套管井地層參數(shù)測井

1、第九章套管井地層參數(shù)測井套管井地層參數(shù)測井1、同位素中子源：利用放射性同位素核衰變放出的高能粒子去轟擊某些靶物質(zhì)，實現(xiàn)發(fā)射中子的核反應(yīng)的中子源，分為(,n)和 (,n)兩類。2、加速器中子源：加速器是用人工方法使帶電粒子獲得較高能量的裝置。利用各類加速器所加速的帶電粒子去轟擊靶核，可以引起發(fā)射中子的核反應(yīng)。這類中子源強度高，可以在廣闊的能區(qū)中獲得單色中子，可以產(chǎn)生脈沖中子，加速器不運行時，沒有很強的放射性。3、中子源的主要參數(shù)：中子的能量是指它的動能 ；源的半衰期指發(fā)射轟擊粒子的放射性同位素的半衰期。一、中子源一、中子源 快中子與地層中的靶核發(fā)生反應(yīng)后，處于激發(fā)態(tài)的靶核常常以發(fā)射伽馬射線的方式

2、放出激發(fā)能而回到基態(tài)，由此產(chǎn)生的伽馬射線稱為非彈性散射伽馬射線。中子的能量必須大于靶核的最低激發(fā)能級才能發(fā)生非彈性散射。 非彈性散射的閾值為一個快中子與一個靶核發(fā)生非彈性散射的幾率叫非彈性散射截面，單位是“巴”，即10-24厘米2。非彈性散射截面隨著中子能量增大及靶核質(zhì)量數(shù)的增大而增大。 同位素中子源發(fā)射的中子能量低，超過閾能的中子所占的比例很小，引起非彈性散射核反應(yīng)的幾率小。但中子發(fā)生器發(fā)射的14Mev的中子射入地層后，在最初的10-810-7秒的時間間隔里，中子的非彈性散射占支配地位，發(fā)射的伽馬射線幾乎全部為非彈性散射伽馬射線。 二、中子與地層的相互作用二、中子與地層的相互作用1.1.快中

3、子非彈性散射快中子非彈性散射 快中子除與原子核發(fā)生非彈性散射外，還能與某些元素的原子核發(fā)生(n,) 、(n, P)和 (n,) 核反應(yīng)。其中，由快中子引起的(n,)反應(yīng)截面非常小，在放射性測井中沒有實際意義。而(n,) 和(n, P)的反應(yīng)截面都比較大，并且中子的能量越高反應(yīng)截面越大。 由這些核反應(yīng)產(chǎn)生的新原子核，有些是放射性核素，以一定的半衰期衰變，并發(fā)射或粒子。活化核裂變時放出的伽馬射線稱為次生活化伽馬射線。 2.2.快中子對原子核的活化快中子對原子核的活化 所謂彈性散射，是指中子和原子核發(fā)生碰撞后，系統(tǒng)的總動能不變，中子所損失的動能全轉(zhuǎn)變成反沖核的動能，而反沖核仍處于基態(tài)。 彈性散射一般

4、發(fā)生在14Mev的中子進入地層以后10-610-3秒之間。至于同位素中子源發(fā)射的中子，因其能量只有幾個百萬電子伏，所以其減速過程一開始就是以彈性散射為主。 中子從初始能量減速為熱中子（0.025Mev）所需平均碰撞次數(shù)叫熱化碰撞次數(shù)。計算公式為熱化碰撞次數(shù)=)025. 0/ln(0E （9-9） 3.3.快中子的彈性散射及其減速過程快中子的彈性散射及其減速過程 快中子減速為熱中子后，與物質(zhì)的相互作用不再是減速,而是在地層中的擴散。熱中子在介質(zhì)中的擴散與氣體分子的擴散相類似，即從熱中子密度（單位體積中的熱中子數(shù)）大的區(qū)域向密度小的區(qū)域擴散，直到被介質(zhì)的原子核俘獲為止。 描述這個過程的主要參數(shù)有：

5、 巖石的宏觀俘獲截面，即1厘米3的介質(zhì)中所有原子核微觀俘獲截面的總和，單位為厘米-1。 熱中子擴散長度S，即熱中子從產(chǎn)生到被吸收為止的自由行程的平均值； 熱中子壽命，即中子在巖石中從變?yōu)闊嶂凶拥臅r刻起到被吸收的時刻止，所經(jīng)過的平均時間。4.4.熱中子在巖石中的擴散和俘獲熱中子在巖石中的擴散和俘獲 中子壽命測井（NLL）也叫熱中子衰減時間測井（TDT），是脈沖中子測井中最常用的一種，記錄的是熱中子在地層中的壽命。 1、與宏觀俘獲截面的關(guān)系為： V1（9-13） 一、基本概念一、基本概念若礦物骨架或孔隙流體是由一種化合物組成的，則其熱中子宏觀俘獲截面為 式中： 為物質(zhì)的密度，克/厘米3；M 為物質(zhì)

