套管井地层参数测井

1、中子测井 中子寿命测井 碳氧比能谱测井 过油管储层评价测井,第九章,套管井地层参数测井,1、同位素中子源：利用放射性同位素核衰变放出的高能粒子去轰击某些靶物质，实现发射中子的核反应的中子源，分为(,n)和 (,n)两类。 2、加速器中子源：加速器是用人工方法使带电粒子获得较高能量的装置。利用各类加速器所加速的带电粒子去轰击靶核，可以引起发射中子的核反应。这类中子源强度高，可以在广阔的能区中获得单色中子，可以产生脉冲中子，加速器不运行时，没有很强的放射性。 3、中子源的主要参数：中子的能量是指它的动能 ；源的半衰期指发射轰击粒子的放射性同位素的半衰期。,第一节 中子测井的核物理基础,一、中子源,

2、快中子与地层中的靶核发生反应后，处于激发态的靶核常常以发射伽马射线的方式放出激发能而回到基态，由此产生的伽马射线称为非弹性散射伽马射线。中子的能量必须大于靶核的最低激发能级才能发生非弹性散射。 非弹性散射的阈值为一个快中子与一个靶核发生非弹性散射的几率叫非弹性散射截面，单位是“巴”，即10-24厘米2。非弹性散射截面随着中子能量增大及靶核质量数的增大而增大。 同位素中子源发射的中子能量低，超过阈能的中子所占的比例很小，引起非弹性散射核反应的几率小。但中子发生器发射的14Mev的中子射入地层后，在最初的10-810-7秒的时间间隔里，中子的非弹性散射占支配地位，发射的伽马射线几乎全部为非弹性散射

3、伽马射线。,二、中子与地层的相互作用,1.快中子非弹性散射,快中子除与原子核发生非弹性散射外，还能与某些元素的原子核发生(n,) 、(n, P)和 (n,) 核反应。其中，由快中子引起的(n,)反应截面非常小，在放射性测井中没有实际意义。而(n,) 和(n, P)的反应截面都比较大，并且中子的能量越高反应截面越大。 由这些核反应产生的新原子核，有些是放射性核素，以一定的半衰期衰变，并发射或粒子。活化核裂变时放出的伽马射线称为次生活化伽马射线。,2.快中子对原子核的活化,所谓弹性散射，是指中子和原子核发生碰撞后，系统的总动能不变，中子所损失的动能全转变成反冲核的动能，而反冲核仍处于基态。 弹性散

4、射一般发生在14Mev的中子进入地层以后10-610-3秒之间。至于同位素中子源发射的中子，因其能量只有几个百万电子伏，所以其减速过程一开始就是以弹性散射为主。 中子从初始能量减速为热中子（0.025Mev）所需平均碰撞次数叫热化碰撞次数。计算公式为,热化碰撞次数=,（9-9）,3.快中子的弹性散射及其减速过程,快中子减速为热中子后，与物质的相互作用不再是减速,而是在地层中的扩散。热中子在介质中的扩散与气体分子的扩散相类似，即从热中子密度（单位体积中的热中子数）大的区域向密度小的区域扩散，直到被介质的原子核俘获为止。 描述这个过程的主要参数有： 岩石的宏观俘获截面，即1厘米3的介质中所有原子核

5、微观俘获截面的总和，单位为厘米-1。 热中子扩散长度S，即热中子从产生到被吸收为止的自由行程的平均值； 热中子寿命，即中子在岩石中从变为热中子的时刻起到被吸收的时刻止，所经过的平均时间。,4.热中子在岩石中的扩散和俘获,中子寿命测井（NLL）也叫热中子衰减时间测井（TDT），是脉冲中子测井中最常用的一种，记录的是热中子在地层中的寿命。 1、与宏观俘获截面的关系为：,（9-13）,第二节 中子寿命测井,一、基本概念,若矿物骨架或孔隙流体是由一种化合物组成的，则其热中子宏观俘获截面为 式中： 为物质的密度，克/厘米3； M 为物质的克分子量，克/克分子； Ci 为每个分子中第i种核的个数； i 为

6、第i种原子核的热中子微观俘获截面，单位为巴（即10-24厘米2）； n为该物质的分子是由几种原子核组成的。,（9-20）,的计算,若地层孔隙流体为地层水、原油和天然气的混合物，则按其体积比可以计算值。 对于纯地层来说，其总的宏观俘获截面为 当地层含有泥质时（9-21）式变为,（9-21）,（9-22）,的计算,在离源某一位置，在确定的时刻可使由扩散引起的热中子变化为零。此时中子密度随时间变化的分布规律为： 实际测井时并不是直接测热中子的密度，而是测定t1 、 t2与n1及n2成正比的由两道门测得的俘获伽马射线计数率N1及N2，由此可得：,（9-32）,（10-40）,（9-41）,二、 和的测

