同位素吸水剖面測井技術(shù)

關(guān)于同位素吸水剖面測井技術(shù)第1頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三一、同位素吸水剖面測井原理測井原理：同位素吸水剖面測井技術(shù)采用放射性核素釋放器攜帶放射性核素載體在預(yù)定的井深位置釋放，載體與井筒內(nèi)的注入水形成活化懸浮液，油層吸水時也吸收活化懸浮液。而放射性載體濾積在井壁地層表面。此時所測的伽馬曲線與釋放核素前的自然伽馬曲線對比，對應(yīng)吸水層中二者的幅度差，即反映該地層的吸水狀況。第2頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三

由于Q=△J/△I，即進入地層的水量Q與濾積的放射性活度△J成正比，測井曲線上反映即是吸水量與吸水層上的同位素伽馬曲線與自然伽馬曲線的包絡(luò)面積成正比。管柱地層地層包絡(luò)面積123S1S2S3Qh1h2h3放射性同位素示蹤載體法測井原理示意圖同位素示蹤曲線自然伽馬曲線第3頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三如1圖所示：圖中1、2、3三個層為注水層，深度校齊后，把自然伽馬曲線與同位素曲線疊合，并使其在非目的層段重合，在三個注水層位分別求出這兩條曲線的包絡(luò)面積S1、S2、S3，則這三層的吸水量之比即為：S1∶S2∶S3。因此，只要求出各注水層的異常面積和各注水層總的異常面積，即可得到各注水層的相對吸水量：

nβi=（Si/∑Si）×100%

n=1式中βi為i層相對吸水量；Si為i層的異常面積；∑Si為i層總吸水量。第4頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三二、同位素吸水剖面測井設(shè)備1、地面設(shè)備測井地面儀；測井絞車；測井作業(yè)井架或吊車。2、井口裝置天、地滑輪及配置裝置、耐壓大于注水壓力15MPa的井口防噴器、長度大于儀器連接總長度1-2m、耐壓大于注水壓力15MPa電纜封井器。3、下井儀器磁性定位器、自然伽馬測井儀、同位素釋放器、井溫測井儀、鉛芯或鎢鋼加重桿。第5頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三放水池放水管地滑輪天滑輪手壓泵電纜放空閥高壓膠管防噴頭測試閘門手壓泵壓力表二、同位素吸水剖面測井設(shè)備雙液壓柱作業(yè)車第6頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三二、同位素吸水剖面測井設(shè)備第7頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三電纜頭井溫傳感器磁定位伽瑪傳感器加重桿爆炸筒釋放器四參數(shù)吸水剖面測井儀導(dǎo)錐二、同位素吸水剖面測井設(shè)備壓力傳感器第8頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三加重桿重量的確定

加重太重，長度太長，則要求防噴管太長，對吊車要求扒桿長，不利于操作，且費用增大。一般加重設(shè)計直徑與儀器相同，考慮縮短長度，最大外徑一般為４２ｍｍ（需考慮油管結(jié)垢及要通過分注井的配水器）。加重太輕，則下不進，需放壓，一則浪費注水量；二則污染環(huán)境，有時，老鄉(xiāng)不讓放；再則，少數(shù)井短時放水不降壓。二、同位素吸水剖面測井設(shè)備第9頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三加重桿重量的確定下井加重桿重量計算由以下公式?jīng)Q定：G桿-[（P注-P空）×S截+F浮+F摩–G儀-G電纜]>0式中：G桿……

加重桿的重量；

P注……

注水壓強,Pa；

P空……

空氣壓強，Pa；

S截……

電纜截面積,ｍ２；

F浮……

電纜和儀器串受到的浮力,N；

F摩……

電纜和儀器在防噴裝置和井下受到的摩擦力，N；（阻流管的摩阻大，一般１０－２０Ｋｇ）

G儀……

儀器串重量，N；

G電纜……

井下電纜重量，N。第10頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三三、使用同位素的性能、用量一、目前常用同位素：１、同位素載體：ＧＴＰ２、名稱：１３１Ｂａ微球二、同位素基本性能：１、密度：（ｇ／ｍｌ）１．０1（接近注入水密度）２、比活度（MBq/L）：出廠在１０００－１５００（相當于２７－４３ｍｃｉ）３、半衰期：１１．７天（１３１Ｉ短，但價廉）４、耐溫：１２０℃５、耐壓：７０ＭＰａ第11頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三６、微球粒徑（微米）：根據(jù)地層孔隙的喉徑而定（在子北地區(qū)一般使用100－３００；）7、衰變規(guī)律：

