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试论氧活化测井技术在注水井查漏找窜的应用发布时间：2021-04-14T14:03:39.780Z 来源：《中国科技信息》2021年4月作者：马国伦[导读] 回注井将一种将油（气）田开发中产生的污水（地层水或者废液等）回注到地下特定层位所钻的井。
氧活化水流测井是一种测量井下水流速度的测井方法，本文介绍的小外径-单发七收”新型氧活化测井仪在一个测点可同时监测上水流和下水流双向水流，同步测量不同空间的水流流速，并且计算流量，测井时效块，测井成功率高，是快速评价回注井窜漏的主要方法。
中石化胜利油田分公司油藏动态监测中心孤东监测项目部马国伦摘要：回注井将一种将油（气）田开发中产生的污水（地层水或者废液等）回注到地下特定层位所钻的井。
氧活化水流测井是一种测量井下水流速度的测井方法，本文介绍的小外径-单发七收”新型氧活化测井仪在一个测点可同时监测上水流和下水流双向水流，同步测量不同空间的水流流速，并且计算流量，测井时效块，测井成功率高，是快速评价回注井窜漏的主要方法。
测试实例表明：与五参数流量方法相比，该技术具有良好的适用性，应用效果良好。
关键词：氧活化水流测井；回注井；找窜漏0 引言回注井将一种将油（气）田开发中产生的污水（地层水或者废液等）回注到地下特定层位所钻的井。
由于污水水质复杂，长期回注势必对管柱造成腐蚀，严重地引起管柱破损，污水窜流，进而造成严重的环境污染问题。
因此对回注井定期进行管柱技术状况的检测、回注层位的监测尤为重要。
近年来硼中子、氧活化、涡轮流量等测井技术在回注井查漏找窜方面应用较多，相比之下，氧活化测井较为简单、直观、准确、应用效果好。
1氧活化水流测井技术1.1测井原理简介氧活化反应通过活化水中的氧元素，使流动的水具备短时间能被伽马探测器探测到的放射性。
通过解析活化伽马射线时间谱可计算出水流速度，在流动截面已知情况下, 就可准确的计算出水流量大小。
1.2新型氧活化测井仪优势目前采用的新型氧活化测井仪包含一个脉冲中子发射器和七个不同源距的伽马射线探测器，见图1-1。
脉冲中子氧活化测井技术的应用摘要：脉冲中子氧活化测井仪是一种测量水流速度的注入剖面测井技术，主要用于注水和聚合物的注入剖面测量，可测量笼统注水井、配注井、油套合注井的向上或向下水流的速度，在测量范围内能够准确测出注入量。
应用表明，测井过程中通过活化水中氧来直接测得油管和套管中水的流速，需要计算获得相应流量，可克服示踪剂沾污、沉淀、聚堆、地层漏失的影响。
关键词：脉冲中子活化测井应用一、仪器结构和技术指标（1）仪器结构。
包括磁性定位器，遥测电路，远中近探测器，中子发生器和高压驱动电路。
见图1。
磁性定位器：测量井内油管或套管节箍及井下工具深度；遥测电路：对地面仪通过电缆传送的控制命令进行解码，并实现对其他部分的控制；把磁定位数据、近中远探测器测得的伽马数据编码，通过电缆传送给地面仪。
远中近探测器：时时测量井内对应深度处的伽马数据。
中子发生器：发射中子，实现对氧的活化。
高压驱动：在控制命令控制下，向中子发生器提供高压脉冲。
（2）主要技术指标。
耐温：125℃；耐压：60MPa；仪器外经：43mm；仪器长度4.5m；近中远三个探测器的源距分别为0.45m、0.90m、1.80m。
图1 结构示意图二、测量原理氧活化反应使流动的水具备了短时间的能被伽马探测器探测到的放射性。
用能量大于10Mev的快中子轰击氧原子，就会发生活化反应。
