脈沖中子氧活化測井流量準確度影響因素分析

王萊雪,高　磊,王海瑩,何繼光

(大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司　黑龍江　大慶　163453)

?

·經驗交流·

脈沖中子氧活化測井流量準確度影響因素分析

王萊雪,高磊,王海瑩,何繼光

(大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司黑龍江大慶163453)

摘要：文章從脈沖中子氧活化測井流程及解釋過程入手，分析影響脈沖中子氧活化點測流量解釋精度的因素，結合水流測井時間譜曲線的特點，提出提高和優化流量解釋準確度的方案，以解決水流測井點測流量解釋不準確的問題。

關鍵詞：氧活化測井；脈沖中子；資料解釋；流量

0引言

隨著油田開發的深入，注入剖面測井的需求越來越高，脈沖中子氧活化水流測井作為一種非接觸、無沾污的技術，廣泛適用于注聚，注水，注二氧化碳的籠統、配注井的測試，脈沖中子氧活化測井自1999年在國內應用以來，技術不斷完善，規模不斷擴大，應用井數逐年增加，成為疑難注入井的主要測井手段，為油田開發提供了大量有用資料[1]。但是氧活化測井技術經常遇到的問題是有些點測所得的時間譜曲線的譜峰的形成受到多重因素的影響與預期的結果不符，不能為點測流量解釋提供有利依據，為此分析影響譜峰形成的干擾因素，排除影響流量判斷的干擾條件，成為進一步提高點測流量解釋準確性的關鍵。

1脈沖中子氧活化測井技術

脈沖中子氧活化測井就是用中子發生器先發射一段時間(2～10 s)中子，將中子發生器附近的含氧流體(包括聚合物、水、二氧化碳)活化，然后停止發射中子，活化流體經過γ探測器時，探測器計數率會增高，在探測器計數率隨時間變化的時間譜中會出現對應的峰值，根據峰值的位置能夠確定出活化流體從中子源到達探測器的時間t(渡越時間)，中子發生器與探測器之間的距離L已知(或通過流量刻度實驗數據回歸出等效源距L)，可以計算出流體流動速度v=L/t。通過井內管柱內、外徑尺寸可算出流體的截面積S，從而得出該測點處流體的則流量Q=v·S[2]。高能中子與高能伽馬射線能夠穿透井內流體、油管、套管和水泥環。脈沖氧活化測井方法能夠檢測油管內外水流，適用于注聚、注水、注二氧化碳的籠統、配注井測量注人剖面。該方法也適用于檢測封隔器漏失和套管外竄流。氧活化測井技術在機械上的優越性是免除使用放射性物質，在操作上的優越性是無須尋找井中的零流動區域并進行刻度測量。此外，還可以直接從計數率流動譜圖上獲取流動速度，進而估算水流量[3]。

2流量準確度影響因素

脈沖中子氧活化測井技術被廣泛應用于大慶油田，海拉爾油田，塔木察格油田，塔里木油田的注入剖面測試，但是在點測時間譜曲線計算流量時，得到不符合規律的結果。經過分析影響點測流量準確度的因素主要來自于井況自身問題，現場施工工藝以及解釋軟件取值等三個方面。

2.1井況自身問題方面

我國油田開采已經進入后期，隨著投產年限的增長，套損區塊普遍地出現管柱腐蝕、結垢、變形等現象；隨著注聚、注氣和注三元液井不斷投產，井內介質已經變得多樣化，油田常常將過去的水井轉注其他介質以便于合理驅油。

2.1.1管柱變形管內工具的影響

由于測點所在位置的管柱尺寸將參與到流體截面積的計算當中去，而在解釋軟件中輸入的管柱尺寸是根據該井管柱設計中的管柱數據填寫的，點測深度處若有接箍、工具以及管壁變形等未在設計中體現的內容，而在解釋軟件中仍然按照原來的標準尺寸輸入，則流體的截面積與實際不符，解釋出來的流量也與實際不符，該測點解釋結果不準確。

