生產測井技術

1、生產測井技術目 錄1 概 述12 流動剖面測井方法32.1.1.2敞流式渦輪流量計測井82.1.1.3 導流式渦輪流量計測井112.1.2 核流量計測井132.1.2.1 核流量計測井原理132.1.2.2 定點測量方法152.1.2.3 連續(xù)測量方法162.1.2.4 跟蹤測量方法182.1.3 放射性示蹤測井202.1.3.1 放射性示蹤測井原理202.1.3.2 套管配注剖面測井222.1.3.3 裸眼注水剖面測井242.1.4 氧活化水流測井242.2 溫度測井282.2.1 巖石和流體的熱學性質282.2.2 溫度測井原理302.2.3 溫度測井曲線應用322.2.3.1 確定地溫梯

2、度322.2.3.2 劃分注水剖面332.2.3.3 判斷生產層位342.2.3.4 檢查水泥串槽352.2.3.5 評價酸化、壓裂效果362.2.3.6 估算體積流量372.3 壓力測井382.3.1 油藏壓力的成因382.3.2 壓力測井原理412.3.2.1 應變壓力計412.3.2.2 石英壓力計432.3.3 流動壓力測井應用462.3.4 穩(wěn)定壓力試井應用472.4 密度測井492.4.1 壓差密度計測井492.4.1.1 測量方法原理492.4.1.2 測井數(shù)據采集502.4.1.3 測井資料應用522.4.2 伽馬流體密度計測井532.5 持率測井552.5.1 電容持水率計測

3、井552.5.1.1 測量方法原理562.5.1.2 環(huán)空式持水率計測井582.5.1.3 取樣式持水率計測井592.5.2 放射性持水率計測井602.5.2.1 測量原理612.5.2.2 測井資料應用622.6 流動成像測井632.6.1 流動成像測量原理642.6.2 流動成像測井方法652.6.2.1電導法流動剖面測井662.6.2.2 電容法流動剖面測井672.6.2.3 電磁法流動成像測井682.6.3 流動成像測井研究693 生產動態(tài)測井分析703.1測井系列選擇703.1.1 注入剖面測井組合703.1.1.1 籠統(tǒng)注水剖面測量713.1.1.2 分層配注剖面測量713.1.2

4、 產出剖面測井組合723.1.2.1 自噴井和氣舉井測量733.1.2.2 桿式泵抽油井測量743.1.2.3 電潛泵抽油井測量753.2 流動剖面測井定性分析753.2.1 測井資料收集整理763.2.2 測井解釋層段劃分773.2.3 井下流體相態(tài)判斷773.2.4 井下流體流型識別783.3 流動剖面測井定量解釋803.3.1 多相流動測井解釋的一般程序803.3.2 多相流動測井解釋模型和參數(shù)833.3.3 兩相流動測井分析843.3.3.1 氣液兩相流動測井分析853.3.3.2 油水兩相流動測井分析873.3.3 三相流動測井分析893.3.4.1 漂移流動分析方法903.3.4.

5、2 滑脫流動分析方法913.3.4.3 均勻流動分析方法914 剩余油監(jiān)測924.1 生產監(jiān)測934.2 注入監(jiān)測954.3 “測注測”技術975 井間示蹤監(jiān)測1005.1 井間示蹤監(jiān)測原理1005.2 井間示蹤監(jiān)測技術1025.2.1 示蹤劑的選擇1025.2.2 示蹤劑的注入1035.3示蹤資料分析應用1035.3.1 了解注入流體去向和波及狀況1045.3.2 分析油層非均質性及變化特征1055.3.3 認識油層的驅替特征和開采機理1065.3.4 提供開發(fā)方案調整的參考資料1075.3.5 監(jiān)測地層剩余油的分布狀況109主要參考文獻1101 概 述生產測井是監(jiān)測油氣田開發(fā)動態(tài)的主要技術

6、手段。根據測井目的和測量對象的不同，生產測井可以劃分為三大測井系列：其一為流動剖面測井系列，測量的主要對象是井內流體，目的在于劃分井筒注入剖面和產出剖面，評價地層的吸入或產出特性，找出射開層的水淹段和水源，研究油井產狀和油藏動態(tài)；其二為儲層監(jiān)視測井系列，測量的主要對象是油氣產層，目的在于劃分水淹層，監(jiān)視水油和油氣界面的移動，確定地層壓力和溫度，評價地層含油或含氣飽和度的變化情況；其三為采油工程測井系列，測量的主要對象是井身結構，目的在于檢查水泥膠結質量，監(jiān)視套管技術狀況，確定井下水動力的完整性，評價酸化、壓裂、封堵等地層作業(yè)效果。在對油氣田開發(fā)進行地球物理監(jiān)測時，需要解決一系列互相關聯(lián)的油礦地

7、質問題。應用生產測井方法解決這些問題的可能性，與整個油藏開采的地質和工藝條件，單井結構和條件，產層的開采特性，方法對有用信號的靈敏度以及使用儀器的探測深度和工藝特性有關，因此需要組合應用幾種互相補充的測井方法。這些組合根據監(jiān)測(或檢測)任務的需要，按井的類型(開采井、注入井、檢查井)，井的工作方式(自噴井、氣舉井、機械抽油井或籠統(tǒng)注入井、分層注入井)，地層狀況(孔隙度、水淹類型、水淹程度)，井中流體特性(相態(tài)、流量、含水)劃分。每一種生產測井組合都包括主要的和輔助的方法。屬于主要方法的是那些經過廣泛試驗，并有系列井下儀器產品保證的方法。輔助方法包括那些在用主要方法確信不能完全解決問題或對研究問

