脉冲氧活化测井在水平井生产测井中的研究及应用

时新磊，崔云江，李兴丽，汪瑞宏

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300452)



脉冲氧活化测井在水平井生产测井中的研究及应用

时新磊，崔云江，李兴丽，汪瑞宏

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300452)

目前，渤海油田水平井在开发生产中会经常遇到产层出水，注水井吸水层位难以确定，层间、层内矛盾突出等难题，如何确定水平井出水层位或吸水层位直接影响了水平井的开发效果。脉冲氧活化测井具有测量范围宽、精度高、受井斜影响小且能够直观测量水流方向与速度等优势，是了解水平井注采动态的重要监测手段。根据脉冲氧活化测井原理，针对海上斜井、水平井的特点，利用水平井水力输送式氧活化测井工艺，确定了水平井出水或吸水层位。该技术在渤海油田水平生产井中首次获得成功应用，准确找出了水平井出水层位，揭示了地质油藏矛盾，为油藏开发方案的制定提供了科学依据。

脉冲氧活化测井；水平井；水力输送式测井工艺；测井找水

随着油田开发程度的不断深入，在水平井开发生产过程中会经常会遇到产层出水、注水井吸水不均匀等一系列问题。目前，渤海部分油田主力油层含水呈上升趋势，层间、层内矛盾日益突出。因此，尽早着手治理油田出水，弄清出水原因，是决定油田能否稳产的一个迫切问题。如何准确确定水平生产井出水层位和水平注水井吸水层位是进行“稳油控水”的重要环节[1]。

脉冲氧活化测井找水技术是根据管柱结构来判断水流方向，同时通过分析对比仪器测量记录的伽马计数率信号在有流动水情况下与静水流情况下所呈现的水流时间峰谱的不同来确定产层出水、窜槽层位。在有流动水情况下，探测器会记录到一个完整的峰位；在静水流条件下，由于没有流动氧信号，探测器测到的总计数率明显呈指数衰减形态而记录不到峰位。

脉冲氧活化测井能直观地测量水流方向与速度，已经在油田动态监测中大规模应用。该方法可测量油管内外甚至套管外水流的速度与位置，并且具有不受射孔孔道大小、地层岩性、孔隙度和渗透率等参数限制的优点。特别针对在水平井中，由于仪器偏心、油水重力分异现象而造成的测量误差偏大问题，脉冲氧活化测井技术由于具有测量范围宽、受井斜影响小的特点，不但能定性识别出水或吸水层位，而且能够定量或半定量地计算出其流量大小[2，3]。为此，笔者根据脉冲氧活化测井原理，针对海上斜井、水平井的特点，利用水平井水力输送式氧活化测井工艺，确定了水平井出水或吸水层位，为油藏开发方案的制定提供了可靠的依据。

1　脉冲氧活化测井原理及解释方法

1.1测井原理

快中子与物质元素原子核发生(n,a)、(n,p)、(n,r)核反应，产生不稳定的新原子核，新原子核按一定的半衰期衰变，放射出γ粒子，该种新原子核叫作活化核，该种反应叫作活化核反应。

脉冲氧活化测井采用能量为14.1MeV的快中子照射氧原子核，使氧核转化成氮的活化核，氮核通过β-衰变释放出高能量γ射线而回到基态。其核反应公式如下：

1.2加权平均解释方法

被活化的水流流经仪器时，探测器接收到的伽马射线计数先是增大，而后又减小，形成一个峰。要想求准渡越时间，就要定准该峰在时间谱上的位置。时间谱上计数最大的位置不一定与被活化水流流经探测器中央的时刻严格对应。为了降低计数率统计涨落的影响，根据放射性计数统计分布规律，采用加权平均法计算渡越时间。

脉冲氧活化测井技术是基于较短的激发期(1～15s)、之后较长的采集期(20～60s)的一种测量管内及管后水流技术。由于其激发期较短，所以可以探测到当水流经过探测器时的信号。流速由源距(中子发生器到探测器间的距离)和渡越时间(水流经中子源到达探测器的时间)决定[5]：

(1)

式中：Tm为渡越时间，s；f(T)为测量得到的流动信号；T为采集时间，s；Ta为中子脉冲时间宽度，s。

有渡越时间，根据仪器的源距和套管、油管或环形空间的截面积，便可求出水流流量：

(2)

式中：Q为计算水流流量，m3/d；L为源距，cm；S为流体空间截面积，cm2。

2　水力输送式氧活化测井工艺

渤海油田水平井氧活化测试主要采用水力输送式氧活化测井工艺，主要由 “Y”型电泵测试管柱、水力输送工艺和电泵生产测试工艺组成。

一般为了达到水平井测试的目的，原有生产管柱更换为“Y”型电泵测试管柱；水力输送工艺主要是当仪器串在下井自然遇阻后，打开油管进水闸门和套管出口闸门，地面启动注水泵从油管往井内注水,输送仪器串下行至井底；水力输送仪器串到目的层段后，上提仪器测量伽马和磁定位曲线进行深度校正，然后再次将测井仪器串输送到井底。为避免下井仪器串输送过程中出现遇卡，氧活化仪器下井前通常先进行通井。仪器串进入水平段后，每推进100m上提10～15m，并随时观察张力的变化情况。当仪器下入井底后，停止井口注水，启泵生产，当电泵生产稳定及注入水反排完毕后，上提仪器串对目的层段进行逐点测量，进而确定水平井出水层位[6]。

