能谱水流脉冲中子测井技术在延长油田试验应用分析

刘延云 王亚雄

摘 要：针对延长油田使用的注入剖面测井手段，分析放射性同位素示踪剂测井技术的不足，提出一种核测井方法：脉冲中子氧活化测井方法。通过对脉冲中子测井技术原理、仪器设备、测井工艺、解释方法等的研究，结合现场应用，形成一套适用的测试工艺流程和解释方法。

关键词：脉冲中子氧活化;吸水剖面;相对注入量;绝对注入量

中图分类号：TB 文献标识码：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2021.07.084

延长油田进入注水开发期，为了维持油层压力且使油井保持产量稳定，通过注水井给井下油层注水。因此就需要在油井生产中测吸水刨面，得到各小层的相对和绝对注入量。以此来判断注水井的注水状况，检测和监测注水井吸水剖面，以便通过调节注水量来控制相应产油井的含水率。对于油田注水开发动态分析，相关监测数据的完整程度，直接影响所属油区的开发以及生产水平。

1 问题提出

目前，伴随着延长油田老区块的持续开发，地层状况日益复杂。以往延长油田系统内所使用的注入剖面测井方法大多以测量井剖面的介质压力、井温、噪声谱，效果和误差较大。后续在定边、富县使用涡轮流量和电磁流量技术、七里村、南泥湾使用流体密度和超声波流量技术、宝塔青化砭、子长安定等区块使用同位素示踪技术等。放射性同位素示踪剂测井技术近年也在延长油田部分区块使用较多，它已适合野外作业操作，构建作业施工工艺简单、监测系统采集数据可以直观地显示地层吸水状况、吸水层的厚度、绝对吸水量。所以近年推广很快。

测井现场实践揭示说明同位素吸水剖面测井受到诸多因素的影响， 作为一种和测井方法-脉冲中子氧活化测井法，其核心是确定注入量，参数活化水流流经各个探测器的时间来确定水流的速度，就是利用脉冲中子管对水流进行活化，测量活化水流。其优点主要由：（1）克服大孔道地层影响，能判断管外窜槽、确定漏失位置及漏失量以及验证封隔器的密封性等;（2）不受管柱结构限制，相比于电磁流量、涡轮流量，能实现笼统注水和分层配注条件下测量吸水剖面;（3）不受各种沾污影响，常见的油井管壁不光滑，含油、水质不好、蜡等一般性污染因素外，也有调剖剂造成的较大面积粘污;（4）对比大粒径同位素测井，粘污和沉积的因素可不予考虑;（5）实现同位素测井在复杂井筒条件下吸水剖面测量问题，水剖面成果可以定量展示。

脉冲中子氧活化主要测量参数上，包括测量水流，质量流量和体积流量，适用范围目前可见文献应用有：（1）确定注二氧化碳驱井中注聚合物、三元复合水的流量和流速;（2）高含水的产出井主产水层;（3）气举井的主出水层位。我们在适用实践中发现，适用范围和实践经验提升，该方法能够迁延和用于解决更多油井现场问题，为诸如常见的油井调剖和堵水作业提供准确可靠的措施依据。

目前我们已通过对脉冲中子测井技术、工艺、仪器设备、解释方法等的研究，结合现场实践检验，归纳出适用的测试工艺流程和解释方法。

2 方法机理及效果对比

2.1 常规注水井吸水剖面测试方法

分析对比了目前常规注水井吸水剖面几种测试方法，归纳总结如下：

（1）放射性同位素示踪测井特点：①这种测井方法可适用在笼统、分层注水、注聚井中测量，对小层有分辨能力;②载体密度和粒径均匀性影响测井质量;③在深穿透射孔、压裂和大孔道层段施工时要相应的采取大颗粒的同位素测井，在施工上带来不便，否则会给出完全错误的结果;④管壁不光滑、腐蚀因素在油管接箍、配水器、封隔器等工具位置存在同位素沾污的现象，给解释带来一些困难;⑤对于注入粘度较大的井，同位素容易抱团，不利于资料的解释;⑥受窜槽、漏失的影响，影响测井结果的准确性。

