同位素吸水剖面测井技术

同位素吸水剖面测井技术第一页，共49页。提纲一、同位素吸水剖面原理二、同位素吸水剖面测井设备三、使用同位素的性能、用量四、常规注水井井下管柱五、选井原则六、同位素吸水剖面测井现场操作步骤七、同位素吸水剖面测井成果图分析八、同位素能谱测试原理九、同位素能谱测试成果图分析十、结论第二页，共49页。一、同位素吸水剖面测井原理测井原理：同位素吸水剖面测井技术采用放射性核素释放器携带放射性核素载体在预定的井深位置释放，载体与井筒内的注入水形成活化悬浮液，油层吸水时也吸收活化悬浮液。而放射性载体滤积在井壁地层表面。此时所测的伽马曲线与释放核素前的自然伽马曲线对比，对应吸水层中二者的幅度差，即反映该地层的吸水状况。第三页，共49页。

由于Q=△J/△I，即进入地层的水量Q与滤积的放射性活度△J成正比，测井曲线上反映即是吸水量与吸水层上的同位素伽马曲线与自然伽马曲线的包络面积成正比。管柱地层地层包络面积123S1S2S3Qh1h2h3放射性同位素示踪载体法测井原理示意图同位素示踪曲线自然伽马曲线第四页，共49页。如1图所示：图中1、2、3三个层为注水层，深度校齐后，把自然伽马曲线与同位素曲线叠合，并使其在非目的层段重合，在三个注水层位分别求出这两条曲线的包络面积S1、S2、S3，则这三层的吸水量之比即为：S1∶S2∶S3。因此，只要求出各注水层的异常面积和各注水层总的异常面积，即可得到各注水层的相对吸水量：

nβi=（Si/∑Si）×100%

n=1式中βi为i层相对吸水量；Si为i层的异常面积；∑Si为i层总吸水量。第五页，共49页。二、同位素吸水剖面测井设备1、地面设备测井地面仪；测井绞车；测井作业井架或吊车。2、井口装置天、地滑轮及配置装置、耐压大于注水压力15MPa的井口防喷器、长度大于仪器连接总长度1-2m、耐压大于注水压力15MPa电缆封井器。3、下井仪器磁性定位器、自然伽马测井仪、同位素释放器、井温测井仪、铅芯或钨钢加重杆。第六页，共49页。放水池放水管地滑轮天滑轮手压泵电缆放空阀高压胶管防喷头测试闸门手压泵压力表二、同位素吸水剖面测井设备双液压柱作业车第七页，共49页。二、同位素吸水剖面测井设备第八页，共49页。电缆头井温传感器磁定位伽玛传感器加重杆爆炸筒释放器四参数吸水剖面测井仪导锥二、同位素吸水剖面测井设备压力传感器第九页，共49页。加重杆重量的确定加重太重，长度太长，则要求防喷管太长，对吊车要求扒杆长，不利于操作，且费用增大。一般加重设计直径与仪器相同，考虑缩短长度，最大外径一般为４２ｍｍ（需考虑油管结垢及要通过分注井的配水器）。加重太轻，则下不进，需放压，一则浪费注水量；二则污染环境，有时，老乡不让放；再则，少数井短时放水不降压。二、同位素吸水剖面测井设备第十页，共49页。加重杆重量的确定下井加重杆重量计算由以下公式决定：G杆-[（P注-P空）×S截+F浮+F摩–G仪-G电缆]>0式中：G杆……

加重杆的重量；

P注……

注水压强,Pa；

P空……

空气压强，Pa；

S截……

电缆截面积,ｍ２；

F浮……

电缆和仪器串受到的浮力,N；

F摩……

电缆和仪器在防喷装置和井下受到的摩擦力，N；（阻流管的摩阻大，一般１０－２０Ｋｇ）

G仪……

仪器串重量，N；

G电缆……

井下电缆重量，N。第十一页，共49页。三、使用同位素的性能、用量一、目前常用同位素：１、同位素载体：ＧＴＰ２、名称：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）：出厂在１０００－１５００（相当于２７－４３ｍｃｉ）３、半衰期：１１．７天（１３１Ｉ短，但价廉）４、耐温：１２０℃５、耐压：７０ＭＰａ第十二页，共49页。６、微球粒径（微米）：根据地层孔隙的喉径而定（在子北地区一般使用100－３００；）7、衰变规律：

