基于脈沖中子氧活化測井中水流時間譜的屬性分析及研究

黃 佳，姜曉君，焦俊青，楊萬濤

(中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司增產作業分公司 天津300452)

0 引 言

目前，渤海油田開采已進入中期，由于多油層非均質油田注水開發需要以及考慮海上油田綜合治理成本，對注水井管柱結構設計的要求極為復雜。不但在完井過程中需下入防砂管柱，而且注水管柱多采用空心集成等方式對各防砂段進行分層配注，以此解決層間矛盾，提高油層的動用程度。所以通過脈沖中子氧活化水流測井的非接觸測量方式來獲取注入剖面信息，這在海上油田注水開發中具有明顯的適應性[1]。

采用注水管柱結構使井內水流形式多樣化，包括不同流量的油管流和環空流，甚至管外竄流，并且方向不一定一致。特別是在氧活化吸水剖面測試過程中，單純地依靠加權平均法流量計算軟件回放數據計算流量，在某些情況下，因為其局限性而很難對流體分配及流量做出正確的判斷，給生產測井解釋帶來了一定困難，所以在掌握井內流體可能存在的分配方式的同時，必須找出氧活化水流測井儀各個伽馬探測器所記錄的氧活化水流時間譜與管柱內外流體分配及流量的對應關系，并且在由于油套同流這種復雜情況使傳統流量計算軟件無法正常使用時，必須對脈沖中子氧活化水流時間譜的屬性進行正確分析，才能實現對吸水剖面等生產測井的合理判斷和解釋。這也是開發高斯函數擬合法及雙高斯函數等測井解釋評價方法的基礎[2-4]。

1 脈沖中子氧活化水流時間譜的形成

通過脈沖中子氧活化水流測井儀發生器短節上中子管靶極所釋放的 14MeV快中子，使水中的16O活化成14N的同位素16N；16N衰變過程中釋放出6.13MeV的高能伽馬射線，經過源距隨水流動，被水流測井儀采集短節上的若干個伽馬探測器探測到，并在單位時間內記錄下伽馬射線的變化情況，形成時間譜[5]。經過多次累積，在時間譜上形成譜峰，對應著峰位時間(圖1)。通過解析隨水流動的活化氧伽馬時間譜來計算相應的水流速度，進而得到流體流量等相關信息。

圖1 氧活化水流時間譜示意圖Fig.1 Time spectrum of oxygen activation logging

2 氧活化水流時間譜中單一油管流及環空流的譜峰形態分析及變化規律

在氧活化水流時間譜中，對于油管內和環空內的水流，隨著流量的增大，水流時間譜峰將逐漸提前。反之，譜峰越靠前，其所對應的時間越短，流速越快，流量越大，被探到的每個水流時間譜峰應遵循時間隨流體速度的推移關系。

采集短節由若干個伽馬探測器組成，對于距離中子源較近的近探頭，可以接收到中子源打中子時所形成的高計數時間譜峰。其為非彈性散射過程中所釋放出的高能伽馬射線所形成的時間譜，但其將覆蓋近探頭所探測到的大流速氧活化水流時間譜，而遠探頭則不存在以上問題[6]。對于低流速水流，則可以逐漸擺脫打中子區的束縛而被近探頭探測到時間譜峰，而到達遠探頭時又會逐漸被衰減。所以，對于不同流量的水流測量，應合理選擇水流儀上對應的伽馬探測器，這一點對氧活化水流測井精度的影響尤為重要。

此外，由于油管內下水流流速較快，其活化水段到達和經過伽馬探測器的時間都比較短，再加上油管流活化水中放射性元素 N16密度較高，時間譜峰會顯得瘦高(圖2)。而對于環空水流，速度很慢，活化水段經過探頭的時間較長，故其譜峰比較寬。又因為環空流在油管流之外，活化水的密度遠不如油管流，所以和油管內的下水流相比，譜峰就沒有那樣的堅挺，而是趨于矮胖和衰減的趨勢(圖3)。通過這一點，我們也可以直觀地判斷出油管流和環空流在時間譜峰上的形態。

圖2 油管內水流時間譜圖Fig.2 Time spectrum in oil pipe

圖3 環空內水流時間譜圖Fig.3 Time spectrum inside oil casing

3 氧活化水流時間譜在油套同流時屬性分析

3.1 一譜多峰

針對海上油田空心集成、同心分注等注水管柱結構，通過配水器水嘴向環形空間注水實現分層配注。在氧活化吸水剖面測試過程中，由于油套同流的存在，油管水流及環空水流中的活化氧伽馬射線往往以先后順序相繼經過測井儀器的同一個探頭，導致出現同一個氧活化水流時間譜存在兩個或多個譜峰的情況(圖4)。