8、題有輔助作用的方法。我國油田目前采用的生產測井系列的典型組合情況見表1。每個油田在油田開發(fā)設計中，在典型組合和其它原則性文件的基礎上，需要制定地球物理監(jiān)測系統(tǒng)的具體要求，它一般包括以下問題：地球物理監(jiān)測的任務；生產測井組合的主要方法和輔助方法；在油田具體地質技術條件下解決這些任務的途徑和措施；為有效進行測井所必需的開采裝備結構的改變；必需的地球物理監(jiān)測工作量和周期性，按油藏面積和地層層系、開采目的層、井的類型的布局；生產測井解釋所需要的輔助信息；資料加工方法和總結報告形式。表 1 油田開發(fā)監(jiān)測的生產測井組合監(jiān)測任務井的種類地層狀況井中流體主要方法輔助方法劃分注入剖面評價地層吸水特性籠統(tǒng)注水自來

9、水污水渦輪流量計電磁流量計核流量計井溫計自然伽馬儀接箍定位儀井徑儀壓力計分層注水活化水伽馬儀井溫計氧活化水流測井劃分產出剖面評價地層生產性質自噴井氣舉井油水氣井溫計壓力計流體密度計持水率計渦輪流量計核流量計自然伽馬儀接箍定位儀井徑儀機抽井油氣水測量項目同上采用小直徑儀器過環(huán)空測量監(jiān)測油水界面、氣油界面位移劃分水淹層評價地層含油性金屬套管（未射孔）鹽水水淹中子壽命測井儀井溫計自然伽馬儀接箍定位儀巖石密度儀淡水水淹次生伽馬能譜儀井溫計金屬套管（已射孔）鹽水或淡水水淹油氣水脈沖中子測井儀井溫計流量計流體密度計持水率計非金屬套管（未射孔）鹽水或淡水水淹感應測井儀側向測井儀補償中子測井儀自然伽馬儀確定管

10、外竄流檢測套管狀況檢查地層作業(yè)效果金屬套管（已射孔）油氣水超聲成像測井儀管柱分析儀噪聲測井儀井徑儀井溫計伽馬儀流量計自然伽馬儀流體密度計評價水泥膠結質量金屬套管（未射孔）水泥膠結測井儀超聲成像測井儀地層密度測井儀自然伽馬儀中子伽馬儀生產測井不僅是檢測了解井內問題的手段，更重要的是監(jiān)測評價油氣藏開發(fā)動態(tài)不可或缺的資料來源。因此，除了對于出現(xiàn)問題的井應該及時進行檢測，對于采取地質工藝措施的井和改變功能的井，在采取措施或改變功能的前、后都要進行測量外，還應該根據監(jiān)測油氣藏開發(fā)動態(tài)的需要合理安排生產測井的測量周期。當研究吸水剖面時，應該間隔半年測量一次。研究產出剖面時，在各種類型的生產井中應該每年測量

11、一次。監(jiān)測流體界面和評價含油氣飽和度時，在觀察井中和標準井網內的井中最好每半年測量一次。在注水井中檢查套管技術狀況時，至少每年應該測量一次。只有按合理的周期進行生產測井，才能保證資料的連續(xù)性、系統(tǒng)性和完整性，對油氣藏的開發(fā)動態(tài)進行有效監(jiān)視。取全取準各項生產測井數(shù)據是正確進行解釋評價的前提。測井之先必須根據油氣田開發(fā)動態(tài)監(jiān)測的需要，周密計劃和安排測量項目，針對具體問題和條件，合理選擇和組合有關的生產測井方法。目前實際測井作業(yè)中采用數(shù)控測量，測井儀器尺寸一般具有統(tǒng)一的規(guī)范，可以根據測井需要選擇若干測量項目組合成一支儀器下井，測量信號可以多道控制和傳輸。需要注意的是，在選擇生產測井組合以及按井的類型

12、分配工作目的層時，除考慮測井方法的原理適用性外，還必須考慮測井儀器的測量適應性。2 流動剖面測井方法油氣田開發(fā)動態(tài)監(jiān)測的重要途徑是測量采油井和注水井內的流體流動剖面，測量目的是了解生產井段產出或吸入流體的性質和流量，對油井生產狀況和油層生產性質作出評價。流動剖面測井屬于流體動力學測量，測量參量包括速度、密度、持率、溫度、壓力等。因此，要想準確測量流動參數(shù)和正確分析流動剖面，一方面必須具備流體力學方面的基礎知識，另一方面需要掌握測井原理及分析方法。2.1 流量測井流量是表征油井動態(tài)變化和評價油層生產特性的一個重要參數(shù)。生產測井的流量測量對象是井內流動的流體。單位時間內流過某一流道截面的流體體積，

13、取決于流體流動的速度。流量測井實際上是測取同流體速度相關的信息，然后求出平均流速，再與截面積相乘求出體積流量。流量測井目前應用最廣泛的是渦輪流量計測井和核流量計測井，其次是放射性示蹤測井和氧活化水流測井，電磁流量計、熱導流量計只在一些特定情況下使用。流量測井的特點通過測量與流動速度有關的物理量，間接求出井內流體的流量或相對流量。因此，要精確地測量流量，就必須明確測井信息與流量之間的理論或實驗關系，正確地采集和分析測井信息。2.1.1 渦輪流量計測井渦輪型流量計的傳感器由裝在低摩阻樞軸扶持的軸上的葉片組成。軸上裝有磁鍵或不透光鍵，使轉速能被檢流線圈或光電管測出來。當流體的流量超過某一數(shù)值后，渦輪

14、的轉速同流速成線性關系。記錄渦輪的轉速,便可推算流體的流量。井下渦輪流量計多種多樣，大致可以分為敞流式和導流式兩種類型。敞流式流量計主要有連續(xù)流量計和全井眼流量計兩種，其特點是可以穩(wěn)定速度移動儀器，連續(xù)地沿井身進行測量流動剖面，可以在較寬的流量范圍內使用。連續(xù)流量計(圖1)的葉片直徑較小，僅測量流道中心部分流體，低壓、低動量氣體傾向于繞過渦輪，而不使渦輪轉動。為了改進橫剖面測量，全井眼流量計（圖2）采用折疊式葉片，下井通過油管時合攏，測量時可以張開，反映流道截面上約80%的流體的流動，從而改善了測量性能。導流式流量計主要有封隔式流量計、傘式流量計兩種，其特點是在探測深度先封隔原有流道，把井內流

