套管井地層參數(shù)測井

1、第九章套管井地層參數(shù)測井套管井地層參數(shù)測井1、同位素中子源：利用放射性同位素核衰變放出的高能粒子去轟擊某些靶物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)發(fā)射中子的核反應(yīng)的中子源，分為(,n)和 (,n)兩類。2、加速器中子源：加速器是用人工方法使帶電粒子獲得較高能量的裝置。利用各類加速器所加速的帶電粒子去轟擊靶核，可以引起發(fā)射中子的核反應(yīng)。這類中子源強(qiáng)度高，可以在廣闊的能區(qū)中獲得單色中子，可以產(chǎn)生脈沖中子，加速器不運(yùn)行時(shí)，沒有很強(qiáng)的放射性。3、中子源的主要參數(shù)：中子的能量是指它的動(dòng)能 ；源的半衰期指發(fā)射轟擊粒子的放射性同位素的半衰期。一、中子源一、中子源 快中子與地層中的靶核發(fā)生反應(yīng)后，處于激發(fā)態(tài)的靶核常常以發(fā)射伽馬射線的方式

2、放出激發(fā)能而回到基態(tài)，由此產(chǎn)生的伽馬射線稱為非彈性散射伽馬射線。中子的能量必須大于靶核的最低激發(fā)能級(jí)才能發(fā)生非彈性散射。 非彈性散射的閾值為一個(gè)快中子與一個(gè)靶核發(fā)生非彈性散射的幾率叫非彈性散射截面，單位是“巴”，即10-24厘米2。非彈性散射截面隨著中子能量增大及靶核質(zhì)量數(shù)的增大而增大。 同位素中子源發(fā)射的中子能量低，超過閾能的中子所占的比例很小，引起非彈性散射核反應(yīng)的幾率小。但中子發(fā)生器發(fā)射的14Mev的中子射入地層后，在最初的10-810-7秒的時(shí)間間隔里，中子的非彈性散射占支配地位，發(fā)射的伽馬射線幾乎全部為非彈性散射伽馬射線。 二、中子與地層的相互作用二、中子與地層的相互作用1.1.快中

3、子非彈性散射快中子非彈性散射 快中子除與原子核發(fā)生非彈性散射外，還能與某些元素的原子核發(fā)生(n,) 、(n, P)和 (n,) 核反應(yīng)。其中，由快中子引起的(n,)反應(yīng)截面非常小，在放射性測井中沒有實(shí)際意義。而(n,) 和(n, P)的反應(yīng)截面都比較大，并且中子的能量越高反應(yīng)截面越大。 由這些核反應(yīng)產(chǎn)生的新原子核，有些是放射性核素，以一定的半衰期衰變，并發(fā)射或粒子?；罨肆炎儠r(shí)放出的伽馬射線稱為次生活化伽馬射線。 2.2.快中子對(duì)原子核的活化快中子對(duì)原子核的活化 所謂彈性散射，是指中子和原子核發(fā)生碰撞后，系統(tǒng)的總動(dòng)能不變，中子所損失的動(dòng)能全轉(zhuǎn)變成反沖核的動(dòng)能，而反沖核仍處于基態(tài)。 彈性散射一般

4、發(fā)生在14Mev的中子進(jìn)入地層以后10-610-3秒之間。至于同位素中子源發(fā)射的中子，因其能量只有幾個(gè)百萬電子伏，所以其減速過程一開始就是以彈性散射為主。 中子從初始能量減速為熱中子（0.025Mev）所需平均碰撞次數(shù)叫熱化碰撞次數(shù)。計(jì)算公式為熱化碰撞次數(shù)=)025. 0/ln(0E （9-9） 3.3.快中子的彈性散射及其減速過程快中子的彈性散射及其減速過程 快中子減速為熱中子后，與物質(zhì)的相互作用不再是減速,而是在地層中的擴(kuò)散。熱中子在介質(zhì)中的擴(kuò)散與氣體分子的擴(kuò)散相類似，即從熱中子密度（單位體積中的熱中子數(shù)）大的區(qū)域向密度小的區(qū)域擴(kuò)散，直到被介質(zhì)的原子核俘獲為止。 描述這個(gè)過程的主要參數(shù)有：

5、 巖石的宏觀俘獲截面，即1厘米3的介質(zhì)中所有原子核微觀俘獲截面的總和，單位為厘米-1。 熱中子擴(kuò)散長度S，即熱中子從產(chǎn)生到被吸收為止的自由行程的平均值； 熱中子壽命，即中子在巖石中從變?yōu)闊嶂凶拥臅r(shí)刻起到被吸收的時(shí)刻止，所經(jīng)過的平均時(shí)間。4.4.熱中子在巖石中的擴(kuò)散和俘獲熱中子在巖石中的擴(kuò)散和俘獲 中子壽命測井（NLL）也叫熱中子衰減時(shí)間測井（TDT），是脈沖中子測井中最常用的一種，記錄的是熱中子在地層中的壽命。 1、與宏觀俘獲截面的關(guān)系為： V1（9-13） 一、基本概念一、基本概念若礦物骨架或孔隙流體是由一種化合物組成的，則其熱中子宏觀俘獲截面為 式中： 為物質(zhì)的密度，克/厘米3；M 為物質(zhì)

