示踪相关流量测井设计及解释方法优化

王海莹

(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江 大庆 163153)

0 引 言

随着示踪相关流量测井技术在大庆油田的应用，在现场测试及资料解释方面呈现出越来越多的问题。示踪相关流量测井设计中缺少测量顺序、示踪剂释放深度及等待时间这些对现场测试具有重要指导意义的相关内容；同时测试资料显示的示踪峰形状各异，管内介质各不相同，就目前来说还没有在理论上形成一套根据示踪峰特点、流量、流态、介质等参数来有效识别读值方式以准确解释计算流量的方法。因此，示踪相关流量测井设计及解释方法亟须优化，以满足“精细设计、精细施工、精细解释”的要求，从而进一步提高示踪相关流量测井的测试效果和解释精度。

1 基本原理

1.1 数学模型

示踪相关流量测井的基本原理[1]，就是把具有一定聚合性的示踪剂在油管或套管内相关位置释放，通过探测和计算被示踪剂标记的向上或向下流动的水流流动速度，来获取各个配注层段的配注量和各吸水层的注入量的一种方法。利用示踪相关流量测井技术，通过纵向上划分不同测量单元，采用速度法测量(点测法、追踪法)以及重复测井工艺，根据实际测井曲线的形态特征、选取合适的读值方法和校正系数，准确求取水流速度。

模拟油管、套管、油套环形空间内的流量、示踪剂段塞运移距离与时间的关系，建立理论模型：均匀流体在油管、套管、油套环形空间中匀速运动，使用Φ38 mm仪器在油管内测量，其中套管外径139.7 mm，壁厚7.72 mm；油管内径62 mm，壁厚5.5 mm。

当注入井的注入量为100 m3/d时，示踪剂随流体在油管内运移7 m所用的时间为0.2 min，在套管内运移7 m所用时间为0.8 min，在油套环形空间内运移7 m所用时间为1.2 min左右。

1.2 影响因素分析

1.2.1 示踪剂选择(水溶性、油溶性)

实际应用中，示踪剂一般可分为水溶性和油溶性两类[2]，在水驱、聚驱、三元复合驱都有广泛的应用。

水溶性示踪剂由水溶性液体放射源和水溶性载体组成，易扩散，适应广泛，可应用于水驱、聚驱、三元复合驱，但是示踪峰显示不明显，解释难度大，解释精度低。

油溶性示踪剂由不溶于水的轻质有机液和重质有机液掺混制备而成，稳定性高，不易扩散，溶液中扩散不均匀，适应广泛，对水驱、聚驱、三元复合驱都有较好的效果，示踪峰显示明显，解释精度高。

1.2.2 释放器位置选择

根据井下管柱结构选择释放器的位置，也是准确录取测试资料的重要因素之一。井下管柱类型一般分为三种：笼统正注、笼统返注、分层配注。

笼统正注时释放器位置选择在探头上部；笼统返注时释放器位置选择在探头上部、下部均可；分层配注时根据水嘴位置选择，当水嘴在层上或居中时释放器位置选择在探头上部，水嘴在层下时释放器位置选择在探头上部、下部均可。需要注意示踪剂释放后，减少仪器移动对示踪剂的冲击，以降低示踪剂的分散程度(特别是对油溶性示踪剂影响较大)。

2 测井设计及解释方法优化

2.1 示踪相关流量测井设计优化

考虑到示踪相关流量测井精度的影响因素有很多，结合测井现场施工工作的经验总结，主要从静止点测与追踪法测量的选择，示踪剂释放、点测位置及顺序选择，点测等待时间确定，扶正器的使用，释放器位置的选择，测井文件生成问题等方面进行优化设计，这些因素是影响示踪相关流量测井资料录取工作质量控制的关键点。

