PNST脉冲中子全谱测井技术的应用

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]。

脉冲中子全谱测井技术及其在冀东油田的应用吕俊涛【摘要】介绍了脉冲中子全谱测井仪（PNST）的结构、特点、测量原理及技术指标。

脉冲中子全谱测井能同时完成双源距碳氧比、中子寿命、脉冲中子-中子和能谱水流测井功能。

其测井资料不但能准确评价地层剩余油气饱和度、判断出水层位,还能识别低电阻率油层、气层及评价压裂效果等。

该仪器在冀东油田已应用27井次,依据PNST测井资料增油降水措施有效率达95%以上。

冀东油田现场应用的统计分析表明,该仪器具有测量剩余油饱和度精确性高,应用范围广等特点,能为高含水后期油藏监测,为堵水、补孔、压裂等方案的制订提供有效的资料。

【期刊名称】《石油管材与仪器》【年(卷),期】2016(000)003【总页数】5页(P53-57)【关键词】脉冲中子全谱测井仪;剩余油饱和度;压裂评价;气层识别;动态监测【作者】吕俊涛【作者单位】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【正文语种】中文【中图分类】P631.817冀东油田进入高含水开发后期，综合含水在90 %以上，测准地层的剩余油情况至关重要，影响到二次开发的成败。

目前,研究剩余油主要是通过完井的水淹层测井解释资料及生产井的各种动态监测资料来进行综合分析,但由于水淹层测井解释资料只能反映完井时的水淹状况,而动态监测资料虽能反映目前油层的动用状况,但大部分资料都是合层测试,并不能完全反映单个油层的动用状况,而且并不是所有的井或层都具有这种资料。

因此,只凭这些资料很难弄清每个小层剩余油分布状况,从而给高含水后期剩余油潜力分析带来了难点。

而地层参数测井的首要任务是判断油层水淹状况、高含水层、在老井中寻找潜力油层，确保了油田的稳产和提高油田的开发效益。

目前国内地层参数测井主要是过套管电阻率、PNN、C/O等，这些技术都有测量参数单一、测量精度不高和使用范围窄等问题，并且解释符合率不是很高。

脉冲中子全谱测井仪(PNST)通过合理的传感器结构设计和电路设计，优化综合时序发生器、自动稳谱等技术，一次下井能同时完成双源距碳氧比、中子寿命、脉冲中子-中子、能谱水流等4项测井功能。

脉冲中子全谱剩余油测井技术在八面河油田的应用摘要：脉冲中子全谱剩余油测井技术为探测套管井剩余油饱和度提供了一种新的手段，其能很好的识别水淹层、发现高含水层位、在老井中寻找高含油饱和度层位，并对裸眼井中低电阻率油层的识别问题具有一定指导意义。

适用于八面河油田油藏动态监测，在八面河油田的实际应用效果良好。

关键词：八面河油田；脉冲中子全谱剩余油测井；剩余油饱和度；储层动态监测；挖潜前言：八面河油田经过多年开发开采，目前已经进入高含水阶段，剩余油分布进一步复杂化和零散化，油层分布的规律日益复杂，为了有效提高采收率，挖潜增效，八面河油田十分重视套管井剩余油饱和度测井技术的研究和开发。

因而针对八面河油田油藏的特点，引进脉冲中子全谱剩余油测井技术，它能有助于了解油藏动态变化情况、水淹程度和油藏内油、水的分布状况，对了解八面河油田的地层剩余油分布情况，调整油田开发方案、提高采收率具有重要指导意义。

1基本原理脉冲中子全谱剩余油测井是目前确定套管井剩余油饱和度的有效技术，其测井原理主要为通过脉冲中子源向地层发射高频、低频的14MeV中子流，高能快中子与地层中不同元素的原子核发生碰撞。

脉冲中子全谱剩余油测井仪记录分析非弹性散射次生伽马能谱，热中子俘获次生伽马能谱，非弹-俘获时间衰减谱，热中子俘获时间衰减谱，长源距活化能谱。

其中非弹性散射次生伽马能谱，热中子俘获次生伽马能谱，非弹-俘获时间衰减谱，热中子俘获时间衰减谱主要反映地层的流体性质，通过元素解谱及数据漂移校正可以得到C、O、Si、Ca等元素的干重、C/O比、含油饱和度、矿物含量、热中子俘获界面和孔隙度等参数。