6、的克分子量，克/克分子；Ci 為每個(gè)分子中第i種核的個(gè)數(shù)；i 為第i種原子核的熱中子微觀俘獲截面，單位為巴（即10-24厘米2）；n為該物質(zhì)的分子是由幾種原子核組成的。 )(60211nnCCM（9-20） 的計(jì)算的計(jì)算若地層孔隙流體為地層水、原油和天然氣的混合物，則按其體積比可以計(jì)算值。 對(duì)于純地層來說，其總的宏觀俘獲截面為 當(dāng)?shù)貙雍心噘|(zhì)時(shí)（9-21）式變?yōu)?1 ()1 (whwwmaSS（9-21） shshwhwwshmaVSSV)1 ()1 (（9-22） 的計(jì)算的計(jì)算 在離源某一位置，在確定的時(shí)刻可使由擴(kuò)散引起的熱中子變化為零。此時(shí)中子密度隨時(shí)間變化的分布規(guī)律為： 實(shí)際測井時(shí)并不是

7、直接測熱中子的密度，而是測定t1 、 t2與n1及n2成正比的由兩道門測得的俘獲伽馬射線計(jì)數(shù)率N1及N2，由此可得：tenn0（9-32） 21lglg4343. 0NNTTvNNv4343. 0lglg121（10-40） （9-41） 二、二、 和和 的測量方法的測量方法1.1.脈沖中子源造成的熱中子密度時(shí)間分布脈沖中子源造成的熱中子密度時(shí)間分布 固定門測量方法指：（1）中子脈沖時(shí)間寬度及各測量門的時(shí)間寬度固定；（2）基本延時(shí)選定后固定不變不可調(diào)；（3）中子脈沖的重復(fù)頻率固定。 微分道分別在中子脈沖停止后記錄門I、門II、門III及本底計(jì)數(shù)率。各測量門的時(shí)間寬度是。中子脈沖寬度為。 該方法

8、的主要缺點(diǎn)是：測量門的時(shí)間分配不能根據(jù)實(shí)際需要在測量過程中進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，各道讀數(shù)中所包含的漲落誤差相差很大，用這些記數(shù)進(jìn)行運(yùn)算所得結(jié)果誤差也較大。 圖圖9-4 固定門時(shí)間分固定門時(shí)間分布示意圖布示意圖2.2.固定門測量方法固定門測量方法 比例因子法是將儀器測量時(shí)間的分配隨被測地層的中子壽命長短而自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使測量結(jié)果包含的漲落誤差較小的一種測量技術(shù)。 圖圖9-6 的測量值與源的測量值與源距的關(guān)系距的關(guān)系3.3.比例因子法比例因子法4.4.中子密度的空間分布與源距的關(guān)系中子密度的空間分布與源距的關(guān)系 圖9-6給出的的測量值是在模型井中測出的由圖可知，在靠近源處， 測量值小于真值；當(dāng)源15-20

9、英寸時(shí)， 的測量值隨源距單調(diào)增加；當(dāng)源距等于30英寸（76.2厘米）時(shí)， 的測量值大于其真值。實(shí)驗(yàn)還證明，當(dāng)?shù)貙雍瑲淞吭黾訒r(shí)，對(duì)應(yīng)于測量值等于其真值的源距較小。 現(xiàn)代的中子壽命測井儀安有兩個(gè)探測器，叫雙探測器或雙源距壽命測井儀。這種儀器測井時(shí)記錄下列曲線：（1）用短源距（普通源距）探測器測量門I、門II和門III（背景 值）計(jì)數(shù)率，分別記作N1、 N2和N3 ；（2）用長源距探測器測量門I、門II和門III計(jì)數(shù)率F1 F2和F3 （背 景值）；（3）由短源距探測器計(jì)數(shù)率導(dǎo)出地層熱中子宏觀俘獲截面；圖 9-7典型的TDT-K測井圖（4）由短源距探測器求出地層中子壽命；（5）由兩個(gè)探測器測得的門I

10、凈計(jì)數(shù)率（扣除了本底的計(jì)數(shù)率） 求出比值曲線：3213131FFFNNRFNR或凈凈（9-45） 三、三、 中子壽命測井的顯示方式中子壽命測井的顯示方式1、井的影響；2、侵入帶的影響；3、地層厚度的影響；4、背景值（本底值）的影響；5、地層溫度和壓力的影響；6、漲落誤差的影響；四、四、 中子壽命測井的影響因素中子壽命測井的影響因素 用固定門方式測出的門I及門II曲線與電阻率測井曲線能很好地對(duì)比。在泥巖部分兩條曲線計(jì)數(shù)率都低，且門I計(jì)數(shù)率大致為門II的6倍；鹽水儲(chǔ)集層計(jì)數(shù)率低，油層計(jì)數(shù)率較高，氣層更高。用或曲線也可定性劃分巖性和區(qū)分油、氣、水層。 油井生產(chǎn)一段時(shí)間后，侵入帶消失，爾后測得中子壽命

11、曲線做為參考曲線，用以和數(shù)月或數(shù)年后測得的資料進(jìn)行對(duì)比。將隨后測得的曲線與參考曲線對(duì)比確定油氣水界面的移動(dòng)。這一方法稱為TDT時(shí)間推移測井。 一、定性解釋一、定性解釋1.1.監(jiān)測油水或氣水界面的移動(dòng)監(jiān)測油水或氣水界面的移動(dòng) 先測一條中子壽命測井參考線，而后把與注水俘獲截面不同的流體壓入目的層段，水被替換后再測一次中子壽命測井，比較這兩條曲線就可知剖面中的吸水層位。 用同樣的方法還可以測定注入水的洗油效率，可動(dòng)油及殘余油飽和度，可動(dòng)水及束縛水飽和度，發(fā)現(xiàn)串槽等。為增大替換液與原有孔隙流體熱中子俘獲截面的差別，在替換液中還可加入硼酸等強(qiáng)熱中子吸收劑。 2.2.檢