一种注入剖面多级同位素释放器的设计及应用*

李禹辉

(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江 大庆 163511)

0 引 言

国内油田普遍采用注入剖面五参数测井仪监测井下层位吸水状况，该仪器需要采用同位素载体做示踪剂。施工时，首先在井筒内某一深度释放同位素载体，测量同位素曲线解释注入剖面。目前常用的释放器有爆炸式[1]和电动式[2]，同位素在井下释放后随注入水向下替注，由于受到井下工具及井壁沾污的影响[3]，单位体积注入水中所含示踪剂的比例逐渐降低，导致示踪剂到达射孔底部后普遍用量不足[4]，因此测井过程中，经常需要将仪器串取出到地面重新灌装同位素。而大庆油田井下施行精细注水，老区井配注层位多,大量井射孔段超过100 m，利用一次释放同位素载体示踪法测井，反映注水井底部层位吸水比例明显偏低[5]。特别是针对低注入量井，当同位素运移到底部吸水层位时，上部的同位素已经被长时间注水冲刷掉，曲线上的同位素显示比例偏低或消失[6-7]，连续测井资料中温度和流量参数也与同位素吸水剖面曲线不符[8]，测试结果与地质开发数据差异较大，资料无法真实反映地层吸水情况。由于一次释放同位素测井周期长、效率低、容易对井场和操作人员造成二次伤害[9]，因此研制了一种能够在井下多个测量井段分时释放的多级同位素释放器。该释放器避免了同位素沉降过快或管柱沾污给测量带来的影响[10]，可用于同位素固相载体[11]或有特殊需求的二次释放同位素五参数组合测井。

1 总体结构

多级释放器由外筒、电机插拔孔、丝杠、第一级源筒、第二级源筒和尾帽组成。每一级源筒由注源孔开关、注源孔、源筒活塞和出源孔组成。其中电机连接插拔孔可以与普通电机进行快速插拔连接，带动源筒活塞运动。多级源筒可根据设计装有不同强度、不同体积的固体同位素颗粒，两个源筒可以分装60 mL同位素。尾帽可与加重杆连接增加仪器串配重，便于仪器顺利下入井筒内。

仪器总体结构如图1所示。

1-释放器外筒；2-丝杠传动杆；3-第一级源筒盖；4-第一级注源孔开关；5-第一级注源孔；6-第一级丝杠；7-第一级源筒；8-第一级源筒活塞；9-第一级出源孔；10-第二级源筒盖；11-第二级注源孔开关；12-第二级注源孔；13-第二级源筒；14-第二级丝杠；15-第二级源筒活塞；16-第二级出源孔；17-丝杠支架；18-尾帽

2 工作原理

首先用螺丝刀旋转丝杠传动杆，通过丝杠将第一级和第二级源筒活塞移动到出源孔左侧，使用专用工具沿仪器径向滑动打开第一级和第二级注源孔开关，打开两个注源孔，将同位素颗粒装入源筒内，然后滑动源孔开关关闭注源孔，完成同位素的分装。测井时，测井仪尾部的电机传动杆与释放器的丝杠传动杆相连，电机供电后带动第一级丝杠和第二级丝杠旋转，两级源筒活塞在丝杠的作用下，同步向右移动，第一级源筒活塞首先通过第一级出源孔，源筒内的同位素在水流的作用下，快速流出源筒进入井筒内，完成第一级释放。通过电缆将测井仪和多级释放器下入到其他目的层位，通过电机带动丝杠继续旋转，待第二级源筒活塞通过第二级出源孔，即可完成第二级同位素的释放。

3 多级释放器行程控制

为了实现多级同位素释放器的先后释放，两级源筒活塞与丝杠之间采用螺纹连接，两个源筒处的螺纹长度之比为3∶4。当丝杠旋转时，源筒活塞沿导向螺钉向右侧移动，3 min后，源筒活塞全部通过第一级出源孔后，活塞与丝杠脱离，套在丝杠光杆上，活塞不再向右移动，此时打开第一级源筒。丝杠继续旋转，1 min后，第二级源筒活塞全部通过第二级出源孔，第二级源筒打开，丝杠继续旋转，活塞越过螺纹，不再继续移动，此时完成第二级释放。地面复位释放器时，只需向左按压并反向旋转丝杠，即可以将两级活塞恢复到同位素分装位置。多级释放器传动机构行程控制如图2所示。