I=I0e-0.685t/T式中：I——使用时放射性核素活度，Bq；I0——出厂时放射性核素活度，Bq；t——放射性核黄素素从出厂到使用时所经历的时间，h；T——放射性核黄素素的半衰期，h；三、使用同位素的性能、用量第十三页，共49页。

同位素用量，一是依各油田情况而论，即便同一油田，各区块也不尽相同，子北地区油田，按以往的规律是：每米射孔井段为０.０５mci；二是与注水量有关；三是要考虑射孔井段厚度，太薄应适当加大。同位素用量还应随同位素的衰减而加大，一般同位素出厂（指出厂前的检测时间）后超过36天，基本上无应用价值。故进同位素时不能太提前。三、使用同位素的性能、用量第十四页，共49页。四、常规注水井井下管柱1、单层注水井２、多层笼统合注井油管柱套管柱第十五页，共49页。注水层注水层Y341-114注水封隔器KPX-114偏心配水器固定凡尔油管人工井底套管Y341-114注水封隔器KPX-114偏心配水器四、常规注水井井下管柱第十六页，共49页。五、选井原则1、测试注水井的选择应在构造位置、岩性、开采特点上具有代表性，在时间上要有连续性、可对比性。2、测试注水井井场道路良好，井场平整,具有适合摆放测井车辆的位置及空间，作业区内无妨碍作业的障碍物。3、新投注、转注的注水井，或增加、改变注水层位的井，正常注水三个月后，方可测试。（4）测试注水井生产情况清楚，数据齐全、准确，注水系统连续稳定生产10天以上，且注水量达到配注要求。4、除特殊需要外，同一口井测试吸水剖面间隔要在半年以上。5、所测试的注水井要求注水层段多，油层性质差异明显。对单个注水层段原则上不能进行注入剖面测试，如非要进行测试，必须给出具体的测试依据。6、注水井在重大措施(如压裂、分层注水、酸化、解堵、调剖、磨洗后套管是否漏水等)后应进行吸水剖面测试。第十七页，共49页。1、井场布置（1）绞车摆放在井口上风处。且绞车滚筒应正对井口、纹车尾端到井门距离不得少于15m。（2）油井作业井架车(或吊车)摆放应不影响电缆运行，吊臂与仰角不得小于70°，吊臂与井架车〔或吊车)中心线夹角不得超过30°、井架车〔或吊车)尾端距离井口1-1.5m。（3）作业期间班长要在被测井危险源附近悬挂放射源警示牌、作业警示牌和严禁烟火的警示牌.六、同位素吸水剖面测井现场操作步骤第十八页，共49页。2、井口安装（1）安装天滑轮是应保证在施工过程中天滑轮始终对准测试井口，天滑轮的高度及位置固定后不能改变;（2）天滑轮上部距吊钩不得少于0.5m、下部距防喷器不得少于1.0m;（3）地滑轮牢固固定在法兰转盘上，以保证作业方便、安全;（4）按测井项目正确连接下井仪器并进行通电检查和测前刻度检查;（5）保持井口密封、连接牢固，不泄露。六、同位素吸水剖面测井现场操作步骤第十九页，共49页。3、测井作业（1）井温采取一次井下测方式完成。①在正常条件下，下放测量井温曲线，上提测量磁定位曲线。②关井2h后、按上条要求重新测量。注：仪器串下到喇叭口位置后，操作员及绞车工根据接箍数据表测一条校深曲线。六、同位素吸水剖面测井现场操作步骤第二十页，共49页。3、测井作业（2）缓慢打开井口阀门下放仪器。操作员在仪器下放前，在数控计算机上建立被测井作业所需要的参数，然后绞车工以小于2000m/h的速度下放仪器串，注意张力和深度变化。仪器串下到喇叭口位置后，操作员及绞车工根据接箍数据表测一条校深曲线。六、同位素吸水剖面测井现场操作步骤第二十一页，共49页。3、测井作业（3）仪器下至测量井段底部、上提测量自然伽马和磁性定位曲线。仪器串下到井底遇阻位置时，以500m/h--600m/h的速度向上至射孔层以上两个接箍匀速测一条自然伽玛曲线（基线），如果曲线测试质量没有达到相关要求必须分析原因整改后复测直到曲线合格为止。六、同位素吸水剖面测井现场操作步骤第二十二页，共49页。3、测井作业（4）释放放射源释放位置应在射孔顶界50m以上，停点释放时间不小于10min,然后适时监测示踪剂对各注水层的分配情况，如果存在同位素沉积沾污应当每间隔20min监测一次并确定同位素沾污性质，最终取得自上而下或自下而上3条重复性良好（统计起伏相对误差在7％以内）且没有严重同位素沉积沾污的曲线。六、同位素吸水剖面测井现场操作步骤第二十三页，共49页。3、测井作业（4）释放放射源在正常注水条件下、释放同位素示踪剂，释放深度按以下公式计算。要求计算载体在管柱内运移15min达到吸水层位来计算释放深度，计算方法按下面公式：……………(B)式中：——释放深度，m；