圖4 一譜雙峰水流譜圖Fig.4 Time spectrum of one spectrum double peak

對于一譜多峰這種情況，對每個譜峰的屬性做出正確判斷，直接關系著油管流量及環空流量計算結果的正確與否，進而影響著吸水剖面及其他生產測井解釋結果的準確性。首先對于油管峰，除了在形態上的分析，其位置也定義了其屬性，對于完整無漏失的油管內空間，其不同深度點的油管流所對應的峰位時間應保持不變，這是確定油管峰屬性的一個重要依據。其次對于環空水流，由于射孔層逐漸吸水，環空流量也隨之逐漸變小，環空峰逐漸后移，這是除形態以外判斷環空峰屬性的另一個重要依據。

3.2 雙峰重合

往往在某深度點既存在著環空內的下水流也存在著油管內的下水流，根據流量計算公式 Q＝VS可知 ，如果滿足： Q環空/Q管內≈S環空/S管內，可以得到V環空≈V管內，說明環空流與油管流幾乎能夠同時到達同一探頭，而出現雙峰重合或疊加的情況(圖5)，使隱形峰很難被發現。

一旦產生了這種情況，就會給吸水剖面測試及解釋工作帶來很大的麻煩，由于加權平均法流量計算軟件的局限性，使其無法從疊加的雙峰識別出環空流和油管流各自所對應的峰位時間。這時就需要充分利用多點深度的氧活化水流時間譜，綜合判斷并尋找油套同流時其與流體分配及流量變化的對應關系，結合測井儀器不同位置的多個伽馬探測器對水流時間譜的記錄，找到雙峰各自的峰位時間，正確判斷其屬性后再通過時間與流量的關系進行流量計算[7-8]。

圖5 雙峰疊加水流譜圖Fig.5 Time spectrum of double peak superposition

4 實例分析

渤海油田A井設計為1口注水井，2個配水器空心集成配注，分 3段防砂，注水層位 Iu+Id油組。在某次的氧活化吸水剖面測試中(表 1)，實測注入量465m3/d，與平臺井口電磁流量計計量一致。

表1 氧活化水流測點深度與流量Tab.1 Depth and flow rate at measuring point of oxygen activation logging

在到達吸水層位之前，氧活化測試過程中所記錄的水流時間譜應只出現單一的油管峰，但在 634～685m 井段監測到了一譜雙峰的出現(圖6)，即油套環形空間內也出現了向下的水流。因此可以判斷出在頂部封隔器之上的 632～634m 位置油管存在破損，形成55m3/d的漏失量。

對于第二防砂段，通過 1號配水器下水嘴注水，形成油管、油篩環空雙水流分配，測試過程中出現一譜雙峰為必然現象。因油管內流量不發生改變，所以除了時間譜在形態上的判斷，峰位時間不產生移動的應為油管峰。地層吸水前環空流量較大，流速較高，其環空譜峰峰位時間居前(圖 7)。但由于環空水流速度降低，并逐漸接近油管內水流速度，進而出現了雙峰疊加及重合現象(圖8)。最終隨著射孔段吸水量對環空水流的不斷消耗，使環空峰后移，逐漸擺脫與油管峰的重合，雙峰分離(圖9)。

圖6 油套雙峰水流譜圖Fig.6 Time spectrum of double peak inside oil casing

圖7 環空譜峰居前圖Fig.7 Annulus spectrum peak in front

圖8 油套雙峰重合圖Fig.8 Double peak coincidence inside oil casing

圖9 環空譜峰居后圖Fig.9 Annulus spectrum peak in back

在脈沖中子氧活化水流測試過程中，非環空連通油管內水流速度不變，油管峰位時間固定，是區分油套雙峰的重要依據；通過對氧活化水流時間譜上中子爆發時間(活化時間)及峰位時間的記錄，以及測井儀器源距及管柱環形空間截面積的選取，則可以綜合計算出各深度各空間的流量值。由于管柱各分水點的流量匯總應與總注入量保持一致，遵循流量守恒原則，可以得到該井的吸水剖面解釋結論(圖10)。

圖10 氧活化測井解釋成果圖Fig.10 Interpretation results of oxygen activation logging

5 結 語

①對脈沖中子氧活化時間譜中各種水流在譜峰形態及變化規律上的認知，是做好吸水剖面及其他生產測井解釋工作的基礎。

②在復雜的氧活化水流時間譜中，對各譜峰的發現、識別、追蹤及對其屬性的分析判斷，方法是否合理，直接關系著生產測井解釋結論的正確與否，是為油藏提供精細準確地質數據的關鍵。

③通過油田現場長期實踐，摸索和歸納了氧活化水流時間譜與海洋注水井流體分配及流量的對應關系，基于現場測試工程師一絲不茍及實事求是的工作態度，不但可滿足吸水剖面測試和解釋工作需求，而且可為注水、注聚井竄、漏現象提供科學依據，達到優化注水，提高油井開采效果的目的。