6、的克分子量，克/克分子；Ci 為每個分子中第i種核的個數(shù)；i 為第i種原子核的熱中子微觀俘獲截面，單位為巴（即10-24厘米2）；n為該物質(zhì)的分子是由幾種原子核組成的。 )(60211nnCCM（9-20） 的計算的計算若地層孔隙流體為地層水、原油和天然氣的混合物，則按其體積比可以計算值。 對于純地層來說，其總的宏觀俘獲截面為 當(dāng)?shù)貙雍心噘|(zhì)時（9-21）式變?yōu)?1 ()1 (whwwmaSS（9-21） shshwhwwshmaVSSV)1 ()1 (（9-22） 的計算的計算 在離源某一位置，在確定的時刻可使由擴散引起的熱中子變化為零。此時中子密度隨時間變化的分布規(guī)律為： 實際測井時并不是

7、直接測熱中子的密度，而是測定t1 、 t2與n1及n2成正比的由兩道門測得的俘獲伽馬射線計數(shù)率N1及N2，由此可得：tenn0（9-32） 21lglg4343. 0NNTTvNNv4343. 0lglg121（10-40） （9-41） 二、二、 和和 的測量方法的測量方法1.1.脈沖中子源造成的熱中子密度時間分布脈沖中子源造成的熱中子密度時間分布 固定門測量方法指：（1）中子脈沖時間寬度及各測量門的時間寬度固定；（2）基本延時選定后固定不變不可調(diào)；（3）中子脈沖的重復(fù)頻率固定。 微分道分別在中子脈沖停止后記錄門I、門II、門III及本底計數(shù)率。各測量門的時間寬度是。中子脈沖寬度為。 該方法

8、的主要缺點是：測量門的時間分配不能根據(jù)實際需要在測量過程中進行自動調(diào)節(jié)，各道讀數(shù)中所包含的漲落誤差相差很大，用這些記數(shù)進行運算所得結(jié)果誤差也較大。 圖圖9-4 固定門時間分固定門時間分布示意圖布示意圖2.2.固定門測量方法固定門測量方法 比例因子法是將儀器測量時間的分配隨被測地層的中子壽命長短而自動進行調(diào)節(jié)，使測量結(jié)果包含的漲落誤差較小的一種測量技術(shù)。 圖圖9-6 的測量值與源的測量值與源距的關(guān)系距的關(guān)系3.3.比例因子法比例因子法4.4.中子密度的空間分布與源距的關(guān)系中子密度的空間分布與源距的關(guān)系 圖9-6給出的的測量值是在模型井中測出的由圖可知，在靠近源處， 測量值小于真值；當(dāng)源15-20

9、英寸時， 的測量值隨源距單調(diào)增加；當(dāng)源距等于30英寸（76.2厘米）時， 的測量值大于其真值。實驗還證明，當(dāng)?shù)貙雍瑲淞吭黾訒r，對應(yīng)于測量值等于其真值的源距較小。 現(xiàn)代的中子壽命測井儀安有兩個探測器，叫雙探測器或雙源距壽命測井儀。這種儀器測井時記錄下列曲線：（1）用短源距（普通源距）探測器測量門I、門II和門III（背景 值）計數(shù)率，分別記作N1、 N2和N3 ；（2）用長源距探測器測量門I、門II和門III計數(shù)率F1 F2和F3 （背 景值）；（3）由短源距探測器計數(shù)率導(dǎo)出地層熱中子宏觀俘獲截面；圖 9-7典型的TDT-K測井圖（4）由短源距探測器求出地層中子壽命；（5）由兩個探測器測得的門I

10、凈計數(shù)率（扣除了本底的計數(shù)率） 求出比值曲線：3213131FFFNNRFNR或凈凈（9-45） 三、三、 中子壽命測井的顯示方式中子壽命測井的顯示方式1、井的影響；2、侵入帶的影響；3、地層厚度的影響；4、背景值（本底值）的影響；5、地層溫度和壓力的影響；6、漲落誤差的影響；四、四、 中子壽命測井的影響因素中子壽命測井的影響因素 用固定門方式測出的門I及門II曲線與電阻率測井曲線能很好地對比。在泥巖部分兩條曲線計數(shù)率都低，且門I計數(shù)率大致為門II的6倍；鹽水儲集層計數(shù)率低，油層計數(shù)率較高，氣層更高。用或曲線也可定性劃分巖性和區(qū)分油、氣、水層。 油井生產(chǎn)一段時間后，侵入帶消失，爾后測得中子壽命