7、量方法,1.脉冲中子源造成的热中子密度时间分布,固定门测量方法指： （1）中子脉冲时间宽度及各测量门的时间宽度固定； （2）基本延时选定后固定不变不可调； （3）中子脉冲的重复频率固定。 微分道分别在中子脉冲停止后记录门I、门II、门III及本底计数率。各测量门的时间宽度是。中子脉冲宽度为。 该方法的主要缺点是：测量门的时 间分配不能根据实际需要在测量过程中 进行自动调节，各道读数中所包含的涨 落误差相差很大，用这些记数进行运算 所得结果误差也较大。,图9-4 固定门时间分布示意图,2.固定门测量方法,比例因子法是将仪器测量时间的分配随被测地层的中子寿命长短而自动进行调节，使测量结果包含的涨落

8、误差较小的一种测量技术。,图9-6 的测量值与源距的关系,3.比例因子法,4.中子密度的空间分布与源距的关系,图9-6给出的的测量值是在模型井中测出的由图可知，在靠近源处， 测量值小于真值；当源15-20英寸时， 的测量值随源距单调增加；当源距等于30英寸（76.2厘米）时， 的测量值大于其真值。实验还证明，当地层含氢量增加时，对应于测量值等于其真值的源距较小。,现代的中子寿命测井仪安有两个探测器，叫双探测器或双源距寿命测井仪。这种仪器测井时记录下列曲线： （1）用短源距（普通源距）探测器测量门I、门II和门III（背景 值）计数率，分别记作N1、 N2和N3 ； （2）用长源距探测器测量门I

9、、门II和门III计数率F1 F2和F3 （背 景值）； （3）由短源距探测器计数率导出地层热中子宏观俘获截面；图 9-7典型的TDT-K测井图 （4）由短源距探测器求出地层中子寿命； （5）由两个探测器测得的门I净计数率（扣除了本底的计数率） 求出比值曲线：,（9-45）,三、 中子寿命测井的显示方式,1、井的影响； 2、侵入带的影响； 3、地层厚度的影响； 4、背景值（本底值）的影响； 5、地层温度和压力的影响； 6、涨落误差的影响；,四、 中子寿命测井的影响因素,用固定门方式测出的门I及门II曲线与电阻率测井曲线能很好地对比。在泥岩部分两条曲线计数率都低，且门I计数率大致为门II的6倍；

10、盐水储集层计数率低，油层计数率较高，气层更高。用或曲线也可定性划分岩性和区分油、气、水层。 油井生产一段时间后，侵入带消失，尔后测得中子寿命曲线做为参考曲线，用以和数月或数年后测得的资料进行对比。将随后测得的曲线与参考曲线对比确定油气水界面的移动。这一方法称为TDT时间推移测井。,第三节 中子寿命测井的应用,一、定性解释,1.监测油水或气水界面的移动,先测一条中子寿命测井参考线，而后把与注水俘获截面不同的流体压入目的层段，水被替换后再测一次中子寿命测井，比较这两条曲线就可知剖面中的吸水层位。 用同样的方法还可以测定注入水的洗油效率，可动油及残余油饱和度，可动水及束缚水饱和度，发现串槽等。为增大

11、替换液与原有孔隙流体热中子俘获截面的差别，在替换液中还可加入硼酸等强热中子吸收剂。,2.检查注水剖面和管外串槽,定量解释的目的，主要是确定地层的含水饱和度。 对于纯地层， 对于含有泥质的地层，若孔隙中包含油水， 除了用公式计算之外，还可以采用一些著作中给 出的交会图技术确定值，具体查阅相关文献。,（9-48）,（9-23）,二、定量解释,注水驱油“测注测”技术的原理如图10-11所示。 剩余油饱和度为,图9-11测注测注水技术示意图,（9-53）,三、用测注测技术确定产层剩余油饱和度,1.测注测注水技术,用化学剂驱油的测注测技术如图9-12所示 。根据四次测得的地层宏观俘获截面和w1、w2值，

12、利用下式可确定地层孔隙度 和剩余油饱和度,（9-54）,（9-55）,图9-12化学剂驱测注测示意图,2.用化学剂驱油测注测技术,（1）钻井时泥浆颗粒直径小于孔隙喉道支撑剂的三分 之一，失水低于5ml； （2）油井的套管和固井质量良好； （3）油水关系比较清楚，属同一开采层系，岩性均 匀，油层总厚不超过40m，孔隙度大于11，渗透 率在5010-3 m2以上； （4）测井前有较精确的孔隙度资料；,四、测注测施工工艺,1.施工条件,（5）知道产液层的含水量、水质类型、矿化度及地压力、邻近注水井的压力和每天的注水量、该地层的地层破裂压力等数据，作为施工时注入压力和注入液体速度 的参考； （6）已经

