(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江 大庆 163453)

0 引 言

从大庆油田某开采区块注水开发这些年来看，现在已进入特高含水阶段，层系井网多、开采对象复杂、油层非均质性严重，控水挖潜潜力逐渐变差等状态。随着注聚合物井和复杂管柱结构井的数量逐年增加，现有的放射性同位素测井受自身测井技术的限制，对于解释过程中所遇到的问题井无法给出准确的测井结果。而脉冲氧活化测井利用其能在油管内探测管外水流速度及方向的优势，及通过计算油管内总流量和流向该层段上各射孔层的流量是否符合正常流量流向状态，可以检测封隔器、挡球等井下管柱工程问题，还可以相对准确的给出各层的吸水情况。

1 脉冲氧活化测井简介

1.1 测井原理

脉冲氧活化测井是一种测量水流速度的测井方法，测井总原则是对每一种流体的流动均要从它的出现一直测至其消失为止。每一次测量都包括一个很短的活化期 (1～10 s)及紧随其后的数据采集周期(一般为60 s)，当水流经过中子发生器周围时，被快中子与流体中氧元素活化，活化的水在流动过程中发生β-衰变放射出6.13 MeV的伽马射线。氧的放射性同位素半衰期为7.13 s，高能伽马射线能穿透油管、套管和水泥等介质。分布于不同源距的3个探测器可以观察到该伽马射线的变化，通过测量活化水到达探测器所经历的时间，结合源距便可计算出水流速度，在已知流动截面面积的情况下，进一步计算出水的流量。

测点水流时间tm数据计算及流量Q计算公式[1]：

(1)

(2)

式中：tm为活化水从中子发生器流到探测器的时间；ta为活化时间；f(t)为中子脉冲过后探测器计数率随时间变化函数；t为测量累积时间；S为水流横截面积；L为发射器到探测器的距离。

1.2 仪器结构

脉冲氧活化测井仪是由磁性定位器、近中远3台伽马射线探测器、中子发生器组成，其结构图如图1所示。中子发生器可同时接入井下仪、分别测量上、下2个方向的水流。测量下水流时，上中子发生器工作；测量上水流时，下中子发生器工作。在进行脉冲氧活化测井时，将仪器下入要求测量深度处，在配水器上部的封隔器与配水器之间及配水器下部的封隔器之间进行定点测量，计算上下2个层段流量差为配水器吸液量。测量时，中子发生器和探头尽量避开封隔器和配水器，使得测量更精准。根据管柱情况判断流体是自上而下，还是自下而上注入储层时，顺着流体的流动方向进行测量，直至测量到零流量。若出现层段流量明显增大时，必须将流量调整到正常状态，再重复进行测量，确定流量是否稳定。

图1 仪器结构图

2 应用效果分析

2.1 检测井下工具状况中的应用

脉冲中子氧活化测井可以根据环形空间内流体的流动速度来判断井下封隔器的工作状态，根据水流方向判断喇叭口的位置，检测挡球漏失情况。

2.1.1 检测封隔器密封性

在分层配注井中，封隔器在环套空间内卡住上下层段，即在一个上配注层段中最下面射开层位之下和下配注层段最上面射开层位之上是处于无水流状态，且油管内配水器上下层段流量差应该等于该配注层段各层注入量之和，这种状态为封隔器正常工作。在资料解释时，经常出现封隔器不密封的情况，有时在一口测井资料中出现几个封隔器都不密封，封隔器是否密封影响层段各层水流的走向和流量。

杏01井是2017年3月测得一口脉冲氧活化测井，注入方式为分层配注井，注入压力为11.2 MPa，全井流量为114 m3/d，射孔深度为1 081.8～1 115.4 m。资料解释时发现，全井114 m3/d全部由1 090 m的第二级配水器进入环套空间在1 092.1～1 103.3 m的第二层段成80 m3/d的下水流，正常井况下，余下34 m3/d水量通过油管由1 114.2 m配水器进入下一层段，但是资料显示余下的34 m3/d水量仍是由环套空间继续向下进入1 106～1 115.4 m的第三层段，表明第三级封隔器不起作用，因此判断两层段之间1 102.8m处封隔器不密封。杏01井氧活化测井成果如图2所示。