长源距活化能谱及其时间谱能反映高压层与低压层，可指示溢流点、倒灌、层间串等问题。

2仪器简介脉冲中子全谱剩余油测井仪由遥传、采集和高控三部分构成(如图1)。

其拥有多种测量模式，其中组合模式可同时测量能量谱和时间谱。

能量谱包括非弹和俘获的元素产额、矿物含量、能窗C/O比、元素C/O比、含油饱和度等；时间谱包括热中子俘获截面、孔隙度。

PNN测井技术在井中储层测井评价中的应用摘要：随着油田长期不断的勘探开发，许多油田已经进入高含水期，油田的稳产所面临的困难不断增多。

油田开发实践证明目前的一次开采率仅占石油地质储量的1/3，而剩余的2/3由于各种因素的影响仍以地质储藏的方式存在于地下，是油田持续开发和实现稳产的重要。

但是，如何利用新的测井方法和技术手段识别水淹层、确定剩余油藏的饱和度及其地质分布状况，是提高老旧油田采区采收率、提高油田企业经济效益而迫切需要解决的重要课题。

本文主要分析PNN测井技术在井中储层测井评价中的应用。

关键词：PNN测井；热中子；含油饱和度；流体性质引言PNN仪器的测量原理是采用热中子测量法（中子－中子），就是直接测量脉冲高能中子发射后，地层中热中子的数量随时间的变化关系。

PNN仪器的中子发生器发射出14.1Mev的高能量中子，这些中子射出后经过与地层的物质相互作用后，这样进行多次的相互作用，中子的能量就会不断地减少，直到他们能量降低到热中子能级（大约0.025Mev）的时候，这些中子就将发生中子吸收反映（即热中子俘获反应）。

在这整个过程中，PNN的中子探测器将会记录下中子的脉冲数。

PNN仪器就是采用的这种测量方法，直接测量俘获之前的热中子。

1、PNN测井仪测量原理PNN的中子探测器是由长短两个探头组成，分别记录热中子随时间变化的热中子的冲脉数。

每个探测器的热中子数量按照时间分为60道，每道的时间宽度为36us。

PNN中子发射率n/s，中子脉冲宽度1-3ms，发射周期为75ms。

中子发生器发射出来的中子在与地层中的物质多次碰撞后，迅速衰减到热中子能级，之后被地层中的元素所吸收，吸收的速度取决于v*Σabs,其中v表示热中子的速度（在给定的温度下是一个常数），Σabs是地层的视俘获截面。

如果只存在中子俘获反应，那么中子的数量呈指数衰减。

因为水的俘获截面比油的俘获截面要大，所以在水中热中子的衰减速度要快。

中子在任何一个时间的数量可以表达成为这样一个公式：N1=N0*e(-v*Σabs*t1)（1）其中：N1为t1时刻单位体积内的热中子数量；N0为t=0时刻单位体积内热中子的数量；t1为记录时间点；Σabs――地层单位体积的总俘获截面(v=2200m/s,75oF)。

工 业 技 术随着水平井、大逶迤井完井技术的日趋成熟,水平井逐渐成为油田稳产的关键技术之一。

伴随着水平井的投产开采,大部分油井会出现含水上升、产量下降快的问题,是制约水平井生产的一大瓶颈问题。

由于水平井的井身结构的特殊性,使得看似简单的生产测井技术在施工过程中变得比直井要复杂得多,经过近几年的技术发展和现场实际应用能力的提高,寻找水平井主要出水部位的测井技术手段与工艺方面也越来越丰富,其中脉冲中子法测井技术成为最有效的方法,它为油田提高采收率方面提供技术支持。

1 水平井找水测井方法简介水平井找水测井方法,有直接找水和间接找水方法之分。

直接找水是在油井正常生产的情况下,采用特殊施工工艺如使用电子牵引仪将仪器输送至井底,然后直接通过测量流量、含水率、井温、压力等参数获得井下分段产液量、产水量、产油(气)量,找到主要的出水部位,该方法是确定井下出水位置最直接方法,但该方法只适用于自喷产液井及管柱结构满足下井条件的井。

而对于提抽井,存在问题就较多,第一,需要考虑管柱结构和井口装置；第二,需要特殊工艺配合才能完成,如气举工艺、模拟抽油机工艺等,同时该方法电缆运行时需要井口密闭施工,施工难度大,同时也存在施工井井况复杂,电子牵引仪器难以输送仪器的问题,因而大多数井不能用该方法进行找水。

间接找水方法既可以在油井正常生产情况下进行,也可以在停产过程中进行测量,可利用饱和度测试仪、注硼中子寿命测井仪寻找井下采出程度高的部位,找到出水位置；在含水较高的井中,可以利用氧活化测井直接测量分段产水量确定出水位置,而这些测井方法都属于脉冲中子法测井。

