7 脉冲中子氧活化测井仪典型应用分析

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。

摘要：脉冲中子氧活化测井不受井下工具沾污及大孔道影响，能更准确地判断封隔器密封情况、漏点、漏失量等问题，为油田开发研究提供有价值的动态监测资料，本文介绍了氧活化测井资料的实际应用。

关键字：氧活化测井；沾污；窜槽；漏失脉冲中子氧活化测井在油田的应用综述冯紫薇（中国石油大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司）0前言随着油田开发的不断深入，为了达到稳油控水、挖掘区块潜能，控制单层突进，提高驱油效率的目的，对注入井进行化堵、分级注入等作业；注入聚合物、三元液等。

另外，在部分早期投注的注水井中，受长期注水冲刷，以及酸化、压裂等作业的影响，地层的原生孔隙及裂缝增大，形成大孔道地层，这些给注入剖面测井带来了困难。

而脉冲中子氧活化测井则不受注水井管柱沾污和大孔道地层的影响，可以测量油管内和油套空间中不同方向水流速度,受流体粘度影响小,成为注聚井和疑难注入井的主要测井手段,得到用户高度认可，认识发生转变，从之前测试推荐该项目到发现问题井用户主动出具设计解决。

1氧活化测井基本原理脉冲中子氧活化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β射线而衰变，其半衰期是7.13s。

16Nβ衰变过程中发射高能γ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：当中子发生器发射一段时间中子后，仪器周围的氧被活化，放射出的伽马射线在井眼中能辐射20cm~30cm，可以穿透井眼流体、油管、套管及固井水泥。

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，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。

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。

2017年09月脉冲中子测试技术在老井挖掘中的应用刘勇（中油辽河油田公司兴隆台公用事业处，辽宁盘锦124000）摘要：脉冲中子是在中子寿命测井技术上发展而来的测井方法,能在已经套管完井的油井中探测地层。

通过该技术对老井进行重新测试，来重新认识各储层的油水分布,从而重新储层含油饱和度、划分水淹级别，可以对油井潜力进行重新认识，对老井进行二次解释，根据认识结果可以对潜力层进行射孔，封堵高水淹层，是油田老区储量动用评价、确定油水关系的可靠手段。

为剩余油挖潜提供了新的测试手段，具有一定的推广意义。

关键词：脉冲中子测试；潜力重新认识；剩余油挖潜油田进入开发中后期，高含水问题严重，老井剩余油挖潜难度大。

一方面老井潜力层均射开，剩余未射开层均为高水淹或低潜力层，另一方面需要掌握单井区域上的储层剩余油分布，寻找潜力油层，调整作业方案。

部分油井处于停产边缘，给开发中后期的剩余油挖潜工作带来难度，为此，研究引进了脉冲中子测试技术。

1技术原理脉冲中子测试技术是一种新的储层剩余油饱和度测井技术[1]，是脉冲中子—中子仪器的简称，使用中子发生器向地层发射14MeV 的快中子，经过一系列的非弹性碰撞（10-8—10-7s ）和弹性碰撞（10-6—10-3s ），当中子的能量与组成地层的原子处于热平衡状态时，中子处于热中子能量级，此时它的能量是0.025eV 左右，速度2.2×105cm/s ，直到被地层俘获。

PNN 仪器利用两个探测器（即长、短源距探测器）记录从快中子束发射30μs 后的1800μs 时间内的热中子记数率，每个探测器均将其时谱记录分成60道，每道30μs ，根据各道记录的热中子记数生成热中子时间衰减谱，从而可以有效地求取地层的宏观俘获截面。

