同位素载体颗粒密度对同位素示踪流量测井的影响研究

矫建兵

(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江 大庆 163453)

·经验交流·

同位素载体颗粒密度对同位素示踪流量测井的影响研究

矫建兵

(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江 大庆 163453)

同位素颗粒的物理性质将影响其悬浮液在井中运动的情况，颗粒的密度是主要的因素，颗粒密度过大将造成同位素颗粒在测试过程中出现颗粒下沉、上返速度慢或无法上返的情况，密度过小会出现下沉速度慢，不易进入吸水层的情况，选择合适密度的颗粒对同位素测井起着至关重要的作用。通过实验分析目前在用的同位素颗粒能否达到测试的要求，并提出解决办法及建议。

同位素；示踪流量测井；颗粒密度；下沉速度

0 引 言

目前油田水驱方式多为分层配注方式，对于非均质油田，为了解决由于油层厚度和渗透率差异造成的各段吸水量不均匀的矛盾，在注水井内下入封隔器、配水器，用井下水嘴的节流作用人为的控制各段吸水强度对注水井进行注水。对于配注井来说，同位素五参数是主要的测井项目，但同位素颗粒的特性将影响着其悬浮液在井内的运动情况，比如：同位素的密度、同位素颗粒在液体中的离散度、同位素颗粒沾污、耐压、耐温、脱附率等[1]。本文从同位素密度方面来分析对测试资料的影响程度。

正常的注水条件下，用放射性同位素释放器将吸附有放射性同位素离子的固相载体释放到注水井中预定的深度位置，载体与井筒内的注入水混合，并形成一定浓度的活化悬浮液，活化悬浮液随注入水进入地层。由于放射性同位素载体的直径大于地层孔隙喉道，活化悬浮液中的水进入地层，而同位素载体滤积在井壁地层的表面。地层吸收的活化悬浮液越多，地层表面滤积的载体也越多，放射性同位素的强度也相应的增高，即地层的吸水量与滤积载体的量和放射性同位素的强度成正比[2]。

1 同位素特性对测井的影响

同位素示踪剂载体的物理参数，尤其是颗粒的密度，是造成测试效果不准确的重要因素。同位素颗粒实际密度与水的密度有差异，同位素颗粒在井内随水运动的能力下降，使得同位素的相对吸入量与水的相对吸入量相差过大，超过20%，影响测试资料的准确度。

同位素微球释放后，将在井内形成悬浮液，微球载体在注入水的携带下，除受到注入水冲击外，还受重力影响，产生沉降，沉降速度用斯托克斯公式表示为[3]：

vp=D2(ρs-ρw)/18μ

(1)

式中，vp为微球的沉降速度，m/h；D为微球直径，μm；ρs为微球密度，g/cm3；ρw为注入水的密度，g/cm3；μ为注入水的粘度，MPa·s。

式(1)说明，微球在水中的沉降速度与微球直径及水的密度差成正比。直径是根据岩性选择的，直径选定后，沉降速度主要取决于二者的密度差。密度差小，二者混合均匀，在井内产生的沾污也会随之降低。在油套环形空间向上运动分配到注水层时，如果微球的密度大于水的密度，则产生自由沉降，上行困难，造成下部的微球载体的浓度大，上部浓度小，有可能使下部注水能力差的地层滤积过多的微球载体，而上部注水能力强的地层反而未达到应有的滤积程度，因而无法确定吸水层的吸水状况。此外，沉降速度过快，会造成下部堆积，滤积在吸水层上的量减少，因而会影响测井的质量。通常情况下，颗粒密度为1.01～1.04 g/cm3，图1给出了不同密度差下微球直径与沉降速度关系曲线，图2给出了不同水量下油管和环套空间内水流速度。

以日注水40 m3/d为例，可以看出：

1)油管内：当油管内水流速度552 m/h(约40 m3/d)，如果选择的微球与水的密度差大于0.04，微球直径大于500 μm，微球的沉降速度为584 m/h，微球的沉降速度将大于水流速度，那么，水将不能携带同位素进入水嘴，从而发生沉降现象。

2)油套空间内：如果第一级配水器日吸水40 m3/d，环套空间水流速度184 m/h，这种情况下如果微球直径大于500 μm，密度差大于0.04，微球沉降速度584 m/h(约40 m3/d)，沉降速度将大于水流速度，水不能携带同位素向上运动，将不可避免发生沉降。

图1 不同密度差下微球直径与沉降速度关系曲线

图2 不同水量下油管和环套空间内水流速度

同位素是否能被水流携带进入地层决定于微球沉降速度和水流速度的相对速度，根据水量的不同，利用图1和图2两个图版可以根据水量选择合适粒径的同位素。理论上同位素的密度和水的密度差越小越好，最好不超过0.01 g/ml。