13、过压裂使个别层有较发育的裂缝，能使注 入液沿个别裂缝突进的井，不宜再作测注测现场施工井。 （7）不适用于已进行同位素施工的井。,四、测注测施工工艺,1.施工条件,（1）先用蒸汽清洗容器罐，所有地面设备都用淡水清洗，以免污染； （2）注入液要通过5的过滤器，防止固体颗粒污染堵塞孔隙空间； （3）注水时要用除氧剂除去氧，以防氧化铁沉淀，除氧剂不能含有影响岩石俘获能力的元素。 （4）注水矿化度与NaCl加入量的关系是每注入1m3的液体，要取样进行俘获截面测量以保证注入液的均匀性。 （5）注入液矿化度与地层孔隙度之间满足经验公式 式中表示地层孔隙度，Cw表示注入液矿化度（103/m3）；,2.施工工艺

14、,（6）注入的液体应保证充满中子测井的整个探测范围。要驱走所有的流体，需要有比孔隙空间大几倍的注入液才能完成； （7）注入速度、压力必须小于地层破裂压力； （8）井口要有防喷装置，边注边测，直到所测的值不变时，才开始取资料； （9）为了消除扩散效应，中子寿命测井仪的源距要大于60cm，为了测准俘获截面，在目的层段测速不应超过60m/h，并在测前测后进行刻度。,2.施工工艺,（1）在目的层的套管井段测量中子寿命的基线（本底）； （2）射开进行测注测的层段，孔密不小于每米10孔； （3）注入一定量的矿化度小于10000ppm的淡水； （4）在研究层段边注边测，记录稳定时录取正式资料，一般至少重复测

15、量5次，取其平均值作为地层俘获截面值； （5）注入一定量的均匀盐水（矿化度15000mg/l），或相当于高矿化度地层水的盐水； （6）重复第（4）步。,3.操作步骤,碳原子非弹性散射伽马射线能谱最突出的峰在4.43Mev，氧原子最突出的峰则在6.13Mev，如图9-13所示，两者的能量差较大，是进行碳氧比能谱测井的基础。,图9-13标准的非弹性散射谱,第四节 碳氧比能谱测井和储层饱和度测井,一、碳氧比能谱测井,实际地层中所含的元素远不只碳和氧两种，因此在利用碳氧比测井方法对地进行分析时，取碳的三个峰值和氧的三个峰值进行总计数之比进行处理。 C/O测井的深度只有8.5in左右，受侵入带的影响一般

16、不在裸眼井中使用。该仪器的分辨率在2-5ft左右。不受高矿化度及硼等其他一些具有较大俘获截面元素的影响。,图10-13标准的非弹性散射谱,一、碳氧比能谱测井,仪器的结构如图（9-15），设计的特点是外径由C/O原来的3.625英寸缩小为2.5英寸和1.7英寸两种，都采用双伽马射线探测器。可在生产状态或关井状态测井。仪器采用高密度过氧硅酸钆（GSO）探测器，可在135条件下工作30小时以上。最大工作温度为150，最大工作压力15000psi。,图10-15RST仪器串和直径为的探头,二、储层饱和度测井仪,RST测井仪有三种可选择的测井模式：非弹性俘获方式、俘获方式和模式。 使用与GST仪器相类似

17、的程序对远、近探测器记录的伽马射线能谱进行处理。,图10-15RST仪器串和直径为的探头,二、储层饱和度测井仪,采用了Hertzog提出的模型可以得到： 分别设即可得出C/O的最小值和最大值，把测得的 C/O值在(C/O)min和(C/O)max之间内插，可以快速地估算 出含水饱和度：,（9-66）,（9-69）,三、储层饱和度仪（RST）资料解释,1.单探测器次生伽马能谱（RST）解释,由于采用了两个探测器，井眼中水的百分含量（持水率）Yw在方程中直接给出，远近两个探测器得到的碳和氧比表示为： 近探测器 远探测器 通过在同一地层和井眼中通过由油和水四种组合采集到的数据得到12个K参数，然后直接求解方程（9-70），（9-71），即可得到井眼持水率Yw和Sw的乘积。,（9-70）,（9-71）,2.双探测器RST解释,该井是中东碳酸盐岩地层中的一口生产井，孔隙度变化范围为从530，裸眼井完井的井眼直径为6in，油管直径为4.5in，含水量为20。 关井时，在目的层段以100英尺/小时的测速进行了七次非弹性俘获测量。利用预置标准谱方法得到的远近C/O测井曲线如图9-21所示。851英尺处曲线显著增大，说明这儿是