（2）连续示踪测试法测井特点：①同一口井中，先进行连续示踪测井，再进行普通同位素测井，相互印证，能更准确的反应该井吸水情况;②连续示踪测井方法能够克服深穿透射孔、大孔道、粘污、漏失等因素对同位素测井的影响，使测井结果更为可信;③解释精度较高，单层的吸水量计算相对准确，单层吸入量测量精度可达0.5m3/d;④井筒介质等因素不受影响。主要是指井内含蜡、结垢、出砂、其他入井化学药剂块结物或者颗粒物，以及井壁挂物;⑤测试解释能描述井下管柱结构及井下工具的工作状况，主要包括：封隔器的密封漏失介质情况、配水器吸水量的相对和绝对情况、油管或者套管套损所形成的漏失量情况、井下工具是否在符合设计要求的井下位置。该工艺每个小层需喷射液体同位素，且需连续追踪，对隔层较小的层，因追踪深度段较小，计算出来的吸水量偏差较大，精度较低。

（3）脉冲中子氧活化测试法：该工艺在测量流量时为定点测量，仪器串为伽马、磁定位、井温、压力组合，可精确定位于指定深度点，测量精度较高，不受管柱结构的影响，可测油管内，套管内及油套环空内水流速度，是目前较为理想的测试工艺。对比以上所有的测试工艺后，我们最终选定用脉冲中子氧活化水流测试法来进行注水井吸水剖面测试。

2.2 脉冲中子氧活化水流测试法技术机理

作为目的在于测定其向下或向上的流体流动速度，无论是油田注水井（正、反注井），还是配注井，该测井技术完全适用此项功能。氧活化测井仪的功能示意图，如图1所示，该仪器，较准确给出被测油井各地质层的分层吸水情况;同时另一个能力是测量对配注井内的管柱工具（配水器和封隔器），可以判断管外串流导致的泄露、配水器或封隔器堵死的情况，检测充分发挥不接触测量的优势。

物理基础：利用高能脉冲中子与氧元素核反应后放射出的特征伽马射线，该射线能穿透井下套管、油管和水泥等材料。依靠检测伽马射线可确定仪器周围含氧流体的流动情况。

测量原理：测量仪器带有液体喷射器，能够把少量的放射性示踪剂，通过注入介质带入井中，排放到液流中去;然后通过装在喷射器上面的伽马仪，对井内流体进行追踪，从而计算出流体在某深度处的流速，進而换算成流量，用分层递减法求出分层流量。在流动截面确定情况下，利用v=S/t，Q =Cv×Pc×v，Pc= 1/4π（D2 -d2）， 式中：Q 为流量，m3/d;Cv 为速度校正系数，1;Pc 为套管内与仪器外环空截面积，mm2;v为速度，m/s;D为套管内径，mm;d为仪器外径，mm。

2.3 脉冲中子氧活化水流测试法适用条件

（1）非接触式测量，可确定管内、管外水流。脉冲中子氧活化可通过非接触的方式对流体进行测量，方式是在油管中测量油套空间的流体方向和速度。多油管配注井中，可以在一个油管中测量另一个油管内和套管内的流体方向和速度。进而能够验证油套环空封隔器的漏失，监测套管外窜槽水流等情况。

（2）能够同时确定上、下水流。依靠脉冲中子，在一个测量点可同时测量出上、下水流的流量，极大的简化了操作步骤，大大减少了测量次数。也有利于现场操作和解释人员进行流量状态的分析，具体见图2。

（3）测量范围广：伽马探测器源距覆盖范围从最短源距351.8mm，到最长源距3883.5mm，有利于各种测量流量的范围需求。

（4）不受井内介质等因素影响。

2.4 现场实施与总体完成情况

经过前期协调，脉冲中子氧活化水流测井制定的39口测试井在宝塔采油厂开展实施，由延安今天石油天然气工程技术服务有限公司承担现场测试作业，宝塔采油厂测试39口，全部测量成功，具体见表1。