11、曲線做為參考曲線，用以和數(shù)月或數(shù)年后測得的資料進行對比。將隨后測得的曲線與參考曲線對比確定油氣水界面的移動。這一方法稱為TDT時間推移測井。 一、定性解釋一、定性解釋1.1.監(jiān)測油水或氣水界面的移動監(jiān)測油水或氣水界面的移動 先測一條中子壽命測井參考線，而后把與注水俘獲截面不同的流體壓入目的層段，水被替換后再測一次中子壽命測井，比較這兩條曲線就可知剖面中的吸水層位。 用同樣的方法還可以測定注入水的洗油效率，可動油及殘余油飽和度，可動水及束縛水飽和度，發(fā)現(xiàn)串槽等。為增大替換液與原有孔隙流體熱中子俘獲截面的差別，在替換液中還可加入硼酸等強熱中子吸收劑。 2.2.檢查注水剖面和管外串槽檢查注水剖面和管

12、外串槽 定量解釋的目的，主要是確定地層的含水飽和度。對于純地層， 對于含有泥質(zhì)的地層，若孔隙中包含油水， 除了用公式計算之外，還可以采用一些著作中給出的交會圖技術(shù)確定值，具體查閱相關(guān)文獻。 )()(hwhmamaWS（9-48） )()()()(hwmashshmahmawVS （9-23） 二、定量解釋二、定量解釋 注水驅(qū)油“測注測”技術(shù)的原理如圖10-11所示。 剩余油飽和度為圖圖9-11測注測注水技測注測注水技術(shù)示意圖術(shù)示意圖)(11212wwttorS（9-53） 三、用測注測技術(shù)確定產(chǎn)層剩余油飽和度三、用測注測技術(shù)確定產(chǎn)層剩余油飽和度1.1.測注測注水技術(shù)測注測注水技術(shù) 用化學(xué)劑驅(qū)油

13、的測注測技術(shù)如圖9-12所示 。根據(jù)四次測得的地層宏觀俘獲截面和w1、w2值，利用下式可確定地層孔隙度 和剩余油飽和度1234wwtt（9-54） 34121ttttorS（9-55） 圖圖9-12化學(xué)劑驅(qū)測注測化學(xué)劑驅(qū)測注測示意圖示意圖2.2.用化學(xué)劑驅(qū)油測注測技術(shù)用化學(xué)劑驅(qū)油測注測技術(shù)（1）鉆井時泥漿顆粒直徑小于孔隙喉道支撐劑的三分 之一，失水低于5ml；（2）油井的套管和固井質(zhì)量良好；（3）油水關(guān)系比較清楚，屬同一開采層系，巖性均 勻，油層總厚不超過40m，孔隙度大于11，滲透 率在5010-3 m2以上；（4）測井前有較精確的孔隙度資料；四、測注測施工工藝四、測注測施工工藝1.1.施工

14、條件施工條件（5）知道產(chǎn)液層的含水量、水質(zhì)類型、礦化度及地壓力、鄰近注水井的壓力和每天的注水量、該地層的地層破裂壓力等數(shù)據(jù)，作為施工時注入壓力和注入液體速度 的參考；（6）已經(jīng)過壓裂使個別層有較發(fā)育的裂縫，能使注 入液沿個別裂縫突進的井，不宜再作測注測現(xiàn)場施工井。（7）不適用于已進行同位素施工的井。 四、測注測施工工藝四、測注測施工工藝1.1.施工條件施工條件（1）先用蒸汽清洗容器罐，所有地面設(shè)備都用淡水清洗，以免污染；（2）注入液要通過5的過濾器，防止固體顆粒污染堵塞孔隙空間；（3）注水時要用除氧劑除去氧，以防氧化鐵沉淀，除氧劑不能含有影響巖石俘獲能力的元素。（4）注水礦化度與NaCl加入量

