釓作為中子伽馬測井示蹤劑的可行性研究

常琳娜

（中石油大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司第九大隊，黑龍江 大慶 163853）

隨著油田開發的不斷深入，環境保護意識進一步提高，放射性測井方法逐漸向基于可控中子源的脈沖中子測井技術方向發展，基于中子壽命方法的示蹤測井方法已經得到了應用。為了在套管井含水飽和度高的產層中確定剩油飽和度和水淹層或水淹部位，20世紀90年代中期，大慶油田研發了中子壽命硼測－滲－測工藝，彌補了已有測井方法確定剩余油飽和度誤差大的不足，目前該工藝已應用于我國許多油田，并得到了良好效果。該方法一般采用硼作為示蹤劑，因此，也被稱為硼中子測井方法［1－2］。

此外，最常用的同位素測井放射性污染風險大，同時同位素示蹤劑運輸、保管及使用不可避免存在放射性風險。大慶油田提出的非放射性示蹤流量測井方法很好地解決了這些問題［2］。該方法的技術思路是把具有一定聚合性的示蹤劑在油管內釋放，與井內流體形成懸濁液，示蹤劑隨井內流體流動，當其流經偏心配水器時，一部分示蹤劑將會通過水嘴流入到油套空間中，隨著水流向上或向下流動，最后進入各個注水層，通過測量釋放示蹤劑前后各注水層的中子宏觀俘獲截面，可了解各注水層的動用情況。

上述2種中子俘獲測井方法的優點在于無放射性，可以利用中子壽命測量方式解決剩余油飽和度測量和流量測量問題，難點在于簡單而實用的測井工藝以及高性能的非放射性示蹤劑選擇。下面，筆者通過調研分析，選擇釓作為中子俘獲測井的非放射性示蹤劑，對其可行性進行了研究。

1 理論可行性分析

示蹤劑性能是影響示蹤測井質量的關鍵要素，中子俘獲截面的大小以及特征伽馬射線的強度是非常重要的考察參量。表1所示為地層中常見核素熱中子微觀俘獲截面，由表1可見地層中氯 （Cl）的微觀俘獲截面最高，為32.2×10－24cm2，這是中子壽命測井適應高礦化度地層水的緣由。相對于常用的中子俘獲示蹤劑硼 （B）來說，釓 （Gd）具有更高的微觀俘獲截面48696×10－24cm2（見表2），一個釓原子的熱中子俘獲截面是硼原子的64.16倍。因此，釓可為熱中子俘獲示蹤測井提供更高的異常值。

由此可見，釓元素可以作為良好的示蹤劑在熱中子俘獲示蹤測井中予以應用。

表1 地層中常見核素熱中子微觀俘獲截面

表2 硼、釓的熱中子微觀俘獲截面

2 可行性試驗研究

2.1 室內試驗

室內可行性試驗的目的是為了了解不同濃度釓溶液的測井響應，對釓作為脈沖中子－伽馬測井的非放射性示蹤劑的可行性進行分析。

試驗過程中，在兩端開口的金屬箱內填充石英砂顆粒模擬地層，將不同濃度的飽和釓溶液灌充至模擬井筒裝置的油套環形中，在模擬裝置 （油管居中放置于套管中，兩端封閉，長度為1m）的油管中放入非放射性示蹤流量測井儀樣機，采集中子壽命時間譜，了解不同條件下試驗樣機對釓溶液的響應。

分別針對濃度為3.0%、1.0%、0.5%、0.25%和純水條件下的溶液進行測量，計算得到的中子宏觀俘獲截面∑值。測量得到的宏觀中子俘獲截面隨溶液濃度的變化關系如圖1所示。

由圖1可以看出，通過試驗樣機響應計算得到的宏觀中子俘獲截面隨著溶液濃度的增加而增加，并呈現出較好的線性關系；在濃度為0.5%的條件下，測量得到的∑值仍然與水有著較大差異；而在濃度為1%的條件下，當示蹤劑流經儀器探測系統時，測井曲線上仍然可以出現幅度為20c.u.的高斯峰。這說明，只要向井內注入約50ml的飽和釓溶液，至少可在井內出現約1500ml的釓溶液與井內介質的混合段塞，提供約60c.u.的測井響應差異。

圖1 測量得到的宏觀中子俘獲截面隨溶液濃度的變化關系

2.2 現場試驗

為了考察釓作為示蹤劑的現場可行性，采用開發的非放射性示蹤流量測井儀在大慶油田La－X標準井開展了可行性試驗。試驗采用定點測量，釋放器釋放釓液體示蹤劑進入井內，儀器下放，模擬示蹤劑向上流動的狀態，結果如圖2所示，其中SIGM＿S和SIGM＿L分別為近、遠探測器經過示蹤劑時測井儀獲取的井內流體的宏觀俘獲截面。由圖2可以看出，探測器經過示蹤劑時，井內介質的宏觀俘獲截面有明顯峰值，說明釓可以為測井響應提供較大的差異值，是一種較為理想的非放射性示蹤劑。

圖2 采用釓作為示蹤劑的中子壽命測井現場可行性試驗結果

3 結語

脈沖中子伽馬示蹤測井中，應用非放射性示蹤測井方式更安全環保，解決剩余油飽和度測量和流量測量問題更加有效。通過比較地層中常見核素和硼、釓的熱中子微觀俘獲截面大小，確定釓元素作為脈沖中子伽馬測井的非放射性示蹤劑更具有可行性。在中子壽命測井室內和現場試驗階段研究中，可以發現不同濃度的飽和釓溶液可以為測井響應提供較大的差異值，是一種較為理想的非放射性示蹤劑。

［1］姜文達，謝曉峰，殷國才 .中子伽馬測－滲－測工藝確定剩余油飽和度 ［J］.同位素，2006，19（4）:193－197.

［2］姜文達，潘為之.新型示蹤劑釓－157絡合物在熱中子俘獲測井中的應用 ［J］.同位素，2003，16（2）:70－72.