王萊雪,高　磊,王海瑩,何繼光

(大慶油田有限責(zé)任公司測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司　黑龍江　大慶　163453)

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·經(jīng)驗(yàn)交流·

脈沖中子氧活化測(cè)井流量準(zhǔn)確度影響因素分析

王萊雪,高磊,王?，?何繼光

(大慶油田有限責(zé)任公司測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司黑龍江大慶163453)

摘要：文章從脈沖中子氧活化測(cè)井流程及解釋過(guò)程入手，分析影響脈沖中子氧活化點(diǎn)測(cè)流量解釋精度的因素，結(jié)合水流測(cè)井時(shí)間譜曲線的特點(diǎn)，提出提高和優(yōu)化流量解釋準(zhǔn)確度的方案，以解決水流測(cè)井點(diǎn)測(cè)流量解釋不準(zhǔn)確的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：氧活化測(cè)井；脈沖中子；資料解釋?zhuān)涣髁?/p>

0引言

隨著油田開(kāi)發(fā)的深入，注入剖面測(cè)井的需求越來(lái)越高，脈沖中子氧活化水流測(cè)井作為一種非接觸、無(wú)沾污的技術(shù)，廣泛適用于注聚，注水，注二氧化碳的籠統(tǒng)、配注井的測(cè)試，脈沖中子氧活化測(cè)井自1999年在國(guó)內(nèi)應(yīng)用以來(lái)，技術(shù)不斷完善，規(guī)模不斷擴(kuò)大，應(yīng)用井?dāng)?shù)逐年增加，成為疑難注入井的主要測(cè)井手段，為油田開(kāi)發(fā)提供了大量有用資料[1]。但是氧活化測(cè)井技術(shù)經(jīng)常遇到的問(wèn)題是有些點(diǎn)測(cè)所得的時(shí)間譜曲線的譜峰的形成受到多重因素的影響與預(yù)期的結(jié)果不符，不能為點(diǎn)測(cè)流量解釋提供有利依據(jù)，為此分析影響譜峰形成的干擾因素，排除影響流量判斷的干擾條件，成為進(jìn)一步提高點(diǎn)測(cè)流量解釋準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。

1脈沖中子氧活化測(cè)井技術(shù)

脈沖中子氧活化測(cè)井就是用中子發(fā)生器先發(fā)射一段時(shí)間(2～10 s)中子，將中子發(fā)生器附近的含氧流體(包括聚合物、水、二氧化碳)活化，然后停止發(fā)射中子，活化流體經(jīng)過(guò)γ探測(cè)器時(shí)，探測(cè)器計(jì)數(shù)率會(huì)增高，在探測(cè)器計(jì)數(shù)率隨時(shí)間變化的時(shí)間譜中會(huì)出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的峰值，根據(jù)峰值的位置能夠確定出活化流體從中子源到達(dá)探測(cè)器的時(shí)間t(渡越時(shí)間)，中子發(fā)生器與探測(cè)器之間的距離L已知(或通過(guò)流量刻度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸出等效源距L)，可以計(jì)算出流體流動(dòng)速度v=L/t。通過(guò)井內(nèi)管柱內(nèi)、外徑尺寸可算出流體的截面積S，從而得出該測(cè)點(diǎn)處流體的則流量Q=v·S[2]。高能中子與高能伽馬射線能夠穿透井內(nèi)流體、油管、套管和水泥環(huán)。脈沖氧活化測(cè)井方法能夠檢測(cè)油管內(nèi)外水流，適用于注聚、注水、注二氧化碳的籠統(tǒng)、配注井測(cè)量注人剖面。該方法也適用于檢測(cè)封隔器漏失和套管外竄流。氧活化測(cè)井技術(shù)在機(jī)械上的優(yōu)越性是免除使用放射性物質(zhì)，在操作上的優(yōu)越性是無(wú)須尋找井中的零流動(dòng)區(qū)域并進(jìn)行刻度測(cè)量。此外，還可以直接從計(jì)數(shù)率流動(dòng)譜圖上獲取流動(dòng)速度，進(jìn)而估算水流量[3]。

