脈沖氧活化測井在油田問題井中的應用

(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)

0 引 言

從大慶油田某開采區塊注水開發這些年來看，現在已進入特高含水階段，層系井網多、開采對象復雜、油層非均質性嚴重，控水挖潛潛力逐漸變差等狀態。隨著注聚合物井和復雜管柱結構井的數量逐年增加，現有的放射性同位素測井受自身測井技術的限制，對于解釋過程中所遇到的問題井無法給出準確的測井結果。而脈沖氧活化測井利用其能在油管內探測管外水流速度及方向的優勢，及通過計算油管內總流量和流向該層段上各射孔層的流量是否符合正常流量流向狀態，可以檢測封隔器、擋球等井下管柱工程問題，還可以相對準確的給出各層的吸水情況。

1 脈沖氧活化測井簡介

1.1 測井原理

脈沖氧活化測井是一種測量水流速度的測井方法，測井總原則是對每一種流體的流動均要從它的出現一直測至其消失為止。每一次測量都包括一個很短的活化期 (1～10 s)及緊隨其后的數據采集周期(一般為60 s)，當水流經過中子發生器周圍時，被快中子與流體中氧元素活化，活化的水在流動過程中發生β-衰變放射出6.13 MeV的伽馬射線。氧的放射性同位素半衰期為7.13 s，高能伽馬射線能穿透油管、套管和水泥等介質。分布于不同源距的3個探測器可以觀察到該伽馬射線的變化，通過測量活化水到達探測器所經歷的時間，結合源距便可計算出水流速度，在已知流動截面面積的情況下，進一步計算出水的流量。

測點水流時間tm數據計算及流量Q計算公式[1]：

(1)

(2)

式中：tm為活化水從中子發生器流到探測器的時間；ta為活化時間；f(t)為中子脈沖過后探測器計數率隨時間變化函數；t為測量累積時間；S為水流橫截面積；L為發射器到探測器的距離。

1.2 儀器結構

脈沖氧活化測井儀是由磁性定位器、近中遠3臺伽馬射線探測器、中子發生器組成，其結構圖如圖1所示。中子發生器可同時接入井下儀、分別測量上、下2個方向的水流。測量下水流時，上中子發生器工作；測量上水流時，下中子發生器工作。在進行脈沖氧活化測井時，將儀器下入要求測量深度處，在配水器上部的封隔器與配水器之間及配水器下部的封隔器之間進行定點測量，計算上下2個層段流量差為配水器吸液量。測量時，中子發生器和探頭盡量避開封隔器和配水器，使得測量更精準。根據管柱情況判斷流體是自上而下，還是自下而上注入儲層時，順著流體的流動方向進行測量，直至測量到零流量。若出現層段流量明顯增大時，必須將流量調整到正常狀態，再重復進行測量，確定流量是否穩定。

圖1 儀器結構圖

2 應用效果分析

2.1 檢測井下工具狀況中的應用

脈沖中子氧活化測井可以根據環形空間內流體的流動速度來判斷井下封隔器的工作狀態，根據水流方向判斷喇叭口的位置，檢測擋球漏失情況。

2.1.1 檢測封隔器密封性

在分層配注井中，封隔器在環套空間內卡住上下層段，即在一個上配注層段中最下面射開層位之下和下配注層段最上面射開層位之上是處于無水流狀態，且油管內配水器上下層段流量差應該等于該配注層段各層注入量之和，這種狀態為封隔器正常工作。在資料解釋時，經常出現封隔器不密封的情況，有時在一口測井資料中出現幾個封隔器都不密封，封隔器是否密封影響層段各層水流的走向和流量。

杏01井是2017年3月測得一口脈沖氧活化測井，注入方式為分層配注井，注入壓力為11.2 MPa，全井流量為114 m3/d，射孔深度為1 081.8～1 115.4 m。資料解釋時發現，全井114 m3/d全部由1 090 m的第二級配水器進入環套空間在1 092.1～1 103.3 m的第二層段成80 m3/d的下水流，正常井況下，余下34 m3/d水量通過油管由1 114.2 m配水器進入下一層段，但是資料顯示余下的34 m3/d水量仍是由環套空間繼續向下進入1 106～1 115.4 m的第三層段，表明第三級封隔器不起作用，因此判斷兩層段之間1 102.8m處封隔器不密封。杏01井氧活化測井成果如圖2所示。