同时利用两个中子探测器上得到的中子记数的比值就可以计算储层含氢指数。

据此在低矿化度地层水条件下，分辨近井地带的油水分布，计算含油饱和度、划分水淹级别、求取储层孔隙度、计算储层内泥质含量及主要矿物含量等等[2]。

摘要：脉冲中子氧活化测井，是一项能对油、套管内外相应的水流速度和具体方向进行探测的技术。

该测井技术不受地层大孔道、井内流体粘度等因素影响，因此在注入剖面井中得到了广泛的应用。

本文浅析了脉冲中子氧活化测井技术的原理，探究了脉冲中子氧活化测井技术在注入剖面井中的应用，以期为相关研究提供借鉴。

关键词：脉冲中子氧活化；注入剖面；井内流体脉冲中子氧活化测井技术在注入剖面井中的应用探究邸春鹏（大庆油田测试技术服务分公司）作者简介：邸春鹏（1991-），男，2014年毕业于佳木斯大学电气工程及其自动化专业，学士，测井操作工程师。

0前言部分油田在开发过程中长期注水，地层结构遭到破坏，水驱油过程中油水界面不平衡移动，层间、层内和平面的矛盾复杂化，生产测井监测难以获取准确结果。

脉冲中子氧活化测井技术对注入剖面井具有较强的应用优势，能对油田实施良好的动态监测。

1脉冲中子氧活化测井原理若能量超过10Mev 的快中子对氧原子进行轰击，即会形成如下反应：N+16O→16N+P水中氧原子核能受到激化，形成放射性氮同位素16N。

16N→16O +r +6.13Mev16N 经β衰变后，完成对氧的还原，后者半衰期为7.13s，并将伽马射线放射出来，其能量为6.13Mev；此类能量较高的伽马射线，能在井眼中达到200mm 到300mm 的辐射，高能中子与伽马射线，能将井内存在的流体、水泥环、套管和油管穿透。

伽马探测器能有效探测伽马射线，并对其活化相应的时间谱线进行记录[1]。

探测器源距L 已知，可对水流速度V 进行计算，V=L/△t。

在已知流动截面时，可对各层相应的分层注入量进行准确计算。

2测试原理脉冲中子氧活化测井仪器主要由两部分组成，一是地面数控测井仪，二是井下仪（示意图如图1）。

前者主要对井下仪进行供电，对控制指令进行发送，并对测试数据进行采集处理；后者主要由遥传、上下中子发生器以及探测器组成[2]。

脉冲中子氧活化测井仪测量过程包含活化期和数据采集期，其中，活化期时间较短，通常是1s，2s，10s，数据采集期时间较长，通常是60s。

脉冲中子氧活化测井技术在注水井中的应用注水井在辽河油田逐渐增多，了解注水井的生产动态显得尤为重要。

常规的监测手段主要是电磁流量计或者声波流量计等，受管柱下深的影响，不能满足监测的要求。

脉冲中子氧活化测井技术是一种测量水流的技术，该技术可以准确的测量油管、油套环空、套管中的水流，同時还可以验漏、验封。

具有很好的应用前景。

1 仪器结构及测井原理1.1 仪器结构及原理脉冲中子氧活化测井仪由谣传短节、上采集短节、中子发生器短节、下采集短节及下采集二短节五部分组成，如图1。

脉冲中子氧活化反应的实质是氧原子吸收高能脉冲中子（大于10.2Mev），放出质子，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。

1.2 仪器指标1、仪器最大耐压：80MPa;2、仪器最高耐温：150℃;3、仪器尺寸：38mm;4、仪器长度：总长5738mm（不含加长采集短节）或7506mm（含加长采集短节）。

2、应用效果2.1笼统注水井的应用本井为笼统注水井，设计该井注水30 m3/d，实际测得注水量为30.5 m3/d，通过对测得的数据分析，得出17层位主吸层，11、12、13、15、16为次吸层，14层不吸。

遇阻位置下还有吸水。

2.2 分层注水井的应用本井为分层配注井，设计注水量为50m3，实测日注水量为45.5m3/d。

P1水嘴进水4.0m3/d，P2水嘴进水15.8m3/d，P3水嘴进水25.7m3/d，根据实测数据分析，47层是主吸层，36、37、38、40、44、45、46层是次吸层，22、23、27、48层是少量吸水层，其余各层不吸水。

仪器在2025.0m处遇阻，但可确定51、52层不吸水。

封隔器F1、F2、F3座封良好。

3、结论（1）可以测出油管内、油管外环套空间及套管内、外的水流，可以取代常规的测试手段，效果好、准确率高。