2流量準(zhǔn)確度影響因素

脈沖中子氧活化測(cè)井技術(shù)被廣泛應(yīng)用于大慶油田，海拉爾油田，塔木察格油田，塔里木油田的注入剖面測(cè)試，但是在點(diǎn)測(cè)時(shí)間譜曲線計(jì)算流量時(shí)，得到不符合規(guī)律的結(jié)果。經(jīng)過(guò)分析影響點(diǎn)測(cè)流量準(zhǔn)確度的因素主要來(lái)自于井況自身問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)施工工藝以及解釋軟件取值等三個(gè)方面。

2.1井況自身問(wèn)題方面

我國(guó)油田開(kāi)采已經(jīng)進(jìn)入后期，隨著投產(chǎn)年限的增長(zhǎng)，套損區(qū)塊普遍地出現(xiàn)管柱腐蝕、結(jié)垢、變形等現(xiàn)象；隨著注聚、注氣和注三元液井不斷投產(chǎn)，井內(nèi)介質(zhì)已經(jīng)變得多樣化，油田常常將過(guò)去的水井轉(zhuǎn)注其他介質(zhì)以便于合理驅(qū)油。

2.1.1管柱變形管內(nèi)工具的影響

由于測(cè)點(diǎn)所在位置的管柱尺寸將參與到流體截面積的計(jì)算當(dāng)中去，而在解釋軟件中輸入的管柱尺寸是根據(jù)該井管柱設(shè)計(jì)中的管柱數(shù)據(jù)填寫(xiě)的，點(diǎn)測(cè)深度處若有接箍、工具以及管壁變形等未在設(shè)計(jì)中體現(xiàn)的內(nèi)容，而在解釋軟件中仍然按照原來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)尺寸輸入，則流體的截面積與實(shí)際不符，解釋出來(lái)的流量也與實(shí)際不符，該測(cè)點(diǎn)解釋結(jié)果不準(zhǔn)確。

貝XX-X58-54井點(diǎn)測(cè)時(shí)間譜曲線圖如圖1所示，全井總注入量為45m3/d。圖1(a)顯示深度1 700 m處點(diǎn)測(cè)流量為43.7m3/d、圖1(b)顯示深度1 712.2 m處點(diǎn)測(cè)流量為114.17m3/d、圖1(c)顯示深度1 717 m處點(diǎn)測(cè)流量為44.67m3/d，由圖①可見(jiàn)，深度1700 m和深度1717 m處點(diǎn)，測(cè)流量接近，深度1 712.2 m處點(diǎn)測(cè)流量異常。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)井時(shí)如果遇到這種流量異常，可以到該井所

圖1　貝XX-X58-54井點(diǎn)測(cè)時(shí)間譜曲線圖

屬地質(zhì)部門(mén)借閱井史資料驗(yàn)證當(dāng)前深度存在管柱變形和管內(nèi)工具，在沒(méi)有前期井史資料的情況下，管柱變形和管內(nèi)工具所處的位置無(wú)法預(yù)測(cè)，可以在目的測(cè)點(diǎn)附近加測(cè)一點(diǎn)或多點(diǎn)驗(yàn)證，如加測(cè)點(diǎn)流量與原始測(cè)點(diǎn)接近，則流量異常突變的測(cè)點(diǎn)可以剔除，用加測(cè)點(diǎn)的流量結(jié)果代替突變點(diǎn)；如果加測(cè)點(diǎn)流量與上一測(cè)點(diǎn)的異常流量一致，則可排除管柱變形和管內(nèi)工具造成影響的因素。