氧核被激化后，产生氮的放射性同位素16N处于激发态，经β衰变后还原成氧，其半衰期为7.13s，同时释放出能量为 6.13Mev的特征伽玛射线。
反应表达式：16O+n=16N+P；16N=16O+γ。
其中时间应为水被活化到γ被探测到的时间差的平均值。
三、现场施工中应注意的问题（1）由于该仪器造价比较昂贵，而其中的中子发生器和探测器都有易碎部件，所以在使用过程中一定要做到轻拿轻放，在长途运输过程中一定要注意仪器的保护，尽量减少仪器的颠簸。
在测井过程中一定要严格按照规定测速启下仪器。
（2）地面仪中氧活化板卡对测量信号进行处理和解码，地面仪后面板接线方式与其他测井项目不同，在给仪器供电前要把由采集箱引出的信号线和连接到示波器的信号线分别接到氧活化板卡上，在测量其他项目时，必须还原接线方式，否则无法测得正确数据，而且有可能损坏氧活化板卡。
氧活化测井技术在工程井中的应用摘要：在油田开发的中后期，油、套管的技术状况的恶化，窜漏现象也越来越严重，常规的测井技术有很多局限性。
本文介绍了氧活化测井技术的工作原理以及在不同井况条件下的氧活化测井在找漏、窜的施工工艺的研究并取得好良好的应用效果。
关键词：氧活化工程找漏窜注入方式产出方式施工工艺引言随着油田开发的不断深入，油、套管技术状况不断恶化，油水井窜、漏现象越来越严重，已经成为油田开发普遍存在的问题，影响了油田正常地生产开发。
监测油水井的窜、漏情况，判断遇阻层或灰面以下吸水或产出状况，常规的测井技术有：同位素、井温、流量计、中子寿命等，要想准确判断来水方向和水流大小，这些方法存在很多的局限性。
氧活化测井技术能够解决其中的一些难题，可直接判断水流方向及测量水流速度，能在油田动态监测中广泛应用。
1、氧活化测井技术在工程井中的施工工艺1.1、氧活化测井原理氧活化测井技术在测量时，每一次测量都包括一个很短的活化期(2～10s)，以及紧随其后的数据采集周期(典型值为60s)。
当水经过中子发生器周围时，水中的氧原子被快中子活化，被活化的水在流动过程中发生β衰变释放出6.13MeV 的伽马射线，通过对伽马射线时间的测量来反映油管内、环形空间、套管外含氧物质—水的流动状况。
通过测量活化水到达探测器所经历的时间，结合中子源至探测器的距离便可计算出水流速度。
1.2、氧活化测井仪器直径：38mm结构：单发七收特点：同步接收，同步记录。
在一个测量点可同时测量出上、下水流的流量，更加有利于现场操作和解释人员进行流量状态的分析。
内径小，测井成功率更高。
同时双向监测水流，减少测井时间。
1.3、施工工艺的研究常见的油水井窜漏主要分为以下三种：一是注水压力突然下降，一般为套管漏失或管外窜，灰面漏失；二是井口存在溢流，无法判断来水位置，影响注采平衡；三是油井含水急剧上升，或者新投产的井投产后含水极高，但从完井资料显示含水没有那么高，可能是上部或下部水层窜槽所致。
42一、氧活化测井仪测量原理脉冲中子氧活化是一种测量水流速度来测量流量的方法。
主要应用于定量测量注水井的分层吸入量。
适用于笼统正注井、笼统上反井、油套同注及配注井的注入剖面测量。
仪器示意图如图1所示。
仪器利用中子发生器发射14MeV的高能中子，活化井筒中以及其周围的氧原子核以产生氮同位素。
放射性氮同位素以半衰期7.13s发生b-衰变，氮同位素经过 b-衰变之后发射高能g射线，g射线照射到探测器晶体上产生光子，光电倍增管感应到光子后将其转化成电信号被仪器记录下来。