1-丝杠；2-第一级源筒；3-第一级源筒活塞；4-第一级导向螺钉；5-第一级出源孔；6-第二级源筒；7-第二级源筒活塞；8-第二级导线螺钉；9-第二级出源孔

4 技术指标

外径：38 mm；

耐温：125 ℃；

耐压：40 MPa；

源筒数量:2个；

容量：第一级60 mL，第二级60 mL；

释放时间：第一级释放时间3 min；第二级释放时间4 min。

5 施工工艺

二次释放工艺采用的释放器为两级源筒，需要注入剖面五参数测井仪配合测井施工[12]，能够分两次在射孔层段不同位置分别释放同位素示踪剂。

5.1 适用范围

当施工井的历史资料反映出井温解释有吸水而同位素解释不吸水，或无历史资料，或施工井在上次测井之后工作制度有变化，或进行过压裂、酸化等措施，且同时满足下列任意条件时：

1)位于中下部的配注层段注入量小于等于10 m3/d，且该层段配水器距上一级配水器距离大于30 m；

2)射孔井段大于200 m，全井注入量不超过35 m3/d，底部配注层段内射孔层距配水器距离大于30 m。

5.2 释放工艺

采用二次释放工艺，首先将仪器下入到被测井的底部，对该井低注入层段单独释放同位素，然后上提仪器，在射孔层顶部以上进行第二次同位素释放，通过两次释放保证底部层段示踪剂用量充足[13]。在资料解释方面，针对单独释放的底部层段与全井同位素曲线吸水面积分开解释，并参照流量曲线综合分析全井吸水情况[14]。

6 测井应用

6.1 吸水效果对比

2020年采用二次释放工艺，现场试验共计24井次。其中7口井管柱情况和配注方案未变，从吸水情况对比分析可以看出，原一次释放工艺吸水层数55个，吸水厚度42.7 m。采用二次释放工艺测试吸水层数70个，吸水厚度57.1 m。吸水层数和吸水厚度分别提高了27.3%和33.7%。测试结果对比见表1。

表1 一次释放与二次释放工艺测试结果对比

6.2 综合测井分析

X3-XX-6XX井是大庆油田采油X厂一口注水井，2019年对其进行常规五参数测井，测井成果图如图3所示。井温曲线在1 010 m处开始出现拐点，井温显示该井的最后一级配水器吸水，而流量曲线并没有明显台阶。分析认为，是由于流量计启动排量大，对低注入量响应不明显。由于该井配水器距离射孔层大于40 m，存在替注时间不足或者上一级配注段沾污导致下面同位素颗粒不足的情况，从而没有吸水显示，最终导致三参数综合解释矛盾。2020年采用多级释放器对该井进行再次测量，分别在995 m和800 m深度完成二次同位释放，同位素曲线在1 051～1 052 m有明显的吸水显示，并且与井温、流量曲线三参数相符，资料反应该井吸水情况良好，测井成果图如图4所示。

图3 X3-XX-6XX井测井成果图(一次释放)

图4 X3-XX-6XX井测井成果图(多级释放)

X6-XX-S7XX同样采用多级释放器测试，该井射孔井段在960～1 160 m，测井井段大于200 m，日注量33 m3/d，井口压力9.6 MPa。测井解释成果图如图5所示。从曲线上看，最后一级配注层段配水器(1 061.5 m)与最近的射孔层1119 m相距60 m，而最后一级配注段注入量仅有4.99 m3/d，相对注入量15.13%。在底部配水器上方1 045 m进行第一级释放，测量的井温、流量、伽马曲线三者相吻合。上提仪器，在该井顶部射孔层以上100 m进行二级释放后，测量的同位素曲线显示，上部射孔层吸水情况比较明显，如图6所示。该井一共41个射孔层，吸水层有22个，吸水动用程度达53.66%。

图5 X6-XX-S7XX井测井成果图(第一级释放)

图6 X6-XX-S7XX井测井成果图(第二级释放)

7 结 论

1)多级释放器利用丝杠上不同长度的螺纹带动两个同位素源筒活塞分时释放同位素，比一次释放工艺携带同位素用量多，测井准确性更高。

2)相对一次释放工艺，多级释放可针对注入井中底部低吸水层段或注入量低、井段长的层位单独进行同位素释放，在一定程度上可以减少井壁及工具沾污对测井的影响。

3)采用多级释放工艺测试，底部低吸水层段的同位素曲线显示比例有大幅提高，替注时间缩短、测井效率高。