2.1.2井內(nèi)介質(zhì)的影響

脈沖中子氧活化可以測(cè)注水井、注二氧化碳井、注聚井以及注三元液井。由于井內(nèi)介質(zhì)的不同，流體粘稠度不同，氧元素含量也不同，在點(diǎn)測(cè)時(shí)間譜曲線上顯示的氧活化峰位也有區(qū)別。井內(nèi)介質(zhì)分別為水、二氧化碳、聚合物時(shí)的譜峰圖如圖2所示。從圖②中可以看出隨著介質(zhì)的粘稠度變大，譜峰圖的峰位由軸對(duì)稱狀態(tài)分布轉(zhuǎn)變?yōu)椴粚?duì)稱分布。對(duì)于對(duì)稱型分布采用高斯函數(shù)描述：

y(t)=y0e-(t-t0)2/2σ2

(4)

對(duì)于非對(duì)稱性分布采用非對(duì)稱函數(shù)描述：

(5)

式中，t0為峰位道址，y0為峰高，σ為峰寬參數(shù)[2]。

需要注意的一點(diǎn)是，聚合物是一種高分子化合物與水混合形成的，在水占比較少的時(shí)候或者混合不夠均勻的時(shí)候，時(shí)間譜曲線顯示的峰值并不明顯，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)`導(dǎo)操作員做出錯(cuò)誤的流量判斷。如圖3所示，為貝40-XX注聚井不同深度處點(diǎn)測(cè)流量均為60 m3/d的時(shí)間譜曲線。圖3(a)測(cè)點(diǎn)深度1 191 m，圖3(b)測(cè)點(diǎn)深度1 196 m，圖3(c)測(cè)點(diǎn)深度1 203 m。圖3(b)的曲線初看譜峰接近本底值，但是將坐標(biāo)軸放大看以后，結(jié)合相鄰兩測(cè)點(diǎn)綜合分析，圖3(b)深度處仍然有60 m3/d的流量。因此，在井內(nèi)介質(zhì)為聚合物時(shí)，應(yīng)在不同深度處多次確認(rèn)流量。

2.2現(xiàn)場(chǎng)施工工藝方面

目前脈沖中子氧活化技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)井時(shí)仍然采用傳統(tǒng)施工工藝，會(huì)帶來(lái)因測(cè)井現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境與理想環(huán)境不同而產(chǎn)生的誤差，這種誤差產(chǎn)生于數(shù)據(jù)錄取階段，應(yīng)該在測(cè)井現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)校正，避免在后期數(shù)據(jù)處理和資料解釋階段造成困擾。

2.2.1井口注入量穩(wěn)定程度的影響

注入井注入量穩(wěn)定，是氧活化點(diǎn)測(cè)流量結(jié)果準(zhǔn)確的一個(gè)必要條件，但是在多數(shù)情況下這個(gè)條件很難滿足，施工設(shè)計(jì)中提供的是24 h平均注入量，而井口瞬時(shí)注入量隨時(shí)都在波動(dòng)變化,在點(diǎn)測(cè)過(guò)程中，同一深度的測(cè)點(diǎn)在不同時(shí)刻測(cè)得的流量值不同，這種情況在用遞減法測(cè)流量的時(shí)候不易發(fā)覺(jué)，但確實(shí)對(duì)氧活化解釋結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。這種影響在間歇注入井和多種介質(zhì)輪流混注井中非常明顯。

注入量不穩(wěn)定對(duì)全井找漏找竄造成的影響尤為突出。如圖4所示，為希XX-53井全井找漏點(diǎn)測(cè)時(shí)間譜曲線圖。由于井口注入量不穩(wěn)，流量時(shí)有時(shí)無(wú)，在同一測(cè)點(diǎn)不同時(shí)間復(fù)測(cè)得到的流量不同，在查找漏失點(diǎn)時(shí)造成嚴(yán)重的誤導(dǎo)，實(shí)際上該井1 066 m附近無(wú)漏失。