密度差在0.04时颗粒沉降速度与水流速度关系见表1。

表1 密度差在0.04时颗粒沉降速度与水流速度关系

表1主要根据图1、图2算出不同注入量下油管、套管的水流速度，再把颗粒按粒径(D/μm)大小分成三个级别D300～400、D400～500、D500～600，分别算出其下沉微球沉降速度范围(m/h)200～394、394～590、590～600，与水流速进行比较，根据实际施工设计选择合适粒径的颗粒进行测井，在实际测井中起到指导作用。

2 颗粒密度实验及资料分析

首先先用天秤称出针管的质量，再用针管取出20 ml同位素颗粒，对其进行称重，再减去针管的质量，得到同位素颗粒实际的质量，然后将针管里的同位素颗粒倒入量杯中，在量杯内倒入30 ml水并用金属棒不断翻搅，直至同位素颗粒附着的气泡出完，待稳定后观察并计算液面上升的刻度，计算上升的体积，所称的质量与上升体积的比值即为该同位素的实际密度。用该方法对同一批次同位素进行三次取样计算，取平均值，结果见表2。

表2 三次实验样本同位素密度

用天秤秤得三次样品的质量为12.57、13.22、13.32 g，量杯中水体积为30 ml，将样品放入量杯中量杯液面上升的体积分别为8.1、8.3、8.2 ml，质量与体积的比值，为该样品的实际密度，数值为1.55、1.58、1.62 g/ml，其平均密度为1.58 g/ml。二厂地区注水井在矿化度的影响下，其密度在1.4g/cm3左右，这样颗粒的实际密度超过了水的密度，颗粒会发生沉降。

图3为南2-x井同位素五参数注入剖面组合测井原始曲线图，图4为测井解释成果图。该井全井注入量为109 m3/d，最后一级层位为G16-8(1 150.5～1 154.3 m)、G18(1 157.3～1 157.8 m)，示踪剂为实验中平均密度1.58 g/ml的同位素颗粒。从原始图上看有流量显示，并且井温有明显的拐点，层位分布于配水器上方，同位素颗粒通过配水器进入油套环形空间应向上移动，但是从资料分析在2个层位处并未有同位素吸水显示，可以看到同位素颗粒通过配水器后无法上返，并出现下沉的迹象，在底部形成了源堆积，验证了该同位素颗粒的密度超标，严重影响了该井的测试资料准确度。

3 结论及建议

同位素颗粒密度对测井效果起着至关重要的作用，想要解决密度问题可以从以下几方面的改进来提高测试效果：

1)利用多空隙材料制作新型同位素颗粒，具有一定的孔隙结构，可以降低颗粒的密度，提高同位素颗粒随水运动的能力，得到均匀的悬浮液；

图4 南2-x井成果图

2)用密度较小的同位素颗粒在其表面喷洒表面活性剂，使其包裹同位素颗粒，让颗粒的密度趋近于标准值，同时还可减小颗粒的离散度；

3)在同位素颗粒中混入标准密度的冷球，使其总体密度趋近于标准密度，还可减少同位素颗粒在工具位置的沾污，提高测试资料准确度。

[1] 李 华, 朱福金, 刘 琼，等. 表面活性剂在同位素注水剖面测井中的应用[J]. 油气井测试， 2003，12(1)：39-41.

[2] 郭海敏, 戴家才, 陈科贵. 生产测井原理与资料解释[M]. 北京：石油工业出版社， 2007：28-32.

[3] 楚泽涵, 高 杰, 黄隆基. 地球物理测井方法与原理[M]. 东营：石油大学出版社， 2007：17-21.

[4] 张永福, 唐海涛, 朱忠海，等. 注入剖面五参数组合测井仪的改进[J]. 石油仪器，2003，17(5)：44-45.

Influence Study of Carrier Particle Density on the Result of Isotope Tracer Flow Logging

JIAO Jianbing

(Logging&TestingServicesCompanyofDaqingOilfieldCo.Ltd.,Daqing,Heilongjiang163453,China)

The suspension movement in the well is influenced by the physical properties of the carrier particles, and the density of the carrier particle is the crucial factor affecting the result of the isotope tracer flow logging. The phenomenon of the particle, such as sinking fast, return slow or failure to return, will appear under the condition of overlarge density. In the opposite case, the isotope tracer will sink slowly or can not enter into the water injection section, which leads to the failure of the logging. So it is important to choose suitable density particles for the isotope logging. For the purpose of clearing up whether the current isotope particles can meet the logging requirements, the experiment is carried out and the solutions and suggestions are put forward according to the results.

isotope; tracer flow logging; grain density; settling velocity

矫建兵，女，1978 年生，助理工程师，2012年毕业于东北石油大学石油工程专业，现主要从事测井技术服务工作。E-mail:dqsc15@126.com

P631.84；O571

A

2096-0077(2017)03-0082-03

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.03.018

2016-11-29 编辑：高红霞)