2.1.2 確定喇叭口位置

在籠統注水井中，喇叭口在射孔層段之下，注入水由油管流出喇叭口，經過井底由環套空間上返進入層段，但也有部分井喇叭口在所有射孔層段之上，甚至在方案設計時出現無喇叭口深度的情況，無法準確給出測點深度，只能通過測量流向各層段的水流方向來確定喇叭口位置。例如，杏02井是2015年9月測得一口脈沖氧活化測井，注入方式為籠統注水井，注入壓力為11.4 MPa，全井流量為49 m3/d，射孔深度為1 099.6～1 108 m，根據氧活化方案喇叭口的深度，層段吸入量為環套上水流，而實際測完脈沖氧活化在資料解釋時發現該井為套管下水流，因此確定喇叭口實際深度為1 098.5 m。

杏03井是一口籠統注水井，射孔深度為1 078～1 101.1 m，注入壓力為12.8 MPa，全井流量為59 m3/d。在方案設計時發現無喇叭口深度，無法判斷水流方向及給出測點深度，經過落實方案確實無喇叭口深度。2017年9月測得脈沖氧活化，資料解釋時發現油管內1 070 m處測得全井流量59 m3/d，追蹤到層段下1 106 m處發現油管內無水量，經判斷水量為套管下水流，確定喇叭口深度在層段上。

2.1.3 檢測擋球漏失

杏04井是2015年10月測得一口分層配注井，注入壓力為11.9 MPa，在第一測點1 080.9 m處測得全井流量為75 m3/d，在1 097.3～1 106.4m層段進行環套下水流模式定點測量流量為29.2 m3/d，其余45.8 m3/d經過1 120.2m處配水器為環套上水流，此時發現，只有15.8 m3/d向上流量，經跟蹤發現在1 120.7～1 121.6 m油管處仍有30 m3/d流量繼續向下又返回環套空間進入層段，由此判斷為擋球漏失導致水流方向及流量發生變化。

2.2 提供遇阻深度以下層段的吸水量中的應用

在同位素測井資料解釋中，很難判定遇阻深度之下層段的吸水狀況，測井時井況狀態好的情況下，可根據遇阻深度以上井溫曲線的變化定性判斷遇阻深度之下層段有無吸水，但無法量化其吸水量，使得解釋剖面不完整，甚至影響到對全井主吸水層的判定。有時為了獲得完整的注水剖面，油田還需要進一步上措施，并再次測井了解精準數據。但脈沖氧活化測井可以對遇阻深度以下層段的情況進行量化，并且不影響對全井主吸水層的判定，可以為油田生產節約成本。

杏05井為一口籠統注水井，注入壓力為12.4 MPa，全井流量為65 m3/d，射孔深度為1 046.5～1 113.9 m。

圖2 杏01井氧活化測井成果圖

2017年4月進行脈沖氧活化測井時，儀器在1 110 m遇阻，PI42層位于遇阻深度以下，氧活化測井儀探測到遇阻深度之下有13 m3/d的流量，該井沒有特殊情況，分析認為PI42層吸入量為13 m3/d。如果采用同位素測井方法，由于受工具遇阻影響，對于遇阻層段就不能對其吸水層進行量化。

2.3 驗證注入井的井身結構的應用

由于脈沖氧活化測井儀在測井時，可以通過流速的突變來判斷和尋找油管結構是否完好，因此該儀器可對注入井的井身完整性進行檢驗。2017年6月對杏06井進行脈沖氧活化測井，注入方式為籠統注水，注入壓力10.6 MPa，全井流量為64 m3/d，喇叭口深度為1 103.9 m。正常情況下，經測得發現1 083.6～1 091.3 m層段處應為環套上水流，但資料顯示64 m3/d流量進入1 083.6～1 091.3 m層段為環套下水流，由此追蹤在350 m以上油管漏失。杏06井氧活化測井成果見表1。

表1 杏06井氧活化測井成果表

3 結束語

1)脈沖氧活化測井克服了示蹤劑沾污、沉淀、聚堆、地層漏失等影響，能夠客觀準確地反映管內管外流體流速，且測量結果不受井內液體粘度的影響，可以廣泛適用于注水井、注聚合物等注入井的注入剖面測試。

2)通過對油田問題井的實例分析，表明脈沖氧活化測井在檢測井下工具狀態、井身機械完整性以及注入井的注入剖面中得到較好的應用。

3)脈沖氧活化測井的資料成果可以更精細地反映井下各層段的吸水狀況，解決了許多工程技術問題，為資料的綜合分析和解釋提供了有利條件，進一步為動態監測工作提供精準數據。