圖2　井內(nèi)介質(zhì)分別為水、二氧化碳、聚合物時(shí)的譜峰圖

圖3　貝40-XX注聚井不同深度點(diǎn)測(cè)時(shí)間譜曲線

圖4　希XX-53井點(diǎn)測(cè)時(shí)間譜曲線圖

在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)井時(shí)，應(yīng)選擇井口注入量穩(wěn)定的時(shí)間段錄取點(diǎn)測(cè)資料，可通過(guò)到注水站落實(shí)提前到現(xiàn)場(chǎng)考察測(cè)井時(shí)派專(zhuān)人負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井口注入量等措施，即便如此注入量突變的可能性仍無(wú)法預(yù)測(cè)，如果點(diǎn)測(cè)突變確實(shí)是由井口注入量變化引起的，則以總注入量變化后的流量為準(zhǔn)，將變化前所測(cè)各點(diǎn)流量應(yīng)按照總注入量變化幅度折算成變化后的流量，所有測(cè)點(diǎn)錄取完畢后再到200 m附近深度處重測(cè)總流量復(fù)驗(yàn)。

2.2.2溢流的影響

施工過(guò)程中如果在防噴溢流管產(chǎn)生溢流，則溢流量的也會(huì)影響到點(diǎn)測(cè)流量的結(jié)果。如果總注入量較低，井口溢流量較大，會(huì)影響到井內(nèi)吸水層的分布，原來(lái)吸水能力較弱的層可能因?yàn)橐缌髁看蟮脑虿晃?，影響?duì)吸水層的判定?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)井時(shí)要減少井口溢流，同時(shí)估算測(cè)井過(guò)程中井口產(chǎn)生的溢流量并做好記錄，以便在資料解釋階段根據(jù)需求，將溢流量做折算或剔除處理。

2.2.3中子發(fā)生器產(chǎn)額的影響

中子發(fā)生器產(chǎn)額不足的情況下，γ計(jì)數(shù)率低，氧活化時(shí)間譜曲線不能反映出真實(shí)的流量?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)井時(shí)若發(fā)現(xiàn)中子發(fā)生器產(chǎn)額不足的情況，需要增加靶壓保證產(chǎn)額達(dá)到5×107n/s,如果產(chǎn)額仍然不足，應(yīng)該及時(shí)更換中子管或采用備用儀器測(cè)井，如果沒(méi)有備用選擇需要終止測(cè)井，中子產(chǎn)額不足的情況下錄取的點(diǎn)測(cè)流量曲線沒(méi)有意義。

2.3解釋軟件取值方面

測(cè)井點(diǎn)測(cè)資料在解釋階段也會(huì)產(chǎn)生誤差，因?yàn)槊恳粋€(gè)測(cè)點(diǎn)在譜峰上都是依靠手動(dòng)取值的，濾波次數(shù)，拖尾的選取都因人而異，最后得到的流量結(jié)果也會(huì)有差異。

2.3.1軟件濾波的影響

濾波次數(shù)和平滑點(diǎn)數(shù)越多，時(shí)間譜曲線上丟失的細(xì)節(jié)越多，參與計(jì)算的峰值發(fā)生變化，影響到流量的解釋結(jié)果。如圖5所示，為同一測(cè)點(diǎn)的時(shí)間譜曲線經(jīng)過(guò)多級(jí)濾波后的效果圖。從圖⑤中可以看出，無(wú)濾波時(shí)無(wú)法看出譜峰位置，濾波10次以上時(shí)曲線的變化不再明顯,譜峰太過(guò)平滑近似一條斜線，只有濾波2次的時(shí)候線形最好。

圖5　采用不同濾波次數(shù)的時(shí)間譜曲線效果圖

解釋軟件的濾波目前沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，建議采用濾波點(diǎn)數(shù)為九點(diǎn)，采用二次濾波。在油管和套管的模擬井中，按不同流量進(jìn)行氧活化水流標(biāo)定的標(biāo)定流量與實(shí)測(cè)流量對(duì)比見(jiàn)表1、表2。結(jié)果顯示，在30～120 m3/d的流量范圍內(nèi)，二次濾波的誤差精度完全滿足點(diǎn)測(cè)流量的精度要求。如果因?yàn)闉V波丟失太多細(xì)節(jié)，則考慮適當(dāng)減少濾波次數(shù)以及使用三點(diǎn)濾波(圖5(f)為三點(diǎn)濾波的效果)。