I=I0e-0.685t/T式中：I——使用時放射性核素活度，Bq；I0——出廠時放射性核素活度，Bq；t——放射性核黃素素從出廠到使用時所經(jīng)歷的時間，h；T——放射性核黃素素的半衰期，h；三、使用同位素的性能、用量第12頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三

同位素用量，一是依各油田情況而論，即便同一油田，各區(qū)塊也不盡相同，子北地區(qū)油田，按以往的規(guī)律是：每米射孔井段為０.０５mci；二是與注水量有關(guān)；三是要考慮射孔井段厚度，太薄應(yīng)適當加大。同位素用量還應(yīng)隨同位素的衰減而加大，一般同位素出廠（指出廠前的檢測時間）后超過36天，基本上無應(yīng)用價值。故進同位素時不能太提前。三、使用同位素的性能、用量第13頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三四、常規(guī)注水井井下管柱1、單層注水井２、多層籠統(tǒng)合注井油管柱套管柱第14頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三注水層注水層Y341-114注水封隔器KPX-114偏心配水器固定凡爾油管人工井底套管Y341-114注水封隔器KPX-114偏心配水器四、常規(guī)注水井井下管柱第15頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三五、選井原則1、測試注水井的選擇應(yīng)在構(gòu)造位置、巖性、開采特點上具有代表性，在時間上要有連續(xù)性、可對比性。2、測試注水井井場道路良好，井場平整,具有適合擺放測井車輛的位置及空間，作業(yè)區(qū)內(nèi)無妨礙作業(yè)的障礙物。3、新投注、轉(zhuǎn)注的注水井，或增加、改變注水層位的井，正常注水三個月后，方可測試。（4）測試注水井生產(chǎn)情況清楚，數(shù)據(jù)齊全、準確，注水系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)10天以上，且注水量達到配注要求。4、除特殊需要外，同一口井測試吸水剖面間隔要在半年以上。5、所測試的注水井要求注水層段多，油層性質(zhì)差異明顯。對單個注水層段原則上不能進行注入剖面測試，如非要進行測試，必須給出具體的測試依據(jù)。6、注水井在重大措施(如壓裂、分層注水、酸化、解堵、調(diào)剖、磨洗后套管是否漏水等)后應(yīng)進行吸水剖面測試。第16頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三1、井場布置（1）絞車擺放在井口上風處。且絞車滾筒應(yīng)正對井口、紋車尾端到井門距離不得少于15m。（2）油井作業(yè)井架車(或吊車)擺放應(yīng)不影響電纜運行，吊臂與仰角不得小于70°，吊臂與井架車〔或吊車)中心線夾角不得超過30°、井架車〔或吊車)尾端距離井口1-1.5m。（3）作業(yè)期間班長要在被測井危險源附近懸掛放射源警示牌、作業(yè)警示牌和嚴禁煙火的警示牌.六、同位素吸水剖面測井現(xiàn)場操作步驟第17頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三2、井口安裝（1）安裝天滑輪是應(yīng)保證在施工過程中天滑輪始終對準測試井口，天滑輪的高度及位置固定后不能改變;（2）天滑輪上部距吊鉤不得少于0.5m、下部距防噴器不得少于1.0m;（3）地滑輪牢固固定在法蘭轉(zhuǎn)盤上，以保證作業(yè)方便、安全;（4）按測井項目正確連接下井儀器并進行通電檢查和測前刻度檢查;（5）保持井口密封、連接牢固，不泄露。六、同位素吸水剖面測井現(xiàn)場操作步驟第18頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三3、測井作業(yè)（1）井溫采取一次井下測方式完成。①在正常條件下，下放測量井溫曲線，上提測量磁定位曲線。②關(guān)井2h后、按上條要求重新測量。注：儀器串下到喇叭口位置后，操作員及絞車工根據(jù)接箍數(shù)據(jù)表測一條校深曲線。六、同位素吸水剖面測井現(xiàn)場操作步驟第19頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三3、測井作業(yè)（2）緩慢打開井口閥門下放儀器。操作員在儀器下放前，在數(shù)控計算機上建立被測井作業(yè)所需要的參數(shù)，然后絞車工以小于2000m/h的速度下放儀器串，注意張力和深度變化。儀器串下到喇叭口位置后，操作員及絞車工根據(jù)接箍數(shù)據(jù)表測一條校深曲線。六、同位素吸水剖面測井現(xiàn)場操作步驟第20頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三3、測井作業(yè)（3）儀器下至測量井段底部、上提測量自然伽馬和磁性定位曲線。儀器串下到井底遇阻位置時，以500m/h--600m/h的速度向上至射孔層以上兩個接箍勻速測一條自然伽瑪曲線（基線），如果曲線測試質(zhì)量沒有達到相關(guān)要求必須分析原因整改后復(fù)測直到曲線合格為止。六、同位素吸水剖面測井現(xiàn)場操作步驟第21頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三3、測井作業(yè)（4）釋放放射源釋放位置應(yīng)在射孔頂界50m以上，停點釋放時間不小于10min,然后適時監(jiān)測示蹤劑對各注水層的分配情況，如果存在同位素沉積沾污應(yīng)當每間隔20min監(jiān)測一次并確定同位素沾污性質(zhì)，最終取得自上而下或自下而上3條重復(fù)性良好（統(tǒng)計起伏相對誤差在7％以內(nèi)）且沒有嚴重同位素沉積沾污的曲線。六、同位素吸水剖面測井現(xiàn)場操作步驟第22頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三3、測井作業(yè)（4）釋放放射源在正常注水條件下、釋放同位素示蹤劑，釋放深度按以下公式計算。要求計算載體在管柱內(nèi)運移15min達到吸水層位來計算釋放深度，計算方法按下面公式：……………(B)式中：——釋放深度，m；