——射孔井段顶界深度，m；

——同位素示踪剂在井内运动时间，min；

——注水量，m3/min；

——管柱截面积，m2。六、同位素吸水剖面测井现场操作步骤第二十四页，共49页。六、同位素吸水剖面测井现场操作步骤3、测井作业（5）测同位素曲线当同位系示踪剂进入目的层段并分层后，上提两条同位素和磁性定位曲线，侧两条同位素曲线形态基本一时，视为测井完成。第二十五页，共49页。七、同位素吸水剖面测井成果解释图吸水射孔段吸水射孔段吸水射孔段该射孔段不吸水，为死水区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区第二十六页，共49页。了解注入井各小层的吸水状况检查井下工具到位及工作情况检查调剖效果检查管外窜流分析油井出水情况分析油层水淹状况进行浅部找漏同位素吸水剖面测井的优点七、同位素吸水剖面测井成果解释图第二十七页，共49页。同位素吸水剖面测井的缺点a、对于井壁结垢严重或污水回注的注水井，沾污严重不能有效地进行校正的，解释效果不明显；b、由于长期注水,有的地层产生大孔道现象，同位素会随水流进入地层深处，超出一起探测范围，此时解释效果不明显；七、同位素吸水剖面测井成果解释图第二十八页，共49页。套损？窜槽？还是其它沾污？七、同位素吸水剖面测井成果解释图第二十九页，共49页。现行同位素注水剖面测井作业最大的缺点就是放射性示踪剂“沾污”、“失踪”、“窜槽”和“下沉”等问题，造成在同位素示踪测井资料上产生了相当多的不能正确反映注水量的假异常。有相当部分井的资料因沾污严重而完全无法来用于注水量计算。于是我们就引入了自然伽马能谱测井来解决同位素的沾污问题，自然伽马能谱测井的基本测量原理：就是利用地层岩石中天然存在的伽马射线与晶体发生作用产生闪光的特性，采用专门设计制造的晶体作为测量探头，探测地层深处的伽马射线。晶体将入射伽马射线转换为强度跟伽马射线能量成比例的闪光信号。然后采用光电倍增管（PMT）把这些不同强度的闪光信号转换并放大成对应幅度的电流脉冲信号。采用专门设计的脉冲幅度分析电路（PHA）把一定时间间隔内进入晶体的所有伽马射线按照其能量的高低分别进行累计，从而得到与该时间间隔相对应的伽马射线的数量随能量的分布,一般简称为“能谱”。八、同位素能谱测试原理第三十页，共49页。所谓能谱，就是把全部伽马射线的能量空间从低到高均匀划分成256个区间，每一个区间称为一个能量道，每个能量道内伽马射线的总数目称为道计数，全部256个能量道的道计数构成一个能谱。简单地说，能谱就是伽马射线在各个能量道上的分布。例如：40K放出的伽马射线特征能量是1.4609MeV，对应于能量坐标上的第105道。在探头的能量分辨率无限好的情况下，40K放出的全部伽马射线应该全部落在能量坐标的第105道上。然而，事实上，由于实际测量使用的晶体的能量分辨率有限，而且对伽马射线进行计数时还有天然存在的统计涨落的影响，因此从能谱图上看到的图景是：40K放出的伽马射线比较“集中”地分布在105道附近，形成一个“钾峰”（图2）。214Bi放出的伽马射线集中分布在127道附近，形成一个“铀峰”（图3）。208Tl放出的伽马射线集中分布在188道附近，形成一个“钍峰”（图4）。八、同位素能谱测试原理第三十一页，共49页。图2-伽马射线能量谱的钾峰图3-伽马射线能量谱的铀峰图4-伽马射线能量谱的钍峰