2.4.1 总体完成情况统计

2.4.2 吸水层段及厚度统计

统计39口井脉冲中子氧活化水流测井，本项目总共完成了86个射孔层段的测试。其中吸水层数68个，吸水层段占射孔层数79.1%;射孔总厚度215.6m，吸水总厚度178.1m，吸水层总厚度占射孔层总厚度82.5%;平均单井注水量4.02m3/d，平均单井注入强度1.07m3/d/m。

2.4.3 分类吸水层段统计

统计39口注水井86个射孔層段，不吸水层段共计18层15口井。其中有2个射孔层段1层段不吸水有6口井; 3个射孔层段1层段不吸水有6口井;3个射孔层段2层段不吸水有2口井;4个射孔层段2层段不吸水有1口井，具体见表2。

2.4.4 注强度统计

统计68个吸水层段注入强度，注入强度多分布于0.5-1m3/d/m区间。注入强度小于0.5m3/d/m的单层计4个，占比为5.9%;注入强度在0.5-1m3/d/m的单层计42个，占比为61.8%;注入强度大于1m3/d/m的单层计22个，占比为32.4%，具体见图5、图6。

2.5 项目取得资料情况

2.5.1 总体完成情况统计

选井61口，筛选符合测试条件45口。完成测试39口，成果图39份，解释报告39分，上交曲线195条，测井资料合格率195条，合格率100%。

2.5.2 吸水层段及厚度统计

统计39口井脉冲中子氧活化水流测井，本项目总共完成了86个射孔层段的测试。其中吸水层数68个，吸水层段占射孔层数79.1%;射孔总厚度215.6m，吸水总厚度178.1m，吸水层总厚度占射孔层总厚度82.5%;平均单井注水量4.02m3/d，平均单井注入强度1.07m3/d/m。

2.5.3 分类吸水层段统计

统计39口注水井86个射孔层段，不吸水层段共计18层15口井。其中有2个射孔层段1层段不吸水有6口井; 3个射孔层段1层段不吸水有6口井;3个射孔层段2层段不吸水有2口井;4个射孔层段2层段不吸水有1口井。

2.5.4 注强度统计

统计68个吸水层段注入强度，注入强度多分布于0.5-1m3/d/m区间。注入强度小于0.5m3/d/m的单层计4个，占比为5.9%;注入强度在0.5-1m3/d/m的单层计42个，占比为61.8%;注入强度大于1m3/d/m的单层计22个，占比为32.4%。

3 项目研究结论

（1）脉冲中子氧活化法测试，可以不受管柱结构的影响，可同时测量油管内、套管内和油套环形空间水流，可同时测量上水流和下水流而不用考虑管柱结构是分注还是笼统注水，而常规的吸水剖面受管柱影响较大。

（2）脉冲中子氧活化法是对流体进行活化，不会形成沾污和放射性污染;常规吸水剖面因需要用到同位素，会在管柱上形成污染，影响资料后期解释精度，同位素还会对地层在一定时期内造成污染，不利于环保。

（3）脉冲中子氧活化法可精细分层测试，对层间距较小的层或特殊存在大孔道、裂缝的井都有较强的识别能力;而同位素吸水剖面虽然也能测得这些特殊情况下的吸水状况，但对现场操作员的要求较高，需要丰富的经验和敏锐的判断，资料后期解释人员也需要有较强的识别和处理能力，不如氧活化测得的资料准确、直观。

（4）脉冲中子氧活化法测的是水流速度，可直接求得单层注入量;同位素吸水剖面资料解释用的是叠加后求面积法，求得的是相对吸水量，人工干预较大，解释精度和解释符合率都会有所下降。

（5）完成39口井脉冲中子氧活化水流测井，资料解释及验收完成39口井，完成率100%。资料解释合格39口井，测井资料合格率100%。

参考文献

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