——射孔井段頂界深度，m；

——同位素示蹤劑在井內(nèi)運動時間，min；

——注水量，m3/min；

——管柱截面積，m2。六、同位素吸水剖面測井現(xiàn)場操作步驟第23頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三六、同位素吸水剖面測井現(xiàn)場操作步驟3、測井作業(yè)（5）測同位素曲線當同位系示蹤劑進入目的層段并分層后，上提兩條同位素和磁性定位曲線，側(cè)兩條同位素曲線形態(tài)基本一時，視為測井完成。第24頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三七、同位素吸水剖面測井成果解釋圖吸水射孔段吸水射孔段吸水射孔段該射孔段不吸水，為死水區(qū)封隔器封隔器配水器配水器封隔器封隔器配水器配水器吸水射孔段吸水射孔段吸水射孔段井底死水區(qū)第25頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三了解注入井各小層的吸水狀況檢查井下工具到位及工作情況檢查調(diào)剖效果檢查管外竄流分析油井出水情況分析油層水淹狀況進行淺部找漏同位素吸水剖面測井的優(yōu)點七、同位素吸水剖面測井成果解釋圖第26頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三同位素吸水剖面測井的缺點a、對于井壁結(jié)垢嚴重或污水回注的注水井，沾污嚴重不能有效地進行校正的，解釋效果不明顯；b、由于長期注水,有的地層產(chǎn)生大孔道現(xiàn)象，同位素會隨水流進入地層深處，超出一起探測范圍，此時解釋效果不明顯；七、同位素吸水剖面測井成果解釋圖第27頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三套損？竄槽？還是其它沾污？七、同位素吸水剖面測井成果解釋圖第28頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三現(xiàn)行同位素注水剖面測井作業(yè)最大的缺點就是放射性示蹤劑“沾污”、“失蹤”、“竄槽”和“下沉”等問題，造成在同位素示蹤測井資料上產(chǎn)生了相當多的不能正確反映注水量的假異常。有相當部分井的資料因沾污嚴重而完全無法來用于注水量計算。于是我們就引入了自然伽馬能譜測井來解決同位素的沾污問題，自然伽馬能譜測井的基本測量原理：就是利用地層巖石中天然存在的伽馬射線與晶體發(fā)生作用產(chǎn)生閃光的特性，采用專門設(shè)計制造的晶體作為測量探頭，探測地層深處的伽馬射線。晶體將入射伽馬射線轉(zhuǎn)換為強度跟伽馬射線能量成比例的閃光信號。然后采用光電倍增管（PMT）把這些不同強度的閃光信號轉(zhuǎn)換并放大成對應(yīng)幅度的電流脈沖信號。采用專門設(shè)計的脈沖幅度分析電路（PHA）把一定時間間隔內(nèi)進入晶體的所有伽馬射線按照其能量的高低分別進行累計，從而得到與該時間間隔相對應(yīng)的伽馬射線的數(shù)量隨能量的分布,一般簡稱為“能譜”。