脉冲中子测井既可以在套管中测量也可以在油管中测量,仪器下井输送方式多,施工简便,施工风险小。

2 脉冲中子法测井的特点脉冲中子法测井仪器都是利用脉冲中子发生器,通过氘—氚核反应,产生14MeV的高能快中子,利用这些高能快中子具有高的穿透能力,以及高能中子从发生到消亡过程中所发生的核反应不同,如高能中子的非弹性反应、活化(氧活化)反应、低能中子(热中子)的俘获反应等,对应上述过程能产生三种不同的有特定指示的次生伽马射线:非弹性散射伽马射线、活化伽马射线和俘获伽马射线。

110长庆油田地处陕甘宁盆地，勘探总面积约37万平方公里，横跨陕、甘、宁、蒙、晋五省（区），是中国第一大油气田，也是中国石油近年来增长幅度最快的油气田。

油气勘探开发建设始于1970年，先后找到油气田22个，其中油田19个，累计探明油气地质储量54188.8万t。

脉冲中子全谱测井使用脉冲中子全谱测井仪，该仪器主要用于套管井地层参数评价，一次测井可完成双源距碳氧比、中子寿命、脉冲中子-中子（PNN）、能谱水流等多项测井功能，是在套管井中直接评价地层剩余油气饱和度等地层参数的最重要测井手段之一。

1 PNST脉冲中子全谱测井技术简介PNST脉冲中子全谱测井仪外径89mm、长度3.6m，仪器耐温175℃/6h、耐压100MPa，适用于140mm至244mm套管，仪器结构包含中子发生器、屏蔽体、3He热中子探测器（源距0.38m）、2个BGO伽马探测器（源距0.29m和0.52m）。

双源距碳氧比测井远探测器主要响应地层参数，近探测器主要响应井眼条件（包括套管结蜡、凝油及井内多相流等影响），通过补偿解释计算出地层含油饱和度。

在高矿化度地层水地区可利用中子寿命和PNN测井信息解释套管井剩余油气饱和度，解释采用常规的体积模型，解释过程中需要确定骨架、泥质、地层水和油气的俘获截面，利用泥岩段油、水线基本重合的方法确定这些参数。

氧活化曲线能够指示测井仪附近存在的向上的水流，氧活化指数是相应活化能谱中氧能窗内计数，在低水流速度（小于5mm/s）区，氧活化指数接近0；随着水流速度继续增大，氧活化指数开始明显增大；水流速度达到28mm/s，近探测器氧活化指数随着水流速度的增大而逐渐减小，水流速度达到51mm/s，远探测器氧活化指数随着水流速度的增大而逐渐减小。

2 长庆油田地质概况长庆油田区域储层属河流相沉积体系，河道是最重要的沉积微相，储层主要为河道砂体，油藏受岩性和构造双重控制，是以构造为主的岩性构造油藏。

储藏特点为低孔隙度、低渗透率、低地层压力系数。

PNN简述PNN（Pulse Neutron Neutron）测井仪是奥地利Hotwell公司研制开发的一种用于油田生产开发的饱和度测井仪器。

目前该仪器已经在欧洲、南、北美洲、中东、北非和亚洲18个国家广泛应用，取得了较好的使用效果。

技术背景：油田的油井投入生产以后，产量会随着地层饱和度的变化而发生变化，油、气的产量会减小，含水会大量上升。

及时对井内地层的含油饱和度进行监测，通过测井分析来找到下一步的生产措施，就变的非常重要。

油井生产之前都会下套管进行固井。

因为套管的物理特性，很多裸眼井中的测井方法受到了限制，不能用于套管井的地层评价。

目前套管井中使用最多的饱和度测井方法都是基于中子寿命测井原理的，如目前油田内常见的碳氧比测井、中子寿命测井、硼中子测井、PND测井等等。

PNN测井同样源于这个基理。

PNN技术优势：与目前国内使用的其他饱和度测井方式比较，PNN测井的一个最大不同是：不同于其他方法中通过地层对中子的俘获放射出的伽马射线进行记录分析来进行饱和度的解析。

PNN是通过对地层中还没有被地层俘获的热中子来进行记录和分析，从而得到饱和度的解析。

探测热中子法，没有了探测伽马方法存在的本底值影响，同时在低矿化度与低孔隙度地层保持了相对较高的记数率，削减了统计起伏的影响。

同时，PNN还有一套独特的数据处理方法，能够最大程度的去除井眼影响，保证了Sigma（地层俘获截面）曲线的准确性，精度可以达到±0.1俘获截面单位。

这种方式使得PNN在低孔隙度、低矿化度地层（目前大多数油田生产的难点）相对其他测井方式具有更高的分辨率。

同时，PNN还具有施工简单，不需要特殊的作业准备，可以过油管测量、仪器不需刻度，操作维修简单、记录原始数据、最大程度去除井眼影响等等多方面的优势。

与其他测井方式的比较：目前在国内市场，套管井饱和度测井项目使用较多的是中子寿命仪器，C/O 碳氧比测井仪，硼中子测井，PND-S等等。

脉冲中子全谱测井应用效果分析作者：曹福龙来源：《科学与财富》2017年第17期（测试技术服务分公司第二大队）摘要：本文介绍了脉冲中子全谱测井仪的基本原理、结构特点，结合现场推广就其应用效果进行了简要分析。

