氧活化能谱测井技术在油田开发中的应用

中子氧活化测井资料在油田的应用作者：陈刚来源：《中国新技术新产品》2008年第18期摘要：本文通过氧活化测井实例，阐述了脉冲中子测井方法，分析了测井资料在厚层细分、井下工具封隔器失效等疑难情况下注水井中的优势，以达到精确判断井下生产情况的目的。

关键词：氧活化；测量前言大庆油田已经进入高含水开发阶段，地下产层状况及注水结构更加复杂。

这就要求油田动态监测生产测井技术更加全面，用较先进的测井技术解决地下复杂的生产状况。

氧活化测井是脉冲中子测井的一种方法，主要测量注入剖面，能做到厚层细分，薄层分开，优于同位素测井，不受同位素颗粒及沾污等影响。

近年来应用效果较好，测井资料得到各油田专家的首肯。

氧活化测量原理中子氧活化水流测井的物理基础是脉冲中子与氧元素的相互作用。

氧的存在是根据检测氧原子的快中子活化后放射出的伽马射线来确定的。

能量超过10MeV的快中子被用来活化氧原子核以产生氧的放射性同位素，16N通过放射射线而衰变，其半衰期是7.13s。

16N ?茁-衰变过程中发射高能射线，最主要是能量为6.13MeV的射线，占16N衰变的69%。

由于16O(n,p)反应的临界中子能量是10.2MeV，所以井筒内中子发生器产生的中子能量14MeV非常适合于氧活化。

氧活化产生的16N衰变后放射的6.13MeV的伽马射线，氧核发生如下反应：放射出的伽马射线在井眼中能辐射20 30cm，可以穿透井眼流体、油管、套管及固井水泥。

由探测器测量伽马射线的能谱，活化伽马能谱可以反映出油管内、油套环形空间以及套管外含氧流体的流动状况。

当中子发生器发射一段时间中子后，仪器周围的氧被活化，含活化氧的水简称活化水。

在水流动方向上设置多个伽马射线探测器，当活化水流经某探测器时，该探测器伽马计数率增大，通过测量活化时间谱，能计算出水流从中子源流到探测器的时间t。

若以S表示源距，根据源距和活化水通过探测器的时间计算流动速度，水流相对于仪器的速度为。

142生产测井是监测油气田开发动态的重要技术手段，生产动态测井主要包括产出剖面和注入剖面两大类。

氧活化测井技术作为一项新开发的技术，近年来在油田注水监测技术中逐渐受到广泛关注和应用。

通过注入剖面可以了解注入液或气的去向，各层的吸入量比例，以及是否按设计方案注入地层，进而分析出各层分层注入的效果。

PL19-3油田目前注水井70口，几乎全部进行了分层注水。

通过氧活化测吸水剖面，可以指导每口水井的分层调配，验证封隔器的密封性，判断管外串槽等，对19-3油田水井措施作业提供了可靠的监测资料。

1　基本原理[1-2]氧活化测井就是探测热中子被活化后所放出的活化伽玛射线。

快中子射入地层后，与地层物质发生相互作用，从而发生非弹性散射、弹性散射、俘获辐射和活化反应等。

其实质是氧原子吸收高能快中子（大于10.2MeV），放出粒子，产生放射性同位素N16，并引发一系列原子核反应，最后激发态的氧原子释放出高能伽玛射线，通过对伽玛射线时间谱的测量来反映油管内、环型空间、套管外含氧物质特别是水的流动状况。

通过解析时间谱可以计算出水流速度，进而计算水流量。

它采用一个较短的活化期（2~10s），而选择一个较长的数据采集期（60s）进行活化测量。

水流的速度是根据中子源到探测器的距离及活化水通过探测器的时间确定出来的，是一种已知距离的时间测量，可以多次重复测量以提高精度。

测量方式采用点测，贴井壁测量，测量时遵循顺流测量原则，符合流量守恒原理。

顺着各水流分支，从大流量到小流量，沿着水流动方向定点测量，将各分支流量一直追踪到流量为0。

在PL19-3油田主要使用SWFL-B型38mm氧活化水流测井仪。

2　测井影响因素分析2.1　探头距离在外界条件固定的情况下，谱峰位的表现受到了中子源发生器和探头距离的影响，距离和峰位时间成正比，但距离过小就有可能接收不到信号，距离过大可能由于放射性元素的逐渐衰减导致接收信号弱。