八、同位素能譜測試原理第29頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三所謂能譜，就是把全部伽馬射線的能量空間從低到高均勻劃分成256個區(qū)間，每一個區(qū)間稱為一個能量道，每個能量道內(nèi)伽馬射線的總數(shù)目稱為道計數(shù)，全部256個能量道的道計數(shù)構(gòu)成一個能譜。簡單地說，能譜就是伽馬射線在各個能量道上的分布。例如：40K放出的伽馬射線特征能量是1.4609MeV，對應(yīng)于能量坐標上的第105道。在探頭的能量分辨率無限好的情況下，40K放出的全部伽馬射線應(yīng)該全部落在能量坐標的第105道上。然而，事實上，由于實際測量使用的晶體的能量分辨率有限，而且對伽馬射線進行計數(shù)時還有天然存在的統(tǒng)計漲落的影響，因此從能譜圖上看到的圖景是：40K放出的伽馬射線比較“集中”地分布在105道附近，形成一個“鉀峰”（圖2）。214Bi放出的伽馬射線集中分布在127道附近，形成一個“鈾峰”（圖3）。208Tl放出的伽馬射線集中分布在188道附近，形成一個“釷峰”（圖4）。八、同位素能譜測試原理第30頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三圖2-伽馬射線能量譜的鉀峰圖3-伽馬射線能量譜的鈾峰圖4-伽馬射線能量譜的釷峰

在圖2、圖3、圖4中，在地層自然伽馬射線能量譜上鉀鈾、釷三個峰的形態(tài)（主要是峰高度和峰寬度等計數(shù)率特征）是由地層巖石中這三種放射性核素的具體含量（即“豐度”）決定的。也就是說，這三個峰的計數(shù)率特征反映了地層巖石的放射性特征。八、同位素能譜測試原理第31頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三能量低于1.02MeV的伽馬射線與物質(zhì)將發(fā)生兩種作用：康普頓散射和廣電吸收?？灯疹D散射效應(yīng)使入射伽馬射線能量降低并改變方向。而光電吸收效應(yīng)則完全吸收了此伽馬射線。同位素示蹤劑以固定的能譜發(fā)射能量不同的幾種伽馬射線。這些伽馬穿越物質(zhì)后的結(jié)果是：在射線強度因散射和吸收而減弱的同時，伽馬能譜也發(fā)生了變化。對于低能伽馬射線其能譜有兩種主要變化趨勢：其一，因能量較高的伽馬射線的穿透能力比低能伽馬強，使得從源發(fā)出的伽馬射線在穿透同樣物質(zhì)的過程中，其低能部分衰減較多，高能部分衰減較少，能譜中的低能峰先于高能峰逐漸消弱直至消失。其二，能量較高的伽馬射線因與物質(zhì)發(fā)生康普頓散射而降為能量較低且連續(xù)分布的伽馬射線。經(jīng)過多次康普頓散射后，散射伽馬峰由弱而強，又逐漸衰弱。一般說來，能量合適的伽馬射線穿過的物質(zhì)的密度越大，原子序數(shù)越大，厚度越厚，其譜形變化就越顯著。即使是單能伽馬同位素也會發(fā)生這種能譜譜形變化。八、同位素能譜測試原理第32頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三