15、體導入儀器內腔后集流測量，主要用于測量低流量的油氣井。早先的導流式流量計采用皮囊封隔器（圖3），封隔器易損壞，操作不方便。傘式流量計(圖4)采用金屬片和尼龍布構成傘式封隔器，提高了使用壽命和測井成功率，但由于金屬片不能和井下管壁完全密封，仍有少量流體由間隙流過，所求流量值誤差較大。后來在金屬傘的外面又加一個脹式密封圈（又稱之為脹式流量計），克服了封隔器的易損和密封問題，能用于氣流或液流，對于多油氣層的井測試特別有用。 圖 1 連續(xù)流量計 圖 2 全井眼流量計 圖 3 封隔式流量計 圖 4 傘式流量計2.1.1.1 渦輪流量計工作原理第 20 頁 共 118 頁不同類型的渦輪流量計，渦輪變送器的

16、結構可能不同。比如全井眼流量計的渦輪由四個可折疊的葉片構成，而連續(xù)流量計的結構則如圖5所示，葉片數(shù)目一般28個，葉片傾角30°或45°。例如圖1所示的高靈敏度連續(xù)流量計，只有兩個“s”形葉片，高度10約cm，葉片上各點的間距角度不同，按流動實驗確定的理想數(shù)值變化。圖 4-5 渦輪結構示意圖雖然渦輪變送器的結構各一，但渦輪流量計的工作原理相同，都是把經過管子截面的流體線性運動變成渦輪的旋轉運動。當流體軸向流經變送器時，流體流動的能量作用在葉輪的螺旋形葉片上，驅使葉輪旋轉。假定流體是不可壓縮的和渦輪材料是均勻的，根據動量矩守恒和轉動定律，渦輪的動態(tài)方程式為 （1）式中 j渦輪的

17、轉動慣量；渦輪轉動的角速度；m0流體作用于渦輪的力矩；mi作用于渦輪上的阻力矩代數(shù)和。當渦輪轉速穩(wěn)定時，假定渦輪軸承只有機械摩擦，流體粘滯摩擦只作用于葉片表面，則有穩(wěn)態(tài)方程 （2）式中，r葉輪的平均半徑；葉片傾角；r葉片的厚度；f流體體積密度；vf流體沿葉輪旋轉軸方向的流速。于是，渦輪流量計的頻率響應可簡寫為 （3）式中 n渦輪的每秒轉數(shù)(以下用rps表示)；v流體與儀器的相對速度；k儀器常數(shù)，與渦輪的材料和結構有關，并受流體性質影響；vth渦輪的轉動閾值(始動速度值)，與流體性質和渦輪摩阻有關。式(3)稱為渦輪流量計的理論方程。當儀器在井內以恒速vt測量時，流體與儀器的相對速度v是vt和流速

18、vf的合速度,其值取二者之代數(shù)和。為考察流體性質變化對儀器常數(shù)和渦輪轉動閾值的影響，可將(2)式改寫為 （4）式中，cf是阻止渦輪轉動的阻力系數(shù)。當葉片的雷諾數(shù)nre<5×105時，cf與nre二次方根的倒數(shù)成正比 （5）式中，f 為流體粘度，mpa·s；l為葉片的軸向長度，cm。由式(4)和(5)可見，當流體粘度增大時，渦輪轉數(shù)變小；而當流體密度變大時，渦輪轉數(shù)會隨之增大。在流體速度較小時，渦輪的頻率響應非線性，且受流體性質變化影響較大；當流體速度較高時，(4)式中右邊第二項變小，渦輪響應近似線性，儀器常數(shù)k基本上不受流體粘度變化影響。渦輪起動時，要克服較大的機械靜

19、摩擦力，因此需要較大的始動速度。渦輪以一定速度轉動起來之后,需要克服機械動摩擦力和流體流動阻力，轉動閾值vth與f-1/2成反比，流體密度越大，vth越小。這種情況對于密度變化小的液體來說，影響不大，vth可視為常數(shù)。但氣體密度隨溫度和壓力變化很大，必須注意f對vth的影響。渦輪流量計的響應受機械摩阻和流體摩阻影響的情況如圖6所示。實驗和實際應用也表明，當儀器與流體的相對速度v 較高時，渦輪響應與v 有良好的線性關系，式(3)成立。當v 較低時,渦輪響應非線性,尤其是在氣液流動情況下另外，由于渦輪結構不可能完全對稱，因此渦輪正轉和反轉的響應特性有所差異，儀器常數(shù)k 和轉動閾值vth 會有所不同

20、。圖7為實驗建立的連續(xù)流量計校正圖版，由圖可見，儀器在水和氣中的響應特性差異很大。 圖 6 機械摩阻和流體摩阻影響 圖 7 連續(xù)流量計校正圖版綜上所述，渦輪流量計在滿足應用條件的前提下(亦即式3成立時)，可以準確測出流體流量。下面從應用角度，分別討論敞流式和導流式渦輪流量計測井。2.1.1.2敞流式渦輪流量計測井連續(xù)流量計和全井眼流量計均不帶導流機械裝置，測量在井筒內原有流動狀態(tài)下進行，既可以移動儀器連續(xù)測量，也可以固定儀器進行點測。不同類型的儀器除響應特性有一定差異外，測量方法和解釋技術基本相同。測量注入剖面或產出剖面，要求在穩(wěn)定注入或生產條件下進行。通過觀察井口壓力和流量有無變化，便可推知