探头距离可以根据具体注水量的大小确定，如果注入量过大，可按最远的探头距中子发射器的距离提取计算。

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。

氧活化测井在油田开发中的应用探析随着目前科学技术的不断发展，油田在生产开采过程中应用传统的放射性同位素示踪、流量等技术进行地层水流测试已经不能满足实际要求。

而脉冲氧活化测井技术是一种新型的井下流体检测技术，该技术在实际应用过程中不会对地层造成污染，而且在整个测试过程中外界因素对其影响非常小，因此在油田井下流体进行测试的过程中得到了非常广泛的应用。

1 脉冲氧活化测井目前，在油田的勘探开发过程中脉冲氧活化测井技术得到了非常广泛的应用。

利用脉冲氧活化测井技术不仅能够有效监测油层中流水的实际分离状态，而且还能针对不同油井之间、油层之间实际的注水情况以及压力值等进行有效检测，通过脉冲氧活化测井技术的应用最大程度降低了油田井下作业事故发生的几率，也使得油田的生产开采效率得到了有效提升，促进了油田生产作业的安全进行。

1.1 测定原理在核裂变反应过程中会产生大量的快中子，快中子能够快速贯穿钢筋混凝土、液体以及石油管道等，而且快中子还能穿透到地下几十厘米深的位置，还能与地层中的物质发生核反应从而产生弹性散射、非弹性散射、低能中子俘获反应等。

而上述一系列的核反应是脉冲氧活化测井技术的关键所在，其主要是通过在氧原子衰变过程中由高能快中子激活辐射出来的射线来针对流程中的流体进行检测。

在脉冲氧活化测定基础实际的应用过程中会利用到高能伽马射线探测仪、中子发射器等一系列测井设备。

在实际测井过程中，首先利用高能中子发射器发射出高能中子，然后利用这些高能中子将油层流体中的氧原子进行激活；然后再利用伽马射线探测器来检测处于激活状态的氧原子，这样就能精确的测定流体的流动速度[1]。

1.2 技术特点目前，在我国多数大型油田中脉冲氧活化测井技术已经实现了普及应用。

通过对脉冲氧活化测井技术实际应用统计发现，与其他的测井技术相比较，脉冲氧活化测井技术测量精度更高，而且在测量过程中很少受到外界因素影响，整个测量过程消耗的时间比较短。

脉冲氧活化测井技术在实际应用过程中的优势主要体现在以下几个方面：① 与同位素测定技术相比较，脉冲氧活化测井技术能够精确的测量出油层漏洞流量以及漏洞的具体位置，并且能够有效克服测井过程中注水井污染的影响；② 与涡轮流量测井技术相比较，脉冲氧活化测井技术能够适应各种地质构造，而且在实际测井过程中不会受到地层结构的影响；③ 与电磁和超声流量测井技术相比较，脉冲氧活化测井技术在实际应用过程中不仅操作非常简单，而且实际使用成本也比较低，在实际进行测量的过程中不需要将设备和仪器放入到油管内侧。

氧活化测井技术在油田开发中的应用油田开发过程中油层注入状况及水流情况的监测，直接关系着油田开发方案的科学制定以及注入工程的改造，脉冲中子氧活化测井技术作为近年来井下流体监测的新技术，在油田企业的生产过程中逐渐得到了广泛的关注和应用。

文章首先概述了脉冲中子氧活化测井技术的原理及使用仪器的性能，并通过具体测井实例说明了该技术在油田注入剖面监测及注入井找漏中的独特作用，以供参考和借鉴。

标签：氧活化测井；技术；油田开发；应用0 引言目前，传统的放射性同位素示踪、流量、井温等井下水流监测方法已无法满足新时期的油田开发需求，脉冲中子氧活化测井技术应运而生，并以其无污染以及受沾污、沉降及大孔道、裂缝发育等因素影响较少等优势在监测井下流体流动速度中得到了广泛的应用。

1 氧活化测井技术概述氧活化测井技术是测量井下水流速度、方向及流量的一种技术，其物理基础是脉冲中子与氧元素发生作用，使活化后的氧原子放射出特征γ射线，再通过探测仪器来获取周围含氧流体流动的情况。

具体来说，中子源发射能量为14Mev 的快中子与水中的氧原子发生核反应生成16N，16N以半衰变期为7.13s进行衰变还原成氧同时释放出6.13Mev高能γ射线，这些高能γ射线能够穿透几英寸厚的井中油管、套管及水泥环，通过探测器获取能够反映油管内、油套环形空间及套管外含氧流体流动状态的γ射线时间谱，进而判定水流实况。