结果表明脉冲中子全谱测井能有效识别气层、确定潜力油层，为油田控水挖潜提供技术支持。

关键词：肪冲中子全谱测井；结构；效果引言碳氧比测井技术通过分析地层C、O、Si、Ca等元素相对产额，评价地层岩性与剩余油饱和度，判断储层水淹级别。

大庆油田原有的DDCO双源距碳氧比测井仪功能较少，不能直接测量有效孔隙度与泥质含量，也不直观指示出水层位或识别气层。

使用完钻时的有效孔隙度与泥质含量测井参数可导致老井剩余油饱和度的计算误差增大，为了解决这一问题，开发了PNST脉冲中子全谱测井仪及相应的解释软件。

脉冲中子全谱测井技术通过优化设计传感器结构和电路，一次下井能同时完成双源距碳氧比、中子寿命、脉冲中子-中子、能谱水流4项测井功能，仪器自动化程度高；测井资料能提供岩性、泥质含量、孔隙度、饱和度、层位产水等解释信息，可以不依赖裸眼井测井资料进行套管井剩余油评价，是一种寻找遗漏油气层的既经济又有效的重要手段[1]。

1 脉冲中子全谱测井仪结构脉冲中子全谱测井仪在双源距碳氧比测井仪的基础上，采用一个中子发生器同时实现双源距碳氧比、中子寿命、PNN、能谱水流等测井功能。

仪器的总体结构如图1所示。

仪器主要包括四部分：探测器及线性放大电路；主数控采集、自动稳谱、控制、传输电路；低压电源；中子发生器、自动控制及工作参数采集电路。

探测器及线性放大电路部分主要包括长、短源距BGO伽马射线探测器、3He热中子探测器、线性放大器及信号采集处理电路，主要功能是探测伽马射线及热中子信号，完成对探测器信号的预处理。

数据采集、控制、自动稳谱、传输电路部分主要功能是对伽马射线能谱、时间谱及中子脉冲幅度谱、时间谱的采集，实现不同的中子爆发、采集时序，完成长、短源距光电倍增管自动稳谱高压的控制，完成井下仪器和地面采集板之间的通讯和传输等功能。

脉冲中子氧活化测井技术及其在油田开发中的应用摘要：本文介绍了脉冲中子氧活化测井技术的原理及相关仪器的性能，并通过该技术在大港油田的几个典型测井应用实例，说明其在油田注入剖面监测及注入井找漏中的独特作用。

关键词：脉冲中子氧活化测井注入剖面找漏一、引言油田开发过程中，油层注入状况的监测以及有效评价水的流动，对合理制定开发方案及注入工程改造起着重要作用。

多年来，人们一直采用诸如放射性同位素示踪、流量、井温等传统的生产测井方法来测量井眼中水的流动状况，但其局限性也是显而易见的。

为此。

公司从大庆测试公司仪器制造厂购进氧活化测井仪，在大港油田现已测井31口，取得了显著的经济效益。

该技术已成为注聚井和疑难井的主要测井手段。

二、原理1.基本原理脉冲中子氧活化测井物理基础是大于10百万电子伏特的脉冲中子通过（n，p）转移反应，可以活化氧元素，生成半衰期为7.13S的氮元素。

氮元素随着衰变，在衰变过程中，放射出6.13MeV的高能伽玛射线，6.13MeV的高能伽玛射线在井眼中能辐射20-30cm，可以射透井眼流体、油管、套管及固井水泥环。

由探测器探测伽玛射线的时间谱，伽玛射线的时间谱可以反映油管内、油套环形空间及套管外含氧流体的流动状态，反应式当中了发生器发射一段时间后，仪器周围的氧元素被活化，含活化氧的水简称活化水。

在水流动方向上设置三个伽玛探测器，当活化水流经探测器时，该探测器计数率增大，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。

因为源距已知，流经时间测出后，可以计算水流速度。

在已知流动截面的情况下，通过水流速度可计算出水的流量。

2、氧活化测量的理论模型蒙特卡罗方程是用于计算氧原子核（n，p）反应速度的分布和氧活化探测器响应函数的一种模型。

用这些分布可预测水流动所产生的探测器计数率：3、脉冲测量模式脉冲活化是一种新型氧活化技术，测量到的时间谱包含本底、静态氧活化计数和流动氧活化计数三部分，若中子脉冲时间宽度为ta，活化水从中子源流到探测器的时间是tm，可以用下式求出tm。