21、井內流動是否穩(wěn)定。測量時，儀器從油管或油套環(huán)空下入射孔井段，扶正器使儀器居中，以合適的恒定速度上提或下放儀器進行測量，按井深連續(xù)記錄渦輪的每秒轉數(shù)以及電纜移動速度。為了選擇合適的測量速度和檢驗井下刻度，儀器往往需要停在產出或吸入流體的層段上部進行點測，記錄測量深度和渦輪轉速。實際測量時，渦輪流量計常和溫度計、壓力計等組合下井，同時測量多種參數(shù)。特別是深度控制測井項目磁定位器和自然伽馬儀,作為測井資料與井下管柱以及裸眼井資料深度對比的依據，每次測量都是必不可少的。圖8為斯侖貝謝公司多道生產測井儀的測井示意圖，注意渦輪流量計總是裝在儀器串最下端。連續(xù)流量計和全井眼流量計測井的突出優(yōu)點是可以測取連續(xù)

22、變化的流動剖面，并且測井工藝簡單。使用的有利條件是中、高流量的單相流，多相流動條件下連續(xù)流量計的應用效果變差。再者，這兩種測井資料定量應用的精度，很大程度上取決于測井資料質量和井下刻度的準確性。敞流式渦輪流量計測井的顯著特點，是必須通過精確的井下刻度以保證測井資料質量，提供定量分析的基礎。圖 8 多道生產測井儀示意圖所謂井下刻度，就是建立儀器響應頻率和流體速度之間的精確關系，也就是確定(4-3)式中的k 和vth 。井下刻度實際上相當于室內刻度，由于k 和vth 與流體性質和摩阻有關，而井下不同深度的流體性質可能不同，測量之先又不可能知道，所以需要在井下實際測量過程中進行刻度。井下刻度的方法，

23、是通過在流動的液體中，儀器用多個分別向上和向下的絕對速度，測量記錄響應曲線來實現(xiàn)的。理論分析和實驗研究已指出，k 和vth 之間應當滿足線性關系，利用最小二乘法線性回歸，不難求出響應曲線。根據統(tǒng)計分析原理，每個測點最好有五次以上的測量資料(即樣本數(shù)目大于5)，才能建立符合統(tǒng)計標準的擬合關系。首先，流量計以不同的穩(wěn)定電纜速度通過探測井段進行測量記錄。測速的選擇一要盡可能保證儀器上提和下放測量時渦輪的轉動方向相反，以能反映機械摩阻的影響；二是應有合適的速度間隔，以能保證統(tǒng)計分析的代表性。此外，儀器還應停在各測點處記錄渦輪轉速，以便確認刻度的正確性。其次，在未射孔的穩(wěn)定流動井段選定一系列讀值點。如圖

24、9所示，在射孔層的上部、間隔處以及下部選取a、b、c、d四個點，每點代表所測流量的具體深度。對應于每一測速下的渦輪轉速曲線，讀出各點的測井值，填入如表2所示的解釋數(shù)據表。圖 9 全井眼流量計的測井曲線表 2 渦輪流量計測井解釋數(shù)據表測速與方向轉子速度（rps）a點b點c點d點下測115(0.305m/min)20.1514.69.25.1下測82(0.305m/min)18.514.008.354.50下測50(0.305m/min)17.2011.605.402.10點測讀數(shù)14.659.654.15-上測32(0.305m/min)14.308.301.85-1.05上測80(0.305m

25、/min)11.506.30-4.05上測110(0.305m/min)9.854.75-4.60最后，以電纜速度和渦輪轉速為縱、橫坐標繪制刻度圖。將各點讀數(shù)標在圖上,根據資料點的分布趨勢，按最小二乘法的法則畫出關系曲線，即得各測點的現(xiàn)場刻度線。注意，坐標軸方向的選擇如果規(guī)定上測電纜速度為正，則下測速度為負；如果規(guī)定渦輪右旋方向轉速為正，則左旋方向為負，應根據渦輪轉速曲線的變化形態(tài)確定。由于摩擦影響，渦輪沒有轉動并非一定流速為零，因此渦輪轉向旋轉時的零讀數(shù)不能參與交會。分析測速與轉子速度的線性關系，并將現(xiàn)場刻度線的斜率同實驗室刻度數(shù)據比較，便可檢查測井資料質量。圖10為圖9所測數(shù)據的現(xiàn)場刻度圖

26、。由圖可見，各測點的資料點保持良好的線性關系，并且刻度線與縱軸交點同定點測量讀數(shù)很接近，因此可以肯定儀器的工作狀況是正常的。該圖來自一口污水回注井的實際測量資料，因為是單相流，各測點刻度線的斜率均為0.0451，與實驗室流體為水時的刻度斜率值0.0470很接近，從而可以確認測井資料的質量是合格的。圖 10 測井資料井下刻度圖2.1.1.3 導流式渦輪流量計測井封隔式流量計和傘式流量計都帶有機械導流裝置，測井時儀器封隔流道，迫使井內流體全部或部分混合，加速流過一定內徑的導流器喉道，作用于渦輪傳感器。由于導流器內喉道的橫截面積已知，通過實驗可以直接建立渦輪轉速與體積流量之間的關系，所以這種流量計又

27、稱為絕對流量計。導流式渦輪流量計測井解釋只需選用合適的圖版，將記錄的渦輪響應換算為體積流量。導流型渦輪流量計一般只能點測，測井工藝遠比連續(xù)型儀器復雜。封隔式流量計測井時，測點應選在套管上沒有射孔炮眼或腐蝕變形的部位，使皮囊脹開后能將流道封死，所有流體都經過集流器總成。測前首先輸入一個標準頻率信號，調節(jié)測量線路和靈敏度，對儀器進行校準。通過在每一射孔層段的上部和下部逐點測量，就可以錄取解釋所必需的資料。由于封隔器的皮囊承受的壓力差有限，此種流量計只能測量低流量。傘式流量計用金屬旋翼代替封隔器皮囊，下井時旋翼折疊，使儀器能夠通過油管下入井內；測量時馬達驅動旋翼張開，封隔流道，集流后測量錄取資料。流