2.1.1 静止点测与追踪法测量的选择优化

静止点测法是在油管，套管及油套环形中静止测量，对示踪剂冲击相对较小，识别精度高，但是测量时间相对较长。

追踪法测量时间短，通过追踪示踪剂的趋势，可以定性判断该层有无吸水，但是对示踪剂冲击相对较大，精确度低,不适用于精确解释。

示踪相关流量测井以静止点测为主，追踪法测试为辅。当需要精确解释时，采用静止点测法，同时采用追踪法进行辅助测量。当需要定性判断有无吸水时，采用追踪法。当油套环形空间内某示踪峰移动较缓慢时，可单独采用连续追踪的方式测量，仪器在油管内上下移动，对油套环型空间内的示踪剂稳定运动干扰较小[3]。

2.1.2 示踪剂释放、点测位置及顺序选择优化

速度法测井时，仪器通过释放器向井筒中喷射示踪剂，当两伽马探头均位于两射孔层位之间时测量示踪剂通过这两个伽马探头时间，由此确定每一个解释层的视速度，进一步确定流量。表1为示踪剂释放、点测位置及顺序选择优化表[4]。

2.1.3 点测等待时间确定

正常情况下，当两探测器准确测量到示踪剂段塞并能计算流量后，即可结束该点的测量，但是当流量较小或没有流量时，我们点测时等待的时间如何确定呢？原则上，我们按目前示踪相关仪器的测量下限3 m3/d来反推我们需要等待的时间。比如，在油套环形空间内，移动4 m所用的理论时间约为12 min，那么我们点测时需要测量12 min，以判断有无流量。

2.1.4 其它

1)扶正器的使用

速度法测井受示踪剂在井内释放情况的影响，需要有明显的段塞脉冲峰值。示踪流量计在喷射时从仪器进入仪器与油管的环形空间，如果仪器不居中，喷射可能正对着井壁，很可能导致示踪剂的分布相当不均匀，不能与流体很好的混合。但是，对于注聚、注三元井，结垢现象严重，若在测试过程中使用扶正器，扶正器刮削油管内壁，导致垢屑随注入液流经配水器或进入层位，导致配水器或层位封堵，导致测试过程中出现“憋压”现象，注入量时大时小，使测试结果无法正常反映注入井的注入状况。因此，在示踪相关流量测井中，扶正测井工具很重要，但是对于注聚或注三元井则需谨慎考虑[5]。

2)释放器位置的选择

释放器易造成仪器对示踪剂的冲击，导致示踪剂被冲散，对测试效果及解释精度都有较大影响，特别是对油溶性示踪剂影响较大，冲散后，该示踪剂在溶液内分布杂乱，对资料的解释工作造成了很大困难。如图1所示为油溶性示踪剂冲散后的示踪峰峰型，不利于后期的解释工作。

图1 油溶性示踪剂冲散后的示踪峰峰型

3)测井文件生成问题

测试时，先监测曲线，后释放示踪剂，便于资料解释时判断示踪剂释放的深度及时间；同时，每次释放示踪剂所测的所有点测资料应在同一测井文件内，中间无间隔、无暂停，便于分析测井过程。

2.2 测井数据解释方法优化

2.2.1 示踪峰特征及分类

通过对东区萨葡二类三元复合区130井次示踪相关流量测试资料的统计整理，示踪峰的特征形态显示各异，特别是油溶性与水溶性示踪剂所测得示踪峰特点更是极不相同，主要原因是油溶性示踪剂在注入液中不易扩散，峰型显示效果相对较好，而水溶性示踪剂受扩散作用的影响较大，对注入量较低的井影响尤为严重。表2与表3分别就油溶性与水溶性示踪剂所测得示踪峰特点进行分类描述。