貝XX-X58-54井點測時間譜曲線圖如圖1所示，全井總注入量為45m3/d。圖1(a)顯示深度1 700 m處點測流量為43.7m3/d、圖1(b)顯示深度1 712.2 m處點測流量為114.17m3/d、圖1(c)顯示深度1 717 m處點測流量為44.67m3/d，由圖①可見，深度1700 m和深度1717 m處點，測流量接近，深度1 712.2 m處點測流量異常。

現場測井時如果遇到這種流量異常，可以到該井所

圖1　貝XX-X58-54井點測時間譜曲線圖

屬地質部門借閱井史資料驗證當前深度存在管柱變形和管內工具，在沒有前期井史資料的情況下，管柱變形和管內工具所處的位置無法預測，可以在目的測點附近加測一點或多點驗證，如加測點流量與原始測點接近，則流量異常突變的測點可以剔除，用加測點的流量結果代替突變點；如果加測點流量與上一測點的異常流量一致，則可排除管柱變形和管內工具造成影響的因素。

2.1.2井內介質的影響

脈沖中子氧活化可以測注水井、注二氧化碳井、注聚井以及注三元液井。由于井內介質的不同，流體粘稠度不同，氧元素含量也不同，在點測時間譜曲線上顯示的氧活化峰位也有區別。井內介質分別為水、二氧化碳、聚合物時的譜峰圖如圖2所示。從圖②中可以看出隨著介質的粘稠度變大，譜峰圖的峰位由軸對稱狀態分布轉變為不對稱分布。對于對稱型分布采用高斯函數描述：

y(t)=y0e-(t-t0)2/2σ2

(4)

對于非對稱性分布采用非對稱函數描述：

(5)

式中，t0為峰位道址，y0為峰高，σ為峰寬參數[2]。

需要注意的一點是，聚合物是一種高分子化合物與水混合形成的，在水占比較少的時候或者混合不夠均勻的時候，時間譜曲線顯示的峰值并不明顯，嚴重時甚至會誤導操作員做出錯誤的流量判斷。如圖3所示，為貝40-XX注聚井不同深度處點測流量均為60 m3/d的時間譜曲線。圖3(a)測點深度1 191 m，圖3(b)測點深度1 196 m，圖3(c)測點深度1 203 m。圖3(b)的曲線初看譜峰接近本底值，但是將坐標軸放大看以后，結合相鄰兩測點綜合分析，圖3(b)深度處仍然有60 m3/d的流量。因此，在井內介質為聚合物時，應在不同深度處多次確認流量。

2.2現場施工工藝方面

目前脈沖中子氧活化技術在現場測井時仍然采用傳統施工工藝，會帶來因測井現場環境與理想環境不同而產生的誤差，這種誤差產生于數據錄取階段，應該在測井現場及時校正，避免在后期數據處理和資料解釋階段造成困擾。

2.2.1井口注入量穩定程度的影響

注入井注入量穩定，是氧活化點測流量結果準確的一個必要條件，但是在多數情況下這個條件很難滿足，施工設計中提供的是24 h平均注入量，而井口瞬時注入量隨時都在波動變化,在點測過程中，同一深度的測點在不同時刻測得的流量值不同，這種情況在用遞減法測流量的時候不易發覺，但確實對氧活化解釋結果的準確性產生影響。這種影響在間歇注入井和多種介質輪流混注井中非常明顯。

注入量不穩定對全井找漏找竄造成的影響尤為突出。如圖4所示，為希XX-53井全井找漏點測時間譜曲線圖。由于井口注入量不穩，流量時有時無，在同一測點不同時間復測得到的流量不同，在查找漏失點時造成嚴重的誤導，實際上該井1 066 m附近無漏失。