28、量計的金屬翼片可以伸入射孔炮眼或腐蝕孔洞，因此測點選擇不受套管射孔和腐蝕變形影響，有利于檢查射孔層段內的非均質性。由于金屬旋翼可以承受較大壓力差，這兩種流量計不僅用于測量低流量，還可用于測量較高流量。導流式渦輪流量計測井具有兩個特殊的優(yōu)點： 測井響應只受流體密度和粘度變化的輕微影響。即使對于密度不特別低的天然氣，渦輪響應變化也不大。對于流體粘度變化的影響，一般校正量很小。如圖4-11的實驗曲線所示，當流體粘度從1mpa.s變化到60mpa.s時，所求流量的校正值不超過15%。 解釋結果受油、氣、水之間滑動速度影響很小。由于導流器喉道的橫截面積很小，大多數(shù)井的流量在流體經過渦輪時的平均速度相當高

29、，因此，與任何一種通過的流體速度相比，油、氣、水彼此之間的滑動速度變得無足輕重了，可以按均流模型簡單求解各相流量。圖 11 封隔式流量計的解釋圖版但是，導流式渦輪流量計測井也有明顯局限性，主要表現(xiàn)在三個方面：一是只能定點測量，工藝復雜，操作不便；二是機械裝置封隔流道會在一定程度上干擾井內原有的流動條件，測量結果和實際流動條件下可能有一些差異，另外封隔不好時測井解釋結果會造成假象；三是不能提供井下流動剖面的連續(xù)變化情況。因此，一般在不適宜敞流式渦輪流量計測井的條件下，才使用導流式渦輪流量計測井。封隔式流量計和傘式流量計都稱絕對流量計，讀出測井記錄的渦輪每秒轉數(shù)，選用合適的實驗關系圖版，便可求得相

30、應的體積流量。圖11為斯侖貝謝公司封隔式流量計的實驗關系曲線。使用時由渦輪轉速讀數(shù)在縱座標上找點，作水平線與相應規(guī)格的儀器和流體粘度實驗曲線相交，交點對應的橫座標值即是該轉速下的體積流量。如果流體粘度不為1 mpa·s或60mpa·s，則可在兩條曲線間內插或外推，并且即使粘度線選的不太合適，所求結果誤差也不大。2.1.2 核流量計測井核流量計測井是利用人工放射性同位素作標記物，觀測井下流體流量剖面一種測井方法。該方法用于測量籠統(tǒng)注入井和生產井的流動剖面，主要在渦輪流量計所不能測量的低流量或抽油井內使用。2.1.2.1 核流量計測井原理核流量計測井屬于一種標記測量方法，首先采

31、用噴射器放出放射性示蹤劑，使其與井內流體以同一速度流動，然后采用伽馬探測器測量記錄標記物的速度，進而求出流體的體積流量。核流量計測井之所以采用放射性同位素作為標記物，是由于放射性同位素具有較強的伽馬放射性，便于采用伽馬探測器進行測量。測量時噴射的放射性示蹤劑，實際上是由放射性同位素和稀釋溶液組成的液團，需要合理選擇和配制。放射性同位素一般選擇伽馬射線能量較強、半衰期適中、成本較低、使用安全的物質，目前生產中經常使用的同位素為131i和113min等。稀釋溶液應當選用與井下流體密度相當而又能溶于其中的物質，否則噴射的放射性液團與井內流體之間將產生滑脫現(xiàn)象，導致荒謬的解釋結果。對于注水井，一般選用

32、水溶性的鹽酸或水即可。對于油氣井，一般選擇油、氣或苯等有機溶劑。對于油水混合流動的生產井，則需要選用油水兼溶的通用型特種溶劑，而實際上當含水率大于60%以后，常用水作稀釋劑。核流量計由放射性示蹤劑噴射器和伽馬探測器組成。根據井的類型和流量大小，流量計有不同的裝配結構和測量方式。噴射器可以有一或二個，兩個噴射器的儀器可以同時攜帶水溶和油溶的示蹤劑，適用于井下油、水多相流測量，測量時一般每次只需噴射1毫升稀釋后的示蹤劑。伽馬探測器可以有一至三個，兩個探測器可以克服單探測器對噴射時間難以精確記錄造成的問題。三個探測器和噴射器組成的儀器，其中一個探測器裝在噴射器的上流方向，記錄本底自然伽馬放射性，作為

33、基線；另外兩個探測器裝在下流方向，記錄兩條示蹤曲線。噴射器與鄰近探測器的間距約0.5m，兩個探測器的間距一般為2m右，具體位置可以根據所測井內流量大小預先選擇配置。圖12所示為一個噴射器和兩個探測器構成的示蹤流量計。圖 4-12 放射性示蹤流量計放射性示蹤流量計用于測量籠統(tǒng)注水剖面和產出剖面。在注水井內測量時，噴射器裝在探測器的上部，自下而上逐點進行測量。當在生產井內測量時，噴射器則需裝在伽馬探測器的下部，測量順序也相反，自上而下逐點進行。由于生產井內的流體要產到地面，使用放射性同位素要特別慎重，應盡量選用半衰減短的同位素，并嚴格控制使用劑量，以免對地面的人、畜造成危害。放射性示蹤流量計測量流

34、量的方法有三種，根據井內流量大小和儀器組裝特性，可以選用定點測量、連續(xù)測量或跟蹤測量方式。2.1.2.2 定點測量方法核流量計測注水剖面，當井內流體速度較快時，選用定點測量方式。該方法是在穩(wěn)定注水條件下，自下而上，依次將儀器停在每個測點(射孔井段的底部和每兩個射孔層位之間至少選一個測點，頂部則應選擇兩個以上測點)，噴射示蹤劑后，記錄放射性液團流經兩個伽馬探測器的時間，如圖13所示。圖 13 核流量計定點測井圖由于兩個伽馬探測器的間距l(xiāng)一定，從記錄圖上讀出兩個伽馬異常峰值的間隔時間t,便可由下式求出記錄點(兩個伽馬探測器的中點)的流速 （6）體積流量的計算公式為： （7）式中，cp可稱為流量系數(shù)