從表格中可以看出，當(dāng)油管中的流量范圍在20～120 m3/d時(shí)，相對(duì)誤差最小(為±2%)，此時(shí)的油管流量不需要修正;當(dāng)流量大于120 m3/d時(shí)，測(cè)得的流量值比實(shí)際流量值低，當(dāng)流量低于10 m3/d時(shí)，測(cè)得的流量比實(shí)際流量值高，儀器廠家提供的儀器流量精度指標(biāo)為±5%，因此當(dāng)油管流量不在20～120 m3/d范圍內(nèi)時(shí)，建議選擇其他測(cè)井方式以獲得準(zhǔn)確結(jié)果。同樣，在套管中的流量范圍在30～250 m3/d之外時(shí)，建議更換更準(zhǔn)確的測(cè)井方式進(jìn)行解釋分析。

2.3.2峰值選取的影響

氧活化點(diǎn)測(cè)流量解釋軟件需要手動(dòng)選擇參與計(jì)算的峰值，峰值選取范圍因人而異，這樣就造成點(diǎn)測(cè)流量解釋結(jié)果不固定，造成流量計(jì)算結(jié)果偏離標(biāo)準(zhǔn)值?？紤]到井內(nèi)介質(zhì)不同對(duì)時(shí)間譜曲線造成的影響，在選取峰值時(shí)，盡量選擇峰形完整的標(biāo)準(zhǔn)的譜曲線解釋?zhuān)V峰出現(xiàn)高值的時(shí)間盡量不要和中子活化時(shí)間(2 s)重疊，解釋過(guò)程中考慮粘稠介質(zhì)的影響，適當(dāng)選取拖尾。在選取峰值時(shí)建議先確定本底基值的位置，一般通過(guò)40 s時(shí)間譜的后半段(30～40 s)，如圖6所示。然后選取明顯高于本底基值的部分作為參與流量計(jì)算的譜峰，再結(jié)合相鄰近的測(cè)點(diǎn)流量結(jié)果驗(yàn)證該點(diǎn)流量是否有異常，如有異常則換一個(gè)深度重測(cè)驗(yàn)證。

圖6　峰值選取位置示意圖

2.3.3不同解釋軟件版本的影響

由于儀器采集探頭位置是沿著儀器縱向分布的，因此每一個(gè)采集探頭對(duì)應(yīng)不同的采集深度，即每個(gè)探頭的源距不同，源距參數(shù)將參與到點(diǎn)測(cè)流量的計(jì)算公式，隨著氧活化井下儀器的改進(jìn)，現(xiàn)在已經(jīng)形成了面向不同油田的源距不同外徑不同的多種井下儀，對(duì)應(yīng)發(fā)布了多款不同參數(shù)的點(diǎn)測(cè)水流解釋軟件，不同版本的軟件對(duì)點(diǎn)測(cè)曲線的峰值統(tǒng)計(jì)也有區(qū)別，解釋軟件版本不同，固化在參數(shù)里的儀器零長(zhǎng)不同，同一測(cè)點(diǎn)的解釋流量也不同，如果使用不同時(shí)期不同版本的解釋軟件，也會(huì)影響點(diǎn)測(cè)流量結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此解釋點(diǎn)測(cè)流量時(shí)要選擇與所用井下儀器版本對(duì)應(yīng)的解釋軟件，選擇正確的儀器參數(shù)，以避免流量解釋出現(xiàn)偏差。