圖2　井內介質分別為水、二氧化碳、聚合物時的譜峰圖

圖3　貝40-XX注聚井不同深度點測時間譜曲線

圖4　希XX-53井點測時間譜曲線圖

在現場測井時，應選擇井口注入量穩定的時間段錄取點測資料，可通過到注水站落實提前到現場考察測井時派專人負責實時監測井口注入量等措施，即便如此注入量突變的可能性仍無法預測，如果點測突變確實是由井口注入量變化引起的，則以總注入量變化后的流量為準，將變化前所測各點流量應按照總注入量變化幅度折算成變化后的流量，所有測點錄取完畢后再到200 m附近深度處重測總流量復驗。

2.2.2溢流的影響

施工過程中如果在防噴溢流管產生溢流，則溢流量的也會影響到點測流量的結果。如果總注入量較低，井口溢流量較大，會影響到井內吸水層的分布，原來吸水能力較弱的層可能因為溢流量大的原因不吸水，影響對吸水層的判定。現場測井時要減少井口溢流，同時估算測井過程中井口產生的溢流量并做好記錄，以便在資料解釋階段根據需求，將溢流量做折算或剔除處理。

2.2.3中子發生器產額的影響

中子發生器產額不足的情況下，γ計數率低，氧活化時間譜曲線不能反映出真實的流量。現場測井時若發現中子發生器產額不足的情況，需要增加靶壓保證產額達到5×107n/s,如果產額仍然不足，應該及時更換中子管或采用備用儀器測井，如果沒有備用選擇需要終止測井，中子產額不足的情況下錄取的點測流量曲線沒有意義。

2.3解釋軟件取值方面

測井點測資料在解釋階段也會產生誤差，因為每一個測點在譜峰上都是依靠手動取值的，濾波次數，拖尾的選取都因人而異，最后得到的流量結果也會有差異。

2.3.1軟件濾波的影響

濾波次數和平滑點數越多，時間譜曲線上丟失的細節越多，參與計算的峰值發生變化，影響到流量的解釋結果。如圖5所示，為同一測點的時間譜曲線經過多級濾波后的效果圖。從圖⑤中可以看出，無濾波時無法看出譜峰位置，濾波10次以上時曲線的變化不再明顯,譜峰太過平滑近似一條斜線，只有濾波2次的時候線形最好。

圖5　采用不同濾波次數的時間譜曲線效果圖

解釋軟件的濾波目前沒有統一的標準，建議采用濾波點數為九點，采用二次濾波。在油管和套管的模擬井中，按不同流量進行氧活化水流標定的標定流量與實測流量對比見表1、表2。結果顯示，在30～120 m3/d的流量范圍內，二次濾波的誤差精度完全滿足點測流量的精度要求。如果因為濾波丟失太多細節，則考慮適當減少濾波次數以及使用三點濾波(圖5(f)為三點濾波的效果)。

從表格中可以看出，當油管中的流量范圍在20～120 m3/d時，相對誤差最小(為±2%)，此時的油管流量不需要修正;當流量大于120 m3/d時，測得的流量值比實際流量值低，當流量低于10 m3/d時，測得的流量比實際流量值高，儀器廠家提供的儀器流量精度指標為±5%，因此當油管流量不在20～120 m3/d范圍內時，建議選擇其他測井方式以獲得準確結果。同樣，在套管中的流量范圍在30～250 m3/d之外時，建議更換更準確的測井方式進行解釋分析。

2.3.2峰值選取的影響

氧活化點測流量解釋軟件需要手動選擇參與計算的峰值，峰值選取范圍因人而異，這樣就造成點測流量解釋結果不固定，造成流量計算結果偏離標準值。考慮到井內介質不同對時間譜曲線造成的影響，在選取峰值時，盡量選擇峰形完整的標準的譜曲線解釋，譜峰出現高值的時間盡量不要和中子活化時間(2 s)重疊，解釋過程中考慮粘稠介質的影響，適當選取拖尾。在選取峰值時建議先確定本底基值的位置，一般通過40 s時間譜的后半段(30～40 s)，如圖6所示。然后選取明顯高于本底基值的部分作為參與流量計算的譜峰，再結合相鄰近的測點流量結果驗證該點流量是否有異常，如有異常則換一個深度重測驗證。