35、，與套管內徑、儀器尺寸、流速分布及單位換算有關。當流量計在井內測量時，流體實際上是沿儀器和套管之間的環(huán)形空間流動，其縱剖面如圖14所示。若記錄點流速vf用m/s表示，流量q用m3/d表示，則cp可按下式計算 （8）式中，dc套管內徑，cm；dt儀器外徑，cm；cv速度剖面校正系數(shù)。核流量計定點測量產出剖面的方法與測注入剖面相同，但探測器與噴射器的位置不同，測井順序是自上而下逐點進行，并且所求出的只是混合流體的流量。要求各相分層流量，必須結合流體識別測井資料進一步分析解釋。 圖 14 核流量計測井 圖 15 一口注水井內核流量計定點測井圖速度剖面示意圖圖15是一口注水井中核流量計的定點測量記錄。

36、該井射孔井段為2348.8- 2375.6m，套管內徑為12.42cm。核流量計兩個伽馬探測器間距為2.477m，儀器外徑4.286cm。由圖可見，測點2348m處噴射兩次，探測器記錄到的兩個時間差都是4.8s，按(6)式計算視流速得vf =2.447/4.8=0.516(m/s)取d=(dc-dt)/2=0.04627m，=1000kg/m3,=1pa·s，估算雷諾數(shù)故取速度剖面校正系數(shù)cv=0.83，再由(7)和(8)式，計算體積流量為2.1.2.3 連續(xù)測量方法核流量計定點測量時，若測點處流體速度很低，則放射性液團在到達探測器以前，可能會發(fā)生嚴重的彌散作用，以致于無法分辨通過計

37、數(shù)器的時間。此時，應該選用連續(xù)測量方式。連續(xù)測量也是自下而上進行的，與定點測量不同的是儀器以穩(wěn)定的速度一邊上提一邊測量，依次在各選定深度噴射示蹤劑，連續(xù)記錄每個探器接收的伽馬射線強度隨井深的變化情況。為了求得分層流量，射孔井段的底部、頂部以及每兩個射孔層間必須至少噴射一次；對于射孔厚層，層內也可以噴射數(shù)次，以檢查層內吸水非均質性。由于儀器上提速度和兩個計數(shù)器間距l(xiāng)已知，由圖上讀出每次噴射示蹤劑后兩個計數(shù)器記錄到的異常 信號深度間隔，則兩個峰值中點處的流速為 （9）體積流量仍按(7)和(87)式計算，分層吸水量由遞減法求得。連續(xù)測量工藝簡單，節(jié)省時間，可以給出連續(xù)變化的注入剖面，更重要的是，由于

38、儀器移動測量，縮短了示蹤劑液團經過探測器的旅行時間，減弱放射性彌散影響，因而可以分辨較低的流量。但是，儀器上提速度的任何變化以及對流體流動的擾動，都會造成一些影響，所以，連續(xù)測量解釋結果的精度稍遜于定點測量方式。眾所周知，對一口多層混合注水的井而言，射孔井段上部的流速較高，底部的流速較低，若同時用定點方式和連續(xù)方式測量將有助于改善測量解釋結果。圖 16 一口注水井內核流量計連續(xù)測井圖圖16是在圖15所示的同一口井內，核流量計以的測井速度，連續(xù)測量的記錄曲線。由圖上讀出各計算點處的異常信號深度間隔，依次用(9)、(8)和(7)式計算(取cv=0.83)，其結果見表3。由計算結果可見，在射孔層段頂

39、部，定點測量和連續(xù)測量結果略有差異，但都接近井口注水時393m3/d，說明測量解釋結果可信。定點測量結果雖然較精確，但在2364.0m以下，由于放射性擴散影響不能分辨下部流量，而連續(xù)測量結果顯示2364.6m以下射孔層段吸水81.1m3/d。解釋結果說明該厚層內吸水極不均勻，層中間2359.5- 2364.6m的吸水210.8m3/d，注水強度達41.3m3/ (d·m)。表 3 一口注水井核流量計連續(xù)測量解釋結果井深m信號間距h，m流速vf, m/s流量q, m3/d2349.71.90.517395.32354.51.90.517395.323357.51.90.517395.3

40、2359.51.90.517395.32362.21.50.241184.52364.61.01.10681.12374.00002.1.2.4 跟蹤測量方法當射孔層之間的距離足夠大時，可以用單探測器的核流量計，噴射放射性示蹤劑后，沿流體流動方向，多次跟蹤測量記錄示蹤劑造成的鐘形伽馬曲線，然后求出相應位置管道中心的流速。這種方法是由瑟爾夫(charles self，1967)最先提出來的，所以又稱“瑟爾夫法”。核流量計跟蹤測井的技術要點包括：(1) 選擇噴射點。 注入井自下而上逐層測量，噴射點選在兩射孔層之間以及交連井段靠近上方位置，因為噴射的示蹤劑將隨注入流體向下移動，需要留有足夠長距離，在

41、示蹤劑被下部射孔層吸入之前被流量計追蹤探測到。生產井內則需自上而下測量，噴射點應選在兩射孔層之間以及交連井段靠近下方位置。(2) 測量參考曲線。 選定噴射點后，可啟動馬達向井內流體噴射少量示蹤劑，并以某一合適恒定速度沿流體流動方向移動儀器，記錄伽馬曲線jro，探測器在示蹤液團所在位置將出現(xiàn)高放射性異常，記下峰值出現(xiàn)的時間，作為參考零時刻。(3) 測量跟蹤曲線。 測出參考曲線后，儀器仍移動到原測點位置，再以測參考曲線的同一恒定速度追蹤放射性液團，并測量記錄伽馬曲線，標出峰值相對于零時刻出現(xiàn)的滯后時間。并仿此測出，直到放射性液團監(jiān)測不到為止。放射性示蹤流量計跟蹤測井解釋方法是，從測井圖上讀出相鄰兩