2.1.2 确定喇叭口位置

在笼统注水井中，喇叭口在射孔层段之下，注入水由油管流出喇叭口，经过井底由环套空间上返进入层段，但也有部分井喇叭口在所有射孔层段之上，甚至在方案设计时出现无喇叭口深度的情况，无法准确给出测点深度，只能通过测量流向各层段的水流方向来确定喇叭口位置。例如，杏02井是2015年9月测得一口脉冲氧活化测井，注入方式为笼统注水井，注入压力为11.4 MPa，全井流量为49 m3/d，射孔深度为1 099.6～1 108 m，根据氧活化方案喇叭口的深度，层段吸入量为环套上水流，而实际测完脉冲氧活化在资料解释时发现该井为套管下水流，因此确定喇叭口实际深度为1 098.5 m。

杏03井是一口笼统注水井，射孔深度为1 078～1 101.1 m，注入压力为12.8 MPa，全井流量为59 m3/d。在方案设计时发现无喇叭口深度，无法判断水流方向及给出测点深度，经过落实方案确实无喇叭口深度。2017年9月测得脉冲氧活化，资料解释时发现油管内1 070 m处测得全井流量59 m3/d，追踪到层段下1 106 m处发现油管内无水量，经判断水量为套管下水流，确定喇叭口深度在层段上。

2.1.3 检测挡球漏失

杏04井是2015年10月测得一口分层配注井，注入压力为11.9 MPa，在第一测点1 080.9 m处测得全井流量为75 m3/d，在1 097.3～1 106.4m层段进行环套下水流模式定点测量流量为29.2 m3/d，其余45.8 m3/d经过1 120.2m处配水器为环套上水流，此时发现，只有15.8 m3/d向上流量，经跟踪发现在1 120.7～1 121.6 m油管处仍有30 m3/d流量继续向下又返回环套空间进入层段，由此判断为挡球漏失导致水流方向及流量发生变化。

2.2 提供遇阻深度以下层段的吸水量中的应用

在同位素测井资料解释中，很难判定遇阻深度之下层段的吸水状况，测井时井况状态好的情况下，可根据遇阻深度以上井温曲线的变化定性判断遇阻深度之下层段有无吸水，但无法量化其吸水量，使得解释剖面不完整，甚至影响到对全井主吸水层的判定。有时为了获得完整的注水剖面，油田还需要进一步上措施，并再次测井了解精准数据。但脉冲氧活化测井可以对遇阻深度以下层段的情况进行量化，并且不影响对全井主吸水层的判定，可以为油田生产节约成本。

杏05井为一口笼统注水井，注入压力为12.4 MPa，全井流量为65 m3/d，射孔深度为1 046.5～1 113.9 m。

图2 杏01井氧活化测井成果图

2017年4月进行脉冲氧活化测井时，仪器在1 110 m遇阻，PI42层位于遇阻深度以下，氧活化测井仪探测到遇阻深度之下有13 m3/d的流量，该井没有特殊情况，分析认为PI42层吸入量为13 m3/d。如果采用同位素测井方法，由于受工具遇阻影响，对于遇阻层段就不能对其吸水层进行量化。

2.3 验证注入井的井身结构的应用

由于脉冲氧活化测井仪在测井时，可以通过流速的突变来判断和寻找油管结构是否完好，因此该仪器可对注入井的井身完整性进行检验。2017年6月对杏06井进行脉冲氧活化测井，注入方式为笼统注水，注入压力10.6 MPa，全井流量为64 m3/d，喇叭口深度为1 103.9 m。正常情况下，经测得发现1 083.6～1 091.3 m层段处应为环套上水流，但资料显示64 m3/d流量进入1 083.6～1 091.3 m层段为环套下水流，由此追踪在350 m以上油管漏失。杏06井氧活化测井成果见表1。

表1 杏06井氧活化测井成果表

3 结束语

1)脉冲氧活化测井克服了示踪剂沾污、沉淀、聚堆、地层漏失等影响，能够客观准确地反映管内管外流体流速，且测量结果不受井内液体粘度的影响，可以广泛适用于注水井、注聚合物等注入井的注入剖面测试。

2)通过对油田问题井的实例分析，表明脉冲氧活化测井在检测井下工具状态、井身机械完整性以及注入井的注入剖面中得到较好的应用。

3)脉冲氧活化测井的资料成果可以更精细地反映井下各层段的吸水状况，解决了许多工程技术问题，为资料的综合分析和解释提供了有利条件，进一步为动态监测工作提供精准数据。