圖6　峰值選取位置示意圖

2.3.3不同解釋軟件版本的影響

由于儀器采集探頭位置是沿著儀器縱向分布的，因此每一個采集探頭對應不同的采集深度，即每個探頭的源距不同，源距參數將參與到點測流量的計算公式，隨著氧活化井下儀器的改進，現在已經形成了面向不同油田的源距不同外徑不同的多種井下儀，對應發布了多款不同參數的點測水流解釋軟件，不同版本的軟件對點測曲線的峰值統計也有區別，解釋軟件版本不同，固化在參數里的儀器零長不同，同一測點的解釋流量也不同，如果使用不同時期不同版本的解釋軟件，也會影響點測流量結果的準確性。因此解釋點測流量時要選擇與所用井下儀器版本對應的解釋軟件，選擇正確的儀器參數，以避免流量解釋出現偏差。

表1　SWFL38-B氧活化測井儀油管標定記錄

注：1、油管內徑63 mm，儀器外徑38 mm。

2、油管下水流測量大流量時，記錄譜峰不完整，180 m3/d未濾波，150 m3/d只進行兩級濾波。

表2　SWFL38-B氧活化測井儀套管標定記錄

備注：1、套管內徑125 mm，儀器外徑38 mm。

2、測量套管流量過小，兩級濾波譜峰不明顯，所以進行多級濾波。在標定流量為6 m3/d時，套管上、下水流均無法計算。

3結論

通過對脈沖氧活化測井的原理、測井解釋方法和測井軟件的分析以及多年的現場實踐，減少氧活化測井過程中的各種影響因素，提高流量測量的準確性，得出如下措施：

1)保證連續注入量穩定一段時間，排除關井導致地層虧空使地層吸水能力發生變化的影響。

2)嚴格控制溢流，實現低溢流甚至零溢流施工。

3)點測流量時要考慮管柱變形和管內工具的存在，遇到流量異常時，要在該測點附近加測點，取流量最合理的測點作為解釋結果。

4)測井時保證中子產額達到要求(大于5×107n/s)，避免因為產額過低影響時間譜曲線的形成效果。

5)在測井解釋時應適當考慮儀器測量精度，根據油管、套管的標定結果，補償對應的偏差值，給出正確的解釋結果。

6)流量取值時應考慮軟件的濾波次數和平滑點數。

參 考 文 獻

[1] 李瑛,張薇,張月秋，等.脈沖氧活化測井解釋中的一些具體問題[J].測井技術,2004,28(3):258-261.

[2] 劉國良,劉憲偉.脈沖氧活化測井水流速度計算方法研究[J],測井技術,2006,30(6):548-550.

[3] 田祖紅,路培毅,遲彥華,等.復雜條件下脈沖中子氧活化水流測井資料的分析方法[J].國外測井技術,2009,24(5):36-40.

Analysis on Influence Factors of Water Flow Measurement Accuracy of the Pulse Neutron Oxygen Activation Logging

WANG Laixue, GAO Lei, WANG Haiying, HE Jiguang

(Logging&TestingServices,DaqingOilfieldCompany,Daqing,Heilongjiang163453,China)

Abstract：Beginning from the process of the pulse neutron oxygen activation logging and datainterpretation, this paper analyzes the factors to affect interpretation accuracy of the pulsed neutron oxygen activation logging. According to the charracteristics of the flow logging time spectrum curves, the paper proposes the way to improve and optimize the flow interpretation accuracy to solve the problem of flow logging data interpretation inaccurate.

Key words：oxygen activation logging; pulse neutron; data interpretation; flow

(收稿日期：2015-10-31編輯：高紅霞)

中圖法分類號：P631.8+17

文獻標識碼：A

文章編號：2096-0077(2016)02-0093-05

第一作者簡介：王萊雪，男，1987年生，工程師，2009年畢業于長春理工大學光電信息工程專業，現在大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司，從事測井工作。E-mail:wanglx_101@163.com