42、條曲線峰值的間距，與對應的時間相除，得到各個視流速，即 （10）然后，將各個視流速加權平均，作為該測量段內管道中心流體的流速，即 （11）計算過程用米表示，用秒表示，的單位為米/秒。體積流量計算仍按(8)和(7)式進行。圖 17 一口生產井內核流量計跟蹤測井圖圖17是一口生產井內核流量計跟蹤測井圖。噴射點選在5485米，除參考曲線外測量兩條跟蹤曲線。按上述公式可計算如下核流量計跟蹤測井法求流體速度，隱含的假定是噴射的示蹤劑始終沿管道中心部位與井內混合流體以同一速度流動。如果示蹤液團不能沿管道中心移動，或與井內流體之間存在滑脫現(xiàn)象，則所求流速將有誤差。實際測井過程中，由于儀器反復上下移動，還會對

43、噴射的放射性液團的移動造成干擾。2.1.3 放射性示蹤測井放射性示蹤測井采用放射性示蹤劑標記井內的探測目標，應用方法與研究對象有關。對于井下有配注機械裝置的注入井和裸眼完井條件下，由于井下有封隔器阻擋或者由于井徑難以準確知道，無管是渦輪流量計還是核流量計，都無法測量井下的流量剖面。這時，可將放射性同位素混進注入流體，作為示蹤載體指示井下各層段或油水界面的放射性異常，然后用伽馬探測器測出井下流量剖面。我國油田在實踐中創(chuàng)造的放射性示蹤測量方法，解決了配注剖面測井難題。2.1.3.1 放射性示蹤測井原理放射性示蹤測井的基本組成包括放射性材料的使用和伽馬射線探測器的記錄。放射性同位素具有較強的伽馬放射

44、性，利用攜帶放射性同位素的載體，人為地提高井內被研究對象的放射性強度，用伽馬探測器測量并記錄這種異常，便可以推斷與引起異常有關的問題。放射性同位素目前已達到千余種，但放射性示蹤測井常用的只有幾種。選擇的原則是: 同位素放射出的伽馬射線能量適中，既能穿過套管、油管、儀器外殼被記錄,又便于安全防護,一般在0.5 mev左右； 同位素的半衰期適中，太短的不利于保存和運輸，太長了影響以后的放射性測井； 具備較強的附著能力，在施工過程中不會與載體脫附； 易于制作，成本較低，使用安全。目前生產中經常使用的同位素為65zn、131i、110ag、131ba和113min等，其特性參見下表4。表 4 常用放射

45、性同位素的特性同位素化合物名稱半衰期dg 射線能量，mev載體65znzncl22451.1155骨質活性炭或化學微球110agagno32600.44680.8847骨質活性炭或化學微球131inalki8.050.08020.63697骨質活性炭或化學微球水，氣，苯、汽油等有機溶劑131baba（no3）21160.1240.4963骨質活性炭或化學微球113minincl30.0690.392鹽酸，骨質活性炭或化學微球對于放射性同位素固相載體的選擇，不僅要求固相載體有較強的吸附性，攜帶放射性離子的效率高，而且要求顆粒直徑大于地層孔隙直徑，懸浮性能好。生產中常選用粒徑大于50m的骨質活性炭

46、或化學微球膠粒作固相載體，吸附放射性同位素后，與水配制成活化懸浮液，注入井中前后分別測量伽馬計數(shù)率曲線，二者對比便可指示各層的相對吸水量。目前，測量配注剖面多用131ba微球和井下釋放技術，并要求對微球的粒徑、密度、比強度進行嚴格的質量控制。放射性示蹤測井時需要合理配制同位素的濃度，以保證地層中的活化物質放射性強度超過地層自然放射性強度的2-4倍。根據實驗資料，載體法測量時，在1m3體積水中，一般需要使用0.82.5mci的65zn，2.07.5mci的131i。放射性同位素一般是以5-100mci的標準份運往工作地點的，使用前還應稀釋為0.10.5mci/cm3的安全濃度。因為放射性同位素的

47、強度按其半衰期不斷衰減，使用時需按下式計算： （12）式中，i0 、i分別為放射性同位素出廠和使用時的強度；t為放射性同位素的半衰期；t為放射性同位素從出廠到使用的時間。我國油田與中國原子能研究院協(xié)作研制的錫銦同位素發(fā)生器，使用稀鹽酸淋濾后即可獲取放射性洗脫溶液，放射性核素113min在洗脫液中以incl3的形式存在，其半衰期僅99.8min,便于儲運和井場使用，不會對井下或地面環(huán)境造成污染。放射性示蹤測井不僅可以測量配注井和裸眼井的注水剖面,還可探測套管外的流體流動，測量診斷完井問題和評價地層處理效果。2.1.3.2 套管配注剖面測井放射性示蹤法測量分層配注井的吸水剖面時，在正常注水條件下，

48、將活性懸浮液注入井中。在向地層中擠懸浮液時，水和固相載體分離，水進入地層，活化載體濾積在地層表面，形成一活化層。在合理選用放射性同位素和載體，并正確施工的條件下，地層的吸水量與活化載體的累積量成正比。施工前，用伽馬探測儀下井，先測一條自然伽馬曲線jr1；注入活化懸浮液后，再測一條示蹤伽馬曲線jr2。理論計算和實驗均表明，當套管內徑不變時，分層吸水量大致與地層中點的伽馬射線強度jr成正比： （13）式中，、分別為第i個地層的吸水量和吸水厚度；為厚度校正系數(shù)，當層厚大于1.5米時，近似為1；b是與套管內徑等有關的常數(shù)。相對吸水量的計算公式為 （14）式中，是吸水層i的()異常面積增量。38由于放射