在图2、图3、图4中，在地层自然伽马射线能量谱上钾铀、钍三个峰的形态（主要是峰高度和峰宽度等计数率特征）是由地层岩石中这三种放射性核素的具体含量（即“丰度”）决定的。也就是说，这三个峰的计数率特征反映了地层岩石的放射性特征。八、同位素能谱测试原理第三十二页，共49页。能量低于1.02MeV的伽马射线与物质将发生两种作用：康普顿散射和广电吸收。康普顿散射效应使入射伽马射线能量降低并改变方向。而光电吸收效应则完全吸收了此伽马射线。同位素示踪剂以固定的能谱发射能量不同的几种伽马射线。这些伽马穿越物质后的结果是：在射线强度因散射和吸收而减弱的同时，伽马能谱也发生了变化。对于低能伽马射线其能谱有两种主要变化趋势：其一，因能量较高的伽马射线的穿透能力比低能伽马强，使得从源发出的伽马射线在穿透同样物质的过程中，其低能部分衰减较多，高能部分衰减较少，能谱中的低能峰先于高能峰逐渐消弱直至消失。其二，能量较高的伽马射线因与物质发生康普顿散射而降为能量较低且连续分布的伽马射线。经过多次康普顿散射后，散射伽马峰由弱而强，又逐渐衰弱。一般说来，能量合适的伽马射线穿过的物质的密度越大，原子序数越大，厚度越厚，其谱形变化就越显著。即使是单能伽马同位素也会发生这种能谱谱形变化。八、同位素能谱测试原理第三十三页，共49页。

基于上述物理现象可以推测：在注水剖面测井的条件下，通过对在油管中测得的伽马能谱的谱形变化程度的度量，就可以判断射线是否穿过了油管套管。如果判定射线没有穿过油管就可以判定发射次射线的示踪剂是附着在油管内壁，从而认定是沾污；如果判定射线穿过了油管而没有穿过套管，就可以判定发射此射线的示踪剂是附着在油管外壁或套管内壁，从而也认定是沾污；若判定射线穿过了油管和套管，就可以认定该示踪剂在套管外壁，属于正常滤积或串槽。基于同样的推理，还可能判断示踪剂进入地层的程度。

当前用于注水剖面测井的放射性同位素主要有131Ba和113mLn，其核辐射特性列于表1.它们发射的主要伽马射线的能量在124-496Kev之间。水、水泥、致密纯石英砂岩和铁对上述能量范围中的伽马射线的线性吸收系数也列于表1中。这些物质的线性吸收系数与伽马能量的函数图像示于图5.从图5中可以明显看出在此能区中物质对高能伽马的吸收能力显著地弱于低能伽马，也可看出钢制套管和油管的伽马吸收能力比水强得多。这表明当前常用示踪同位素可以满足前述能谱示踪法物理基础的基本要求，但水泥和砂岩的线性吸收系数很接近，预示着用此方法判断射线穿过的是水泥环还是砂岩的效果可能不很理想。八、同位素能谱测试原理第三十四页，共49页。示踪注水剖面测井常用同位素的核辐射特性八、同位素能谱测试原理第三十五页，共49页。

为进一步考察本方法物理推理的正确性和实用性，进行了模型井实验。模型井（见图1）由2.5in油管5.5in套管及模拟地层构成。将131Ba示踪剂置于模型井筒的不同径向位置时，用碘化纳探头在油管中实测得到的伽马能谱于图6.

图6中自上而下依次是131Ba源置于：（1）油管内表面；（2）油管外表面；（3）套管内表面；（4）套管外表面时的伽马能谱。4张谱在图6中的横坐标（能量）相同，纵坐标（相对计数）的基线依次等间距下移，以便于对比谱形的变化。由图6可见，当131Ba源在油管内壁时，测得的伽马能谱可以清晰地显示出131Ba的4个主要能量的全能峰。随着源的位置沿径向外移，全能峰面积随之减少，而且其中低能峰面积比没有峰面积减小得快。当源在套管内时，两高能峰尚清晰可辨，而216keV峰已逐渐消失。当源在套管外时，仅仅只有496keV峰尚可辨识，而在200keV一下能段隆起的散射峰已占据主导地位，而且更低能部分已被消弱，表现出强光点吸收效应。这种谱形的变化在射线穿越钢制套管前后特别显著。八、同位素能谱测试原理第三十六页，共49页。图

6-模型井实测伽马能谱八、同位素能谱测试原理第三十七页，共49页。8526井成果图九、同位素能谱测试成果图分析第三十八页，共49页。

从上图可以看出在射孔段对应的井段显示吸水明显，但是在射孔段上方处有同位素异常，性质不明。井号8526井地区子长测井日期2009.10.25测量井段230.0-356.0m射孔井段304.8-306.8m注水层位长2日注水量6.9m3/d注水压力0.0MPa九、同位素能谱测试成果图分析第三十九页，共49页。298.3米点测图解释结论