在被活化的水流流往探测器方向的过程中，仪器会记录活化水发出的g射线时间谱，通过计算活化水到达探测器的时间，即中子爆发到特征峰峰值的平均时间，根据求出流动速度，进而根据水流所在处的横截面积得到流量，由两个测点的流量差就可以得到两点间的吸入量。
图1脉冲中子氧活化测井仪结构示意图由于中子发生器发射的中子，可以活化以中子管靶极为原点，半径30cm范围内的氧原子，并且6.13MeV和7.11MeV的g射线可以穿透几十厘米厚的井眼物质，如井内流体、油管、套管、水泥环等，所以可以探测到油套空间乃至水泥环外的流动水流，因此该方法对注入井中发生的分隔器泄露和井外水流窜槽现象能给出定性判断。
二、自相关氧活化解释方法重心法和中心法是氧活化测井解释广泛应用的方法，进行资料解释一般都用重心法，重心法是通过对两个谱峰分别求取重心时刻，两个重心时刻的差值即为渡越时间，通过谱峰求取渡越时间的缺点是受谱峰边界选取影响很大，在聚合物条件下，受粘度影响谱峰产生拖尾，会对谱峰边界选取造成一定误差，这也是聚驱井解释误差较大的原因之一。
无论在清水还是聚合物中，氧活化测井解释在较低流量时（<20m 3/d）测量值普遍偏大，较高流量时（>150m 3/d）测量值偏小。
针对此问题通过实验研究加理论研究，利用自相关氧活化解释方法进行资料解释，有效解决了上述问题，现场应用效果较好。
脉冲中子氧活化测井仪用户手册1 概述目前我国许多油田已进入三次采油阶段，注聚合物使得许多井内的黏度增加，传统的涡轮流量计和同位素视踪法已不能获得满意的测量效果。
电磁流量计虽可对笼统正注注聚井进行测量，但对于笼统反注和配注井却无法正确测量。
我们公司生产的这种测井仪器可以满足注聚合物水井吸液剖面测井工作的需要，同时该仪器对水井的找窜、找漏也可进行正确判断，可为三次采油及工程技术改造提供可靠的注入剖面测井资料。
仪器采用三芯供电方式，单发三收，单向测量方式，可通过仪器掉头方式，来实现双向水流的测量。
仪器采用20.83K的曼玛来进行传输，并可以下传指令l来控制中子发生器的工作状况。
2仪器的基本数据和技术指标：2.1 几何尺寸：仪器外径：43mm仪器总长：4500mm中子发生器短接：2100mm采集传输短接：2470mm近探测器距离：450mm中探测器距离：900mm远探测器距离：1800mm2.2 技术指标：2.2.1适用范围：仪器可用于笼统井的测量，也可用于配注井的测量。
耐温125 ℃耐压60MPA 2.2.2仪器技术指标仪器三芯供电（探测传输供电）：75V，一般工作电流85mA左右，灯丝工作时可达100mA以上。
仪器二芯供电（靶压供电）：80V，80mA左右。
当需要增加或减小中子产额时，可适当增加或减小供电电压。
仪器信号传输采用20.83K的曼玛信号，可下发指令。
3 仪器基本结构和工作原理3.1仪器的结构仪器主要由两部分组成：采集传输短接和中子发生器短接。
采集传输短接里又包括五芯接插件、磁性定位器、电源总承部分、远探测器、电路处理部分、阳极脉冲电路总承、中探测器和近探测器和七芯接插件等部分。
连接形式见（附图1）：其中五芯接插件的外壳习惯上称为三芯，为仪器采集传输电路供电芯。
五芯接插件的一环（中间芯）习惯上称为二芯，为中子管靶压供电芯。
五芯接插件的三环习惯上称为一芯，专门用来进行信号的传输。
七芯接插件的定义为一芯为信号线，二芯为靶压供电线，三芯为电路供电线，四芯、五芯为灯丝供电线，六芯为地线，中间芯为阳极脉冲线。
单芯多功能水流测井仪操作方法及测井工艺一、测量原理氧活化测井的基本原理是依据脉冲中子活化氧原子，使活化的氧原子产生特征伽马射线。