表1　SWFL38-B氧活化測(cè)井儀油管標(biāo)定記錄

注：1、油管內(nèi)徑63 mm，儀器外徑38 mm。

2、油管下水流測(cè)量大流量時(shí)，記錄譜峰不完整，180 m3/d未濾波，150 m3/d只進(jìn)行兩級(jí)濾波。

表2　SWFL38-B氧活化測(cè)井儀套管標(biāo)定記錄

備注：1、套管內(nèi)徑125 mm，儀器外徑38 mm。

2、測(cè)量套管流量過(guò)小，兩級(jí)濾波譜峰不明顯，所以進(jìn)行多級(jí)濾波。在標(biāo)定流量為6 m3/d時(shí)，套管上、下水流均無(wú)法計(jì)算。

3結(jié)論

通過(guò)對(duì)脈沖氧活化測(cè)井的原理、測(cè)井解釋方法和測(cè)井軟件的分析以及多年的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，減少氧活化測(cè)井過(guò)程中的各種影響因素，提高流量測(cè)量的準(zhǔn)確性，得出如下措施：

1)保證連續(xù)注入量穩(wěn)定一段時(shí)間，排除關(guān)井導(dǎo)致地層虧空使地層吸水能力發(fā)生變化的影響。

2)嚴(yán)格控制溢流，實(shí)現(xiàn)低溢流甚至零溢流施工。

3)點(diǎn)測(cè)流量時(shí)要考慮管柱變形和管內(nèi)工具的存在，遇到流量異常時(shí)，要在該測(cè)點(diǎn)附近加測(cè)點(diǎn)，取流量最合理的測(cè)點(diǎn)作為解釋結(jié)果。

4)測(cè)井時(shí)保證中子產(chǎn)額達(dá)到要求(大于5×107n/s)，避免因?yàn)楫a(chǎn)額過(guò)低影響時(shí)間譜曲線的形成效果。

5)在測(cè)井解釋時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮儀器測(cè)量精度，根據(jù)油管、套管的標(biāo)定結(jié)果，補(bǔ)償對(duì)應(yīng)的偏差值，給出正確的解釋結(jié)果。

6)流量取值時(shí)應(yīng)考慮軟件的濾波次數(shù)和平滑點(diǎn)數(shù)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 李瑛,張薇,張?jiān)虑?，?脈沖氧活化測(cè)井解釋中的一些具體問(wèn)題[J].測(cè)井技術(shù),2004,28(3):258-261.

[2] 劉國(guó)良,劉憲偉.脈沖氧活化測(cè)井水流速度計(jì)算方法研究[J],測(cè)井技術(shù),2006,30(6):548-550.

[3] 田祖紅,路培毅,遲彥華,等.復(fù)雜條件下脈沖中子氧活化水流測(cè)井資料的分析方法[J].國(guó)外測(cè)井技術(shù),2009,24(5):36-40.

Analysis on Influence Factors of Water Flow Measurement Accuracy of the Pulse Neutron Oxygen Activation Logging

WANG Laixue, GAO Lei, WANG Haiying, HE Jiguang

(Logging&TestingServices,DaqingOilfieldCompany,Daqing,Heilongjiang163453,China)

Abstract：Beginning from the process of the pulse neutron oxygen activation logging and datainterpretation, this paper analyzes the factors to affect interpretation accuracy of the pulsed neutron oxygen activation logging. According to the charracteristics of the flow logging time spectrum curves, the paper proposes the way to improve and optimize the flow interpretation accuracy to solve the problem of flow logging data interpretation inaccurate.

Key words：oxygen activation logging; pulse neutron; data interpretation; flow

(收稿日期：2015-10-31編輯：高紅霞)

中圖法分類(lèi)號(hào)：P631.8+17

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2096-0077(2016)02-0093-05

第一作者簡(jiǎn)介：王萊雪，男，1987年生，工程師，2009年畢業(yè)于長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)在大慶油田有限責(zé)任公司測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司，從事測(cè)井工作。E-mail:wanglx_101@163.com