氧活化测井技术一种示踪流量测量方法，示踪剂是被高能中子活化的水，反应公式为：16O（n，p）→16N →（16O+γ）氧活化测井技术常用的脉冲氧活化测井仪器有上水流、下水流及上下水流综合测井仪器等，这些仪器的有效利用离不开中子发生器与探测器这两种设备。

当中子发生器发射后会活化仪器周围的氧元素，含有活化氧原子的水随水流流动，在水流方向上设置γ探测器，该探测器γ计数率会在活化水流经探测器时增大，通过测量活化时间谱可以计算出水流从中子源流经探测器的时间（tm），公式为：tm=ta+式中ta为中子脉冲时间宽度；f（t）是探测器计数率随时间变化的函数，若以L表示源距，水流速度v为：v=在已知流动截面A的条件下，根据计算出的水流速度v则可以计算出水流量Q为：Q=v×A2 氧活化测井技术在油田开发中的具体应用目前部分油田的水井分注采用的是油套分注技术，此技术虽然具有管柱结构简化的优势但带来了新的问题：第一，限制了油套环形空间分层注水量数据的获取，例如在管柱中无法测量电磁流量及涡轮流量等；第二，油套环形空间同位素吸水剖面测井时由于油区周围环境差及井口设施不完善，拉长了配水间注入同位素的运移距离且造成配水间的放射性污染，威胁配水间职工的身体健康；第三，在进行同位素测井时由于注水井深部管柱的腐蚀严重，导致较长井段的油、套管沾污，无法获取层位上的同位素。

氧活化分层启动压力测试资料在中原油田的应用碳和氧分别是原油和水的指示元素,地层中能与快中子发生非弹性散射而产生γ射线的核素主要为C、O、Si和Ca,发生非弹性散射产生的γ射线能量分别为4.43、6.13、1.78和3.73MeV。

根据不同反应的时间分布,按时间先后,仪器开有脉冲门、俘获门等,分别接收非弹性散射γ射线和俘获γ射线,利用多道脉冲幅度分析器进行γ能谱分析,测量非弹性散射γ射线和俘获γ射线的强度,进而确定地层中存在的各种核素及其浓度,获取含油饱和度等地层参数。

碳氧比能谱测井主要用在孔隙水的矿化度低、不稳定或未知条件下,在套管井中确定地层的含油饱和度,特别是测定注水开发油层的剩余油饱和度。

另外,利用碳氧比能谱测井还可划分水淹层,指示岩性、孔隙度、泥质和地层水矿化度等参数。

高矿化度地层水热中子宏观俘获截面比石英、白云石和方解石等孔隙性岩石骨架矿物大1个数量级,是淡水或原油截面的2～5倍,利用热中子寿命可确定含水饱和度。

测井时,用脉冲中子源向地层发射14MeV中子,测量经地层慢化而又返回井眼内的热中子或俘获γ射线,根据计数率随时间的衰减,计算出地层的热中子宏观俘获截面或寿命τ,可在裸眼井,特别是套管井中获得地层的含水饱和度。

另外,可划分油、水、气层,监测油、水或气、水界面的变化,应用于孔隙度等的求取。

水中稳定核素O与14MeV中子发生(n,p)反应,转变为放射性核素N。

N的半衰期为7.13s,释放出的γ射线能量为7.12和6.13MeV。

这些高能γ射线能穿透井中的流体、油管、套管和水泥环,如果高能脉冲中子发生器到γ射线探测器的距离为S,水流从发生器到探测器经历时间为t,那么,水的流动速度则为v=S/t。

在流动截面已知情况下,即可准确计算出各层的分层注入量。

斯仑贝谢公司于1991年研制出了可投入实用的加速器型超热中子孔隙度测井仪APS。

APS使用了由近、中、远3个超热中子探测器和1个热中子探测器组成的阵列探头,集补偿超热中子孔隙度、超热中子寿命及热中子寿命于一体,除了利用短源距测量结果来改善补偿超热中子测井的薄层分辨能力外,还利用了有时间延迟功能的脉冲中子-中子测量,具有更好的薄层分辨性能的优点。