3　实例分析

图1　X井井眼轨迹图示意图

X井为渤海油田一口水平生产井，完井方式为砾石充填，筛管防砂。该井防砂段为2274.48～2630.0m，防砂管柱长度402.5m，防砂筛管长度353.4m。井眼结构如图1所示。自2006年4月投产以来，日产液100m3，含水率始终100%，分析认为该井产水的原因可能有3种：①目前水平产层段上方有一大段水层(812.3～1212.9m)，存在套管破裂；②水平产层段与大段水层间固井质量不好，套管外存在串槽；③水平产层段出水。根据上述3种可能引起油井产水的原因分析，并结合水平井特殊的生产测井施工工艺要求，为达到确定出水位置的目的，满足脉冲氧活化测井的要求，提出原有的生产管柱，下入能满足测井的测试管柱(油管至水平段)。

由于该井井斜大、水平段长，因此采用了水力输送式氧活化测井工艺，先注水、后起泵的生产方式来判断出水层位及管外窜槽情况。在井口注水输送仪器下井过程中，利用脉冲氧活化测量油套(筛)环形空间上水流，以判断管外是否窜槽。仪器下入到井底后，随即启动电泵生产，并使井筒充分排液。当日产液量稳定时，上提氧活化测井工具串，进行电泵生产过程中的氧活化上、下水流谱峰的测量，判断管外是否窜槽及出水层位。

3.1注水过程中氧活化测量

注水过程中对油套环空上水流进行了6个点测量，其中4个测点的水流时间谱如图2所示。通过油套环空上水流氧活化测井解释，测点1400.0、1410.0、1420.0、2255.0、2260.0、2265.0m深度处所测上水流时间谱均呈指数衰减形式而未测到明显峰谱，流量为0.0m3/d，说明在1400.0～2265.0m没有向上的水流流动。因该井套管鞋位置在2274.48m，因此可以证实在1400.0～2265.0m套管外不存在窜槽现象。

图2　油套环空上水流4个测点水流时间谱

注水过程中对油筛环空上水流进行了6个点测量，其中4个测点的水流时间谱如图3所示。筛管防砂段2276.0～2630.0m，注水过程氧活化测点有2309.8、2360.0、2410.0、2470.0、2540.0、2611.0m共6个点，测井解释的流量分别为51.88、222.23、380.02、485.06、542.59、698.49m3/d，证实了该防砂段为注水时的吸水位置，反映出水平段层内的非均质性。

3.2起泵生产过程中氧活化测量

电泵生产时油套环空的氧活化下水流测点为1405.0、2205.0、2255.0、2260.0、2320.0m，5个测点水流时间谱均呈指数衰减形式(其中4个测点的水流时间谱如图4所示)，说明没有流动水，所有下水流测点流量均为0.0m3/d，再次证实起泵生产井段(1405～2320m)油套环空间并未有流动水，管外未发现有窜槽现象。

图4　油套环空下水流4个测点水流时间谱

氧活化上水流测量是在稳定的生产条件下，即在油压1.2MPa、日产液量365m3的条件下进行的。共有测点52个，其中在水平产层段2276～2630m之间，每10m间隔测量一点。起泵生产时的部分油套、油筛环空上水流时间谱如图5所示，可以看出，起泵生产时，在2613.0m以上的油套、油筛环空均测到了上水流时间谱。52个测点的流量均在290m3/d左右，说明在2613.0m以上的筛管防砂段是不产液的，与井口总流量标定295m3/d是相符的。

图5　起泵生产时油套、油筛环空上水流时间谱

综上所述，注水过程和起泵生产时，脉冲氧活化测井解释结论可以证实600.0～2276.48m井段(套管鞋深度)套管外没有窜槽现象，800.3～1212.9m(水层段)套管也未发现有破损，出水的位置靠近水平井底部2613.0m以下。

4　结论

1)脉冲氧活化测井具有测量范围宽、精度高、受井斜影响较小等特点，可克服传统涡轮流量计在水平井中由于仪器偏心、油水重力分异现象造成的测量误差偏大问题，从而可以准确地找出水平井出水层位或吸水层位，并定量或半定量地计算出水量或吸水量大小。

2)脉冲氧活化测井技术在渤海油田水平井测井找水方面应用效果较好，经实际资料证实，可以准确找出出水层位，反映地层的非均质性，为地质油藏方案的确定提供充分的理论依据。

3)应用效果表明，水力输送式水平井氧活化测井找水工艺比井下爬行器输送工艺更加经济适用，测试成本较低，同时满足了测试需求。

[1]李德信，郭海敏，时新磊，等.脉冲氧活化测井在涩北气田测井找水技术中的应用[J].石油天然气学报(江汉石油学院学报)，2011，33(10): 89～93.

[2]李瑛，张薇，张月秋.脉冲氧活化测井解释中的一些具体问题[J].测井技术，2004，28(6)：258～261.

[3]田祖红，路培毅，迟彦华，等.复杂条件下脉冲中子氧活化水流测井资料的分析方法[J].国外测井技术，2009，(5)：36～39.

[4]黄隆基.放射性测井原理[M]. 北京：石油工业出版社，1985.

[5]郭海敏.生产测井导论[M].北京：石油工业出版社，2003.

[6]董福印，李贵川，王立群，等.水力输送式水平井氧活化测井工艺技术[J].测井技术，2007，31(3)：293～294.

[编辑]龚丹

2015-06-04

时新磊(1982-)，男，硕士，工程师，主要从事裸眼井测井、生产测井解释及储量评价等研究工作，shixl3@cnooc.com.cn。

P631.84

A

1673-1409(2016)14-0031-05

[引著格式]时新磊，崔云江，李兴丽，等.脉冲氧活化测井在水平井生产测井中的研究及应用[J].长江大学学报(自科版),2016,13(14):31～35.