流动的活化水流经四个探测器，各个探测器连续纪录Υ计数率随时间推移变化的时间谱，并根据时间谱计算出谱峰的渡越时间，由各个探测器的源距和计算出的时间谱的渡越时间得到活化水的流速，并根据实际测量的空间截面积和一天24小时的时间长度计算得到该测量点一天的流量。
二、测量要求：1、总注入量稳定：由于采用点测方式，因此要求在水站连续监测被测井的总注水量一段时间，确认注入量稳定（实际测量时，在200米处进行第一点的总流量测量，在喇叭口或分层配注之上测量第二点总流量，两个测量结果进行对比，总流量应基本相同）。
变化的注入量将导致氧活化测量资料产生误差，甚至无法解释。
所以要求测量时段内，注水井的注入量必须稳定。
2、测量过程监控：（1）在实际测量过程中，要对于当前测量的流量进行监控，对时间谱峰，操作员应监控时间谱的测量质量和测量结果，对于每个测量点的时间谱进行现场的初步计算，计算得到的流量结果应符合流量变化的总体趋势。
（2）根据管柱情况判断水流的方向，对下水流，应从上至下顺着水的流动方向进行测量，直到测量到零流量。
对于上水流从下至上顺着水的流动方向进行测量，直到测量到零流量。
（3）如果有明显流量增加，必须重复测量来证实。
源和探头要尽量避开油管节箍。
对于异常的测量结果，如：谱峰质量不好、油管峰与环空峰不易区分、流量计算结果不合理等情况应采取补测、加密测量、追踪谱峰异常的变化点，以及复测正常时间谱测量点的方式，找出异常点的变化原因，为测后处理提供足够的解释信息。
3、校深：仪器断电上提或下放，在目的层上方选择合适深度点开始进行四参数连续测量（下测），测速500米/小时，监视节箍曲线防止遇阻；选择一测量段上提连续测量四参数，测速600米/小时，通过GR、CCL曲线校深；修改深度后，仪器应重新上提测量四参数，确定深度正确。
三、测井前准备内容：1、设计测量方案：根据测井通知单了解测量井的管柱结构、井口压力、射孔层位置，封隔器位置、喇叭口位置、配水器位置、总注水量、注水方式等，设计初步的测量方案，确定测量点以及水流测量方向，设计出基本的测量方案。
四、仪器安装：根据井口压力给仪器配接加重，仪器的接头的密封圈上硅油，根据测井方案组合安装仪器，连接处用小管钳和专用勾头扳手上紧，不要留缝隙。
（1）测下水流地面系统+电缆+马笼头+加重+￠43-￠38转换头+CCL短节+遥测短节+转接头+中子发生器+采集短节（2）测上水流地面系统+电缆+马笼头+加重+￠43-￠38转换头+CCL短节+遥测短节+转接头+采集短节+中子发生器（3）测上、下水流地面系统+电缆+马笼头+加重+￠43-￠38转换头+CCL短节+遥测短节+转接头+中子发生器+采集短节+中子发生器五、通电检查：仪器装入防喷管之前，通电检查，在地面系统运行检测软件“Link to YHH.EXE”，在检测软件界面内选择“水流方式”的“准备状态”，选择“秒”计数。
地面系统适当调整电压，使稳压电流Iw保持在50毫安。
（1）观测软件界面中的灯区N/W灯显示：亮，表明仪器处于水流工作方式；V am灯显示：亮，表明阳极脉冲电路工作正常；选择“上水流”，FU灯亮，表明热丝电压接通下中子发生器选择“下水流”，FD灯亮，表明热丝电压接通上中子发生器（2）观测软件界面中的数据区：ND1显示探测器1每秒的计数值（单位是CPS）ND2显示探测器2每秒的计数值（单位是CPS）ND3显示探测器3每秒的计数值（单位是CPS）ND4显示探测器4每秒的计数值（单位是CPS）其中探测器2、3、4的每秒的计数值基本相同，探测器1的每秒的计数值是其它探测器计数值的三分之二。