基于上述物理現(xiàn)象可以推測：在注水剖面測井的條件下，通過對在油管中測得的伽馬能譜的譜形變化程度的度量，就可以判斷射線是否穿過了油管套管。如果判定射線沒有穿過油管就可以判定發(fā)射次射線的示蹤劑是附著在油管內(nèi)壁，從而認定是沾污；如果判定射線穿過了油管而沒有穿過套管，就可以判定發(fā)射此射線的示蹤劑是附著在油管外壁或套管內(nèi)壁，從而也認定是沾污；若判定射線穿過了油管和套管，就可以認定該示蹤劑在套管外壁，屬于正常濾積或串槽?；谕瑯拥耐评恚€可能判斷示蹤劑進入地層的程度。

當前用于注水剖面測井的放射性同位素主要有131Ba和113mLn，其核輻射特性列于表1.它們發(fā)射的主要伽馬射線的能量在124-496Kev之間。水、水泥、致密純石英砂巖和鐵對上述能量范圍中的伽馬射線的線性吸收系數(shù)也列于表1中。這些物質(zhì)的線性吸收系數(shù)與伽馬能量的函數(shù)圖像示于圖5.從圖5中可以明顯看出在此能區(qū)中物質(zhì)對高能伽馬的吸收能力顯著地弱于低能伽馬，也可看出鋼制套管和油管的伽馬吸收能力比水強得多。這表明當前常用示蹤同位素可以滿足前述能譜示蹤法物理基礎(chǔ)的基本要求，但水泥和砂巖的線性吸收系數(shù)很接近，預(yù)示著用此方法判斷射線穿過的是水泥環(huán)還是砂巖的效果可能不很理想。八、同位素能譜測試原理第33頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三示蹤注水剖面測井常用同位素的核輻射特性八、同位素能譜測試原理第34頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三

為進一步考察本方法物理推理的正確性和實用性，進行了模型井實驗。模型井（見圖1）由2.5in油管5.5in套管及模擬地層構(gòu)成。將131Ba示蹤劑置于模型井筒的不同徑向位置時，用碘化納探頭在油管中實測得到的伽馬能譜于圖6.

圖6中自上而下依次是131Ba源置于：（1）油管內(nèi)表面；（2）油管外表面；（3）套管內(nèi)表面；（4）套管外表面時的伽馬能譜。4張譜在圖6中的橫坐標（能量）相同，縱坐標（相對計數(shù)）的基線依次等間距下移，以便于對比譜形的變化。由圖6可見，當131Ba源在油管內(nèi)壁時，測得的伽馬能譜可以清晰地顯示出131Ba的4個主要能量的全能峰。隨著源的位置沿徑向外移，全能峰面積隨之減少，而且其中低能峰面積比沒有峰面積減小得快。當源在套管內(nèi)時，兩高能峰尚清晰可辨，而216keV峰已逐漸消失。當源在套管外時，僅僅只有496keV峰尚可辨識，而在200keV一下能段隆起的散射峰已占據(jù)主導(dǎo)地位，而且更低能部分已被消弱，表現(xiàn)出強光點吸收效應(yīng)。這種譜形的變化在射線穿越鋼制套管前后特別顯著。八、同位素能譜測試原理第35頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三圖

6-模型井實測伽馬能譜八、同位素能譜測試原理第36頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三8526井成果圖九、同位素能譜測試成果圖分析第37頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三

從上圖可以看出在射孔段對應(yīng)的井段顯示吸水明顯，但是在射孔段上方處有同位素異常，性質(zhì)不明。井號8526井地區(qū)子長測井日期2009.10.25測量井段230.0-356.0m射孔井段304.8-306.8m注水層位長2日注水量6.9m3/d注水壓力0.0MPa九、同位素能譜測試成果圖分析第38頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三298.3米點測圖解釋結(jié)論

點測結(jié)論確定為油管內(nèi)壁沾污。九、同位素能譜測試成果圖分析第39頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三302.3米點測圖解釋結(jié)論經(jīng)過能譜點測結(jié)論為油管內(nèi)壁沾污，不