油田管理产油量都会遵循先减后增再稳定的规律，但这个规律对于水井中部缝网并不适用。

在水流尚未抵达缝网前，井带流体是石油的主要开采点，但这一位置的石油开采量，会受到地层压力的影响，二者的关系为正比关系。

但是在水流突破缝网后，这种情况将会发生改变，由于水体的进入，并与压裂缝网间建立了便捷通道，加大了石油开采量和开采效率，但达到临界点时，会逐渐趋于平稳。

此外，注入水如果突破外端缝网，则会加大外端缝网石油产量，而削弱中间缝网的石油产量。

实验结果表明，水井中间缝网是产油量最多的区域，所占比例可达30%以上，其次是最外端缝网，所占比例超过了26%，而其他位置的缝网大体形同，一般都为20%，究其原因，主要是最外端缝网最早与水进行接触，与其他缝网区域相比，含水量相对较高，因而石油产量较低，但是在注水效果发挥后，水流会带着外部缝网区域的剩余油，汇集到缝网中心区域，从而加大缝网中心区域的产油量。

体积压裂水平井不同位置缝网的产油量分布和含水情况存在明显的差异，一般情况下，如果在渗透能力低的油藏区域采用注水开发方式，其产油分布情况的特点为：水井最外端的缝网产油量会在注水初期迅速上升，然后会快速下降，在注水后期，外部缝网的含水率会快速上升，此时的产油量会逐渐稳定。

而靠近水井中心区域的缝网，在注水初期产油量相对较低，但随着水体的流动，在略有增加后会迅速下降，在见水后，产油量会逐渐稳定。

而端部缝网如果见水，则会加大中部缝网的压力，但缝网含水率并无显著增加，产油量却有所上升，在开采的中后期，此时油藏区域的含水率已经无限趋近于90%，这一阶段，产油的主要区域已经由外部缝网转变为中部缝网，中部峰网在见水之后，其内部含水率将快速提升，产油量也会随之滑落，并逐渐区域稳定，此时，外部缝网和中部缝网的产油量以无明显不同，但是中心缝网的含水率会下降，二者含水率最大差值可达37%。

体积压裂水平井缝网渗流特征与产能分布主要表现在以下方面：第一方面，水平井缝网压裂次裂缝带宽度的最佳穿透比为0.36，可以用三个阶段阐述整个渗流过程，一是缝网附近拟径流；二是油水井连通后的平面径流；三是缝网附近的线性流。

摘要：针对塔木察格油田地质构造特点及其特殊油水分布情况，应用脉冲中子氧活化技术在该区块进行注入剖面测井,分析该测井方法应用情况,通过对典型井测井解释成果图分析,进行综合评价注水井管柱完整性及有效性，为下一步作业提供指导性帮助。

关键字：氧活化测井技术；应用情况；综合评价；结论氧活化测井技术在塔木察格油田的综合应用闫立成（大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司）0引言塔木察格油田于2005年开发投产，其主要开发层位为铜钵庙组油层，属于近物源扇三角洲沉积，为复杂断块油藏，具有以下地质特点：构造复杂，断层发育。

储层物性差，53.7%以上的岩心渗透率小于0.5×10-3μm 2，总体属于低孔、特低渗油藏。

岩性复杂多样，储层敏感性弱到中等偏强。

水敏指数0.23-0.68，为弱到中等偏强水敏。

随着油田开发进入中后期，井下注采情况越来越复杂，井下层间窜槽、套管漏失情况频繁发生[1]。

由于全球对放射性同位素管理严格，办理出国及运输审批手续繁琐。

此外，塔木察格油田现场不具备放射性同位素存储及分装条件，因此在塔木察格油田注入剖面测井主要采用脉冲中子氧活化测井。

脉冲中子氧活化测井是一种直接测量的核测井新方法，克服了同位素源在聚合物中难以形成活化悬浮液的情况，脉冲中子氧活化测井适用于水、聚合物、三元所有注入介质的注入井测试[2]。

根据实际调查发现，脉冲氧活化测井技术与其他测井技术相比较，有着测量精度高，受限因素少，测量时间短等优势。

[3]1氧活化测井技术氧活化水流测井仪是新一代单芯双向脉冲中子氧活化测井仪，双向水流氧活化测井仪可一次下井测量不同方向水流的速度[4]。

氧活化测井技术适用于配注井、笼统注入井、油套混注井、笼统注入条件下的上返井以及注聚井的测量，对油管内、套管内、油套空间的水流均可以进行测量；该测井方法不使用放射性物质。

不给井下造成放射性污染。

可用于同位素沾污严重的注入井的注入剖面问题。

不受岩性和孔渗参数以及射孔孔道大、小的影响。