各地区本地计数不同。
（3）地面系统适当调整电压，使稳压电流Iw保持在50毫安,使阳极脉冲电流Ia稳定在80微安左右，在检测软件界面内选择“谱周期”，依次选择“谱周期”内容，观测软件界面中的灯区和数据区：10秒PT灯的状态：灭/灭时间道号0---199循环；20秒PT灯的状态：灭/亮时间道号0---399循环；40秒PT灯的状态：亮/灭时间道号0---799循环；60秒PT灯的状态：亮/亮时间道号0---1199循环；（4）在检测软件界面内选择“活化时间”，依次选择“活化时间”内容，观测软件界面中的灯区和数据区：0.8秒C、B、A灯显示：灭/灭/灭1.0秒C、B、A灯显示：灭/灭/亮1.6秒C、B、A灯显示：灭/亮/灭2.0秒C、B、A灯显示：灭/亮/亮4.0秒C、B、A灯显示：亮/灭/灭6.0秒C、B、A灯显示：亮/灭/亮8.0秒C、B、A灯显示：亮/亮/灭10秒C、B、A灯显示：亮/亮/亮# 上述操作表明井下仪器在氧活化水流方式下工作正常六、施工工艺及测井质量控制1、仪器装入防喷管，将防喷管堵头安装好，以防起吊时仪器滑出防喷管。
2、安装井口防喷装置。
3、将井口防喷装置与井口连接后，慢慢打开总闸门，直至总闸门完全打开后缓慢下放仪器。
4、此时仪器完全承压，给井下仪器供电，调整电压到8伏，观察显示电流的数码管，电流变化正常，无大电流产生（表明仪器没有短路现象），仪器正常，将电压调回零电压，仪器下放。
5、仪器上提/下放速度控制在2500米/小时内。
上提/下放过程中，每走500米给井下仪器供电一次，调整电压到8伏，观察显示电流的数码管是否有大电流出现。
若出现大电流，仪器应快速上体到井口检查。
6、对于长期未测的井以及内径小于55毫米管柱的井，应先进行通井以免遇卡。
7、注意；仪器必须在井下50米之下方能加靶压，以确保安全。
停止打靶后二十分钟装卸仪器。
8、测量方法：不同的管柱结构和注水方式所采用的测量方式不同，目前在克拉玛依油田所遇到的管柱结构和注水方式有以下几种：（1）、油管注水，测量套管内下水流的流量：a、管柱及注水方式图如下：BCDEFb★在油管的上部选择一深度点A点（200米），测量油管的总流量(下)；★在油管的下部，油管喇叭口附近选择一深度点B，测量油管的总流量；★在射孔层1#上部，第一个射孔层之上选择一深度点C，测量套管的总流量；★在射孔层1#下部，第一个射孔层之下选择一深度点D，测量流量；★在射孔层2#下部，第二个射孔层之下选择一深度点E，测量流量；★在射孔层3#下部，第三个射孔层之下选择一深度点F，测量流量；正常情况下，在射孔层3#下部，应该测量到零流量。
★在射孔层1#上部，第一个射孔层之上选择一深度点C，重复测量套管的总流量，与前次同一测量点的测量结果进行对比，检测总流量是否发生变化。
AB C DE F GHI注意： 完成每个点的测量后，应该及时对时间谱进行计算，得到流量结果。
（2）、油管、套管笼统注水，测量套管内/环空内下水流的流量a 、管柱及注水方式图如下：b 、测量步骤：▲ 在油管的上部选择一深度点A 点（200米），测量油管/环空的总流量(下)；在射孔层1#上部，第一个射孔层之上选择一深度点B ，测量环空总流量； 在射孔层1#下部，第一个射孔层之下选择一深度点C ，测量环空流量； 在射孔层2#下部，第二个射孔层之下选择一深度点D ，测量环空流量； 在射孔层3#下部，第三个射孔层之下，封隔器之上选择一深度点E ，测量环空流量；正常情况下，在射孔层3#下部，应该测量到环空的零流量。