15、的關(guān)系是每注入1m3的液體，要取樣進行俘獲截面測量以保證注入液的均勻性。（5）注入液礦化度與地層孔隙度之間滿足經(jīng)驗公式 式中表示地層孔隙度，Cw表示注入液礦化度（103/m3）；7wC2.2.施工工藝施工工藝（6）注入的液體應(yīng)保證充滿中子測井的整個探測范圍。要驅(qū)走所有的流體，需要有比孔隙空間大幾倍的注入液才能完成；（7）注入速度、壓力必須小于地層破裂壓力；（8）井口要有防噴裝置，邊注邊測，直到所測的值不變時，才開始取資料；（9）為了消除擴散效應(yīng)，中子壽命測井儀的源距要大于60cm，為了測準(zhǔn)俘獲截面，在目的層段測速不應(yīng)超過60m/h，并在測前測后進行刻度。2.2.施工工藝施工工藝（1）在目的層的

16、套管井段測量中子壽命的基線（本底）；（2）射開進行測注測的層段，孔密不小于每米10孔；（3）注入一定量的礦化度小于10000ppm的淡水；（4）在研究層段邊注邊測，記錄穩(wěn)定時錄取正式資料，一般至少重復(fù)測量5次，取其平均值作為地層俘獲截面值；（5）注入一定量的均勻鹽水（礦化度15000mg/l），或相當(dāng)于高礦化度地層水的鹽水；（6）重復(fù)第（4）步。 3.3.操作步驟操作步驟 碳原子非彈性散射伽馬射線能譜最突出的峰在4.43Mev，氧原子最突出的峰則在6.13Mev，如圖9-13所示，兩者的能量差較大，是進行碳氧比能譜測井的基礎(chǔ)。 圖圖9-13標(biāo)準(zhǔn)的非標(biāo)準(zhǔn)的非彈性散射譜彈性散射譜一、碳氧比能譜測井

17、一、碳氧比能譜測井 實際地層中所含的元素遠不只碳和氧兩種，因此在利用碳氧比測井方法對地進行分析時，取碳的三個峰值和氧的三個峰值進行總計數(shù)之比進行處理。 C/O測井的深度只有8.5in左右，受侵入帶的影響一般不在裸眼井中使用。該儀器的分辨率在2-5ft左右。不受高礦化度及硼等其他一些具有較大俘獲截面元素的影響。圖圖10-13標(biāo)準(zhǔn)的非標(biāo)準(zhǔn)的非彈性散射譜彈性散射譜一、碳氧比能譜測井一、碳氧比能譜測井 儀器的結(jié)構(gòu)如圖（9-15），設(shè)計的特點是外徑由C/O原來的3.625英寸縮小為2.5英寸和1.7英寸兩種，都采用雙伽馬射線探測器?？稍谏a(chǎn)狀態(tài)或關(guān)井狀態(tài)測井。儀器采用高密度過氧硅酸釓（GSO）探測器，可

18、在135條件下工作30小時以上。最大工作溫度為1 5 0 ， 最 大 工 作 壓 力15000psi。圖圖10-15RST儀器串和直儀器串和直徑為徑為的探頭的探頭二、儲層飽和度測井儀二、儲層飽和度測井儀 RST測井儀有三種可選擇的測井模式：非彈性俘獲方式、俘獲方式和模式。 使用與GST儀器相類似的程序?qū)h、近探測器記錄的伽馬射線能譜進行處理。 圖圖10-15RST儀器串和直儀器串和直徑為徑為的探頭的探頭二、儲層飽和度測井儀二、儲層飽和度測井儀采用了Hertzog提出的模型可以得到： 分別設(shè)即可得出C/O的最小值和最大值，把測得的C/O值在(C/O)min和(C/O)max之間內(nèi)插，可以快速地估

19、算出含水飽和度： OwCwOXCCOBSBSAYYF)1 ()1 ()1 (（9-66） minmaxmax)/()/(/)/(OCOCOCOCSw（9-69） 三、儲層飽和度儀（三、儲層飽和度儀（RST）資料解釋）資料解釋1.單探測器次生伽馬能譜（單探測器次生伽馬能譜（RST）解釋）解釋 由于采用了兩個探測器，井眼中水的百分含量（持水率）Yw在方程中直接給出，遠近兩個探測器得到的碳和氧比表示為： 近探測器 遠探測器 通過在同一地層和井眼中通過由油和水四種組合采集到的數(shù)據(jù)得到12個K參數(shù)，然后直接求解方程（9-70），（9-71），即可得到井眼持水率Yw和Sw的乘積。 wnoxwnoxnoxwncwncncnoxncncoYKSKKYKSKKYYF321321)1 ()1 ()1 ()1 (（9-70） wfoxwfoxfox