方向发展，基于中子寿命方法的示踪测井方法已经得到了应用。为了在套管井含水饱和度高的产层中确定剩油饱和度和水淹层或水淹部位，20世纪90年代中期，大庆油田研发了中子寿命硼测－渗－测工艺，弥补了已有测井方法确定剩余油饱和度误差大的不足，目前该工艺已应用于我国许多油田，并得到了良好效果。该方法一般采用硼作为示踪剂，因此，也被称为硼中子测井方法［1－2］。

此外，最常用的同位素测井放射性污染风险大，同时同位素示踪剂运输、保管及使用不可避免存在放射性风险。大庆油田提出的非放射性示踪流量测井方法很好地解决了这些问题［2］。该方法的技术思路是把具有一定聚合性的示踪剂在油管内释放，与井内流体形成悬浊液，示踪剂随井内流体流动，当其流经偏心配水器时，一部分示踪剂将会通过水嘴流入到油套空间中，随着水流向上或向下流动，最后进入各个注水层，通过测量释放示踪剂前后各注水层的中子宏观俘获截面，可了解各注水层的动用情况。

上述2种中子俘获测井方法的优点在于无放射性，可以利用中子寿命测量方式解决剩余油饱和度测量和流量测量问题，难点在于简单而实用的测井工艺以及高性能的非放射性示踪剂选择。下面，笔者通过调研分析，选择钆作为中子俘获测井的非放射性示踪剂，对其可行性进行了研究。

1 理论可行性分析

示踪剂性能是影响示踪测井质量的关键要素，中子俘获截面的大小以及特征伽马射线的强度是非常重要的考察参量。表1所示为地层中常见核素热中子微观俘获截面，由表1可见地层中氯 （Cl）的微观俘获截面最高，为32.2×10－24cm2，这是中子寿命测井适应高矿化度地层水的缘由。相对于常用的中子俘获示踪剂硼 （B）来说，钆 （Gd）具有更高的微观俘获截面48696×10－24cm2（见表2），一个钆原子的热中子俘获截面是硼原子的64.16倍。因此，钆可为热中子俘获示踪测井提供更高的异常值。

由此可见，钆元素可以作为良好的示踪剂在热中子俘获示踪测井中予以应用。

表1 地层中常见核素热中子微观俘获截面

表2 硼、钆的热中子微观俘获截面

2 可行性试验研究

2.1 室内试验

室内可行性试验的目的是为了了解不同浓度钆溶液的测井响应，对钆作为脉冲中子－伽马测井的非放射性示踪剂的可行性进行分析。

试验过程中，在两端开口的金属箱内填充石英砂颗粒模拟地层，将不同浓度的饱和钆溶液灌充至模拟井筒装置的油套环形中，在模拟装置 （油管居中放置于套管中，两端封闭，长度为1m）的油管中放入非放射性示踪流量测井仪样机，采集中子寿命时间谱，了解不同条件下试验样机对钆溶液的响应。

分别针对浓度为3.0%、1.0%、0.5%、0.25%和纯水条件下的溶液进行测量，计算得到的中子宏观俘获截面∑值。测量得到的宏观中子俘获截面随溶液浓度的变化关系如图1所示。

由图1可以看出，通过试验样机响应计算得到的宏观中子俘获截面随着溶液浓度的增加而增加，并呈现出较好的线性关系；在浓度为0.5%的条件下，测量得到的∑值仍然与水有着较大差异；而在浓度为1%的条件下，当示踪剂流经仪器探测系统时，测井曲线上仍然可以出现幅度为20c.u.的高斯峰。这说明，只要向井内注入约50ml的饱和钆溶液，至少可在井内出现约1500ml的钆溶液与井内介质的混合段塞，提供约60c.u.的测井响应差异。

图1 测量得到的宏观中子俘获截面随溶液浓度的变化关系

2.2 现场试验

为了考察钆作为示踪剂的现场可行性，采用开发的非放射性示踪流量测井仪在大庆油田La－X标准井开展了可行性试验。试验采用定点测量，释放器释放钆液体示踪剂进入井内，仪器下放，模拟示踪剂向上流动的状态，结果如图2所示，其中SIGM＿S和SIGM＿L分别为近、远探测器经过示踪剂时测井仪获取的井内流体的宏观俘获截面。由图2可以看出，探测器经过示踪剂时，井内介质的宏观俘获截面有明显峰值，说明钆可以为测井响应提供较大的差异值，是一种较为理想的非放射性示踪剂。

图2 采用钆作为示踪剂的中子寿命测井现场可行性试验结果

3 结语

脉冲中子伽马示踪测井中，应用非放射性示踪测井方式更安全环保，解决剩余油饱和度测量和流量测量问题更加有效。通过比较地层中常见核素和硼、钆的热中子微观俘获截面大小，确定钆元素作为脉冲中子伽马测井的非放射性示踪剂更具有可行性。在中子寿命测井室内和现场试验阶段研究中，可以发现不同浓度的饱和钆溶液可以为测井响应提供较大的差异值，是一种较为理想的非放射性示踪剂。

［1］姜文达，谢晓峰，殷国才 .中子伽马测－渗－测工艺确定剩余油饱和度 ［J］.同位素，2006，19（4）:193－197.

［2］姜文达，潘为之.新型示踪剂钆－157络合物在热中子俘获测井中的应用 ［J］.同位素，2003，16（2）:70－72.