A G B/ CFDE▲封隔器之下，喇叭口之上选择一深度点F ，测量油管的总流量，应该与A 点处油管总流量相同；▲ 在喇叭口之下，射孔层4#上部选择一深度点G ，测量套管的总流量，应该与F 点处油管总流量相同；在射孔层4#下部，第四个射孔层之下选择一深度点H ，测量套管的流量； 在射孔层5#下部，第五个射孔层之下选择一深度点I ，测量套管的流量； 正常情况下，在射孔层5#下部，应该测量到套管的零流量。
▲仪器上提到A 点测量油管总流量（下），总流量应该不变。
（3）、油管注水，测量环空上水流的流量： a 、管柱及注水方式图如下：油管下端是丝堵b 、测量步骤：▲ 在油管的上部选择一深度点A 点（200米），测量油管的总流量(下)； 在筛管之上，在射孔层3#下部选择一深度点B ，测量油管的总流量（下）； ▲在筛管之上，在射孔层3#下部选择一深度点C ，测量环空的总流量（上）；AFCD G HIJ应该与油管的总流量相同；在射孔层3#上部，第三个射孔层之上选择一深度点D ，测量环空的流量（上）； 在射孔层2#上部，第二个射孔层之上选择一深度点E ，测量环空的流量（上）； 在射孔层1#上部，第一个射孔层之上选择一深度点F ，测量环空的流量（上）； 正常情况下，在射孔层1#上部，封隔器之下应该测量到环空的零流量。
▲在封隔器之上选择一深度点G ，测量上水流可以验封； ▲仪器上提到A 点测量油管总流量（下），总流量应该不变。
（4）、油管注水，分层配注，测量环空上/下水流的流量：a 、管柱及注水方式图如下：油管下端是丝堵b 、测量步骤：▲ 在油管的上部选择一深度点A 点（200米），测量油管的总流量(下)；在筛管之上，在射孔层1#下部选择一深度点B，测量油管的总流量（下），应该与A点测量的油管总流量相同。
▲在筛管之下，在射孔层2#上部选择一深度点C，测量环空的流量（下）；在射孔层2#上部，封隔器之上选择一深度点D，测量环空的流量（下）；正常情况应该测量到环空下水流的零流量；▲在筛管之上，在射孔层1#下部选择一深度点E，测量环空的流量（上）；在射孔层1#上部，封隔器下部选择一深度点F，测量环空的流量（上）；正常情况应该测量到环空上水流的零流量；▲在2#封隔器之下，2#筛管之上选择一深度点G，测量油管的流量（下）；▲在2#筛管之下，射孔层3#上部选择一深度点H，测量环空的流量（下）；射孔层3#下部，射孔层4#上部，选择一深度点I，测量环空的流量（下）；射孔层4#下部，选择一深度点J，测量环空的流量（下）；正常情况应该测量到环空及油管下水流的零流量。
▲仪器上提到A点测量油管总流量（下），总流量应该不变。
（5）、套管内找漏，找窜；▲对于日流量大于10方的产液井可以采用上水流方式逐段下放设点测量，在点测前先对测量井段进行四参数的连续测量，通过压力、井温曲线进行初步分析，温度有明显变化处流量一般会有显著变化，根据情况分段设点进行流量测量。
▲对于日流量小于10方的产液井，先对测量井段进行四参数的连续测量，通过压力、井温曲线进行初步分析，然后稳定注水，分段设点进行下水流流量测量，找到吸入点后，将下发生器靶极置于该点上方，进行上水流测量；然后将上发生器靶极置于该点下方，进行下水流测量判断其流动方向。
七、完成测井完成测井曲线的录取后，将仪器上提到距井口10m处停车，用人力将仪器拉入防喷管内，然后关井口的注水闸门和总闸门，将测试防喷装置从井口拆下，取出仪器。