49、性測井受時間常數(shù)的影響，若過大，則解釋時應對測井曲線的深度和幅度進行校正。另外，注入活化懸浮液后會對套管造成放射性污染使基線抬高，在用和做疊合圖時，應根據污染情況適當校正。每層兩條曲線的異常面積增量，可用求積儀確定。圖18為一實例，相對吸水量用式(14)計算得到。圖 18 載體法測吸水剖面圖放射性示蹤測井的優(yōu)點是施放示蹤劑比較簡單，能夠連續(xù)測量。但在多層合注時，如果層間滲透性差異較大難以選擇適合于各層條件的固相載體，再之所受影響因素較多，因而影響到應用精度，特別是井下管柱和偏心配水器、封隔器等的沾污影響很大。據大港油田等單位的統(tǒng)計，約90%的測量井內都存在不同程度的放射性同位素沾污現(xiàn)象，其中1

50、6%的井內有嚴重沾污，所測曲線不能用于計算吸水剖面，這時活化載體的累積量不再與地層吸水量成簡單正比關系。放射性示蹤測井沾污的機理，是由于活性懸浮液隨注入水運移過程中，接觸到油管和套管的壁面、接箍以及偏心配水器、封隔器而可能被吸附，沾附量的多少與接觸部位的粗糙程度和清潔程度有關；另外還與井下工具在含有離子的水中所形成的偶電層有關，負電極會吸引帶正電荷的放射性微粒。為了控制放射性沾污影響，應該洗井后再測吸水剖面。另外，還可以選擇使用防污劑和清洗劑，研制具有強活力作用的鋇131微球等來消除沾污。對于放射性示蹤測井曲線，可以按不同的沾污類型確定校正系數(shù)，然后再計算各層相對吸水量。2.1.3.3 裸眼注

51、水剖面測井測量裸眼完井的注水剖面時(如碳酸鹽巖剖面)，沒有標稱井徑值可用，精確測量井徑值也有困難。此時，可將油管下到裸眼井段底部，通過油管和油-套環(huán)空同時注水。控制注水總量不變，依次調整油管與環(huán)空的相對流量，并在兩者之一中加入少量放射性示蹤劑，用自然伽馬儀測量不同比例下兩種水的接觸面。由油管正注的水是從井底向上逐漸進入地層的，接觸面以下地層的吸水量對應于正注的水量。同理，接觸面以上地層的吸水量對應于由油-套環(huán)空反注的水量。該方法常稱作“未知井徑法”，通過監(jiān)測接觸面的變化，可以繪出圖19所示的吸水剖面，了解裸眼井段吸水變化情況。圖 19 井徑變化的放射性示蹤測量很明顯，未知井徑法要求地面有特殊的

52、閥門與計量儀表，能準確控制油管和油-套環(huán)空的每一種流量比例。其次，每次流量比例改變，必須待注入恢復穩(wěn)定后再進行測量。再之，放射性示蹤劑應該加入流量遞增的那種水中，以避免前一次作業(yè)對后一次測量造成影響。2.1.4 氧活化水流測井井內流動的流體中，只有水含氧元素。氧活化水流測井采用脈沖活化技術，首先用很短的活化時間使井內流體中的氧元素活化，然后用較長的采集時間探測流動的活化水，根據源到探測器的間距和活化水通過探測器所用時間計算出水的流速。由于氧原子核活化后放射出的伽馬射線能量較高，能夠穿透井內流體、油管、套管和水泥，氧活化水流測井可以探測井筒內或套管外水的流動。氧活化水流測井的物理基礎是脈沖中子與

53、氧元素的相互作用。氧的存在是根據檢測氧原子的快中子活化后放射出的伽馬射線來確定的： (15)能量超過10mev的快中子用于活化氧的原子核以產生氧的放射性同位素，16n通過射線而衰減，其半衰期為7.13s。衰減過程中放出高能射線，最主要的是半衰期間放射的6.13mev伽馬射線。由于氧(n,p)反應的臨界中子能量為10.2mev，所以產生14mev的井筒中子發(fā)生器非常適合于氧活化。氧活化產生的16n衰變后，放射出6.13mev的射線，能穿透幾英寸厚的典型井筒材料，如井內流體、油管、套管和水泥等。氧活化水流測量儀器包括一個脈沖中子發(fā)生器和三個伽馬探測器，即近、遠兩個伽馬探測器和安裝在遙測電子線路上短

54、節(jié)上的自然伽馬探測器(圖20)，源距分別約2.54cm、5.08cm和38.1cm。由于水流測井是單探測器測量，可以得到三個獨立的測量結果。如圖20所示那樣，在測量向下水流時，探測器置于源的下方；而測量向上水流時，探測器則置于源的上方。氧活化測量水流是一種動態(tài)方法，基于一個非常短的活化期(2s或10s)和隨后較長的數(shù)據采集期(典型為60s)。在短活化期，當活化水經過檢測器時可測量到它的特征波。水流速度v是根據探測器到中子源的距離l和活化水經過探測器的時間t確定的。采用蒙特卡羅模型描述氧(n,p)反應的速度分布，可以模擬計算探測器的計數(shù)率： (16)式中，16n的衰減常數(shù)；s(t)t時間的中子源強度；t0活化開始時間，持續(xù)到ta；a水流橫截面積；d(z)測量的相對于中子源位置的氧活化分布；r(z)測量的相對于檢測器平面的響應作用。圖20 氧活化水流測量示意圖圖21上部是在穩(wěn)定流動條件下，當套管外水流速度為7m/min時，遠探測器計數(shù)率的模擬結果。中子源打開2s，然后關閉18s。總信號包括三個組成部分(右上圖)：由天然背景得到的常規(guī)背景組分、儀器的活化(即由固定活化氧得到的呈指數(shù)規(guī)律衰減的組分)和流動活化氧組分。如