2.2.2 读值方法确定

如何获取两个峰间的ΔH及Δt值将直接影响Vi的精度，关系到资料解释的准确性，因此，需要根据实际测井曲线的形态特点，选取合适的读值方法[6]。

1)峰尖取值法

对示踪峰峰尖显示明显(水管Ⅱ、Ⅲ，水环Ⅳ，油管Ⅰ、Ⅱ，油环Ⅰ)，可直接读取峰尖的深度-时间(hi，ti)来计算，进而确定流量[7]。

表2 水溶性示踪剂示踪峰特征

续表

表3 油溶性示踪剂示踪峰特征

2)互相关法

互相关法是利用时间轴上两相关示踪峰之间的相似性来确定示踪剂段塞通过两探测器时间的方法。通过移动某一曲线上的示踪峰，并计算两相关示踪峰的相似系数，当相似性最高，相关系数最大时，该曲线上示踪峰的移动距离即代表了两相关示踪峰的移动时间，进而也就确定了总流量。该方法对于两峰型相似的情况具有较好的果，相似性越高效果越好。

3)质心法

质心法是一种模拟方法，它将时间轴上示踪剂段塞强度所形成的示踪峰看作一种平面有质量的物质，物质的质心作为该示踪峰的最佳设置点，通过求质心的方法来确定两相关示踪峰的移动时间，进而确定通过两探测器的总流量。该方法要求两示踪峰曲线的基线基本处在同一平面上，同时在将两示踪峰都选上的前提下，尽可能缩小选择区间，以提高解释精度。适用峰型水管Ⅱ、Ⅲ，水环Ⅱ、Ⅲ[8]。

4)半幅点取值法

由于受到注入量、释放时间、运移时间等诸多因素的影响，示踪剂会出现扩散现象，示踪峰不明显。这种情况下，可读取前沿切线半幅点的深度-时间(hi，ti)来计算。适用峰型水管Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，水环Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ，油管Ⅰ，油环Ⅰ、Ⅱ。

5)前沿点取值法

前沿点取值法是把伽马基线视为直线，与示踪峰前沿(运移方向)切线做一个交点，该点是伽马射线开始偏离伽马基线的点，读取该点的深度-时间坐标(hi，ti)进行计算。但是随着示踪剂运移距离的增大，大部分进入地层或者扩散进一步加剧时，示踪峰的幅度会逐渐减小，前缘点变得模糊不清，这个时候读值会产生较大的误差。因此，该方法对水管Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，水环Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ，油管Ⅰ，油环Ⅰ、Ⅱ都有较好的适应性。

2.2.3 速度系数确定

示踪相关流量测井是测量管子内被示踪剂标记的向上或向下流动的水流流动速度，进而确定流量，因此，管子内流体的流态(层流、过渡流、紊流)对测量结果有较大的影响，而流态取决于流体流动时的一个无因次组合值(雷诺数NRe)，与管子内径、平均流速、流体密度、粘度有关[9]。如图2所示反映了内径、流量、流体粘度下的雷诺数。

对于高粘度流体，如聚合物溶液、三元液，在很高的流速情况下也保持着层流的特性。如图2所示，在12.7 mm内径套管内，注入粘度为10 mPa·s的流体，当流体达到160 m3/d时，依然是层流状态。

图2 内径、流量、流体粘度下的雷诺数

在示踪相关流量测井中，求得体积流量是我们的最终目的，而体积流量只与平均流速有关，如何利用测试资料计算平均流速是关键。

因此在资料解释过程中，要准确根据实际测井曲线的形态特征，选取合适的读值方法，最好是多种方法同时解释，相互验证以提高测试资料的解释精度；此外，还要考虑流态对流速的影响，通过注入液粘度，注入量等因素判断流态，合理选择速度系数，综合多方面影响(如套变、结垢等)，以准确分析测井资料[10]。

3 结 论

1)在示踪相关流量测井施工前，应准确根据井况，判断扶正工具使用及确定释放器位置。

2)测点顺序、示踪剂释放深度及等待时间都是现场测试施工中非常重要的参数，因此示踪相关流量测井设计中必须有所体现。

3)如何根据示踪峰的峰型特点选择合适读取方法，是提高解释精度的最有效方法，最好是多种方法同时解释，互相验证，以确定最优值；同时，合理选择速度系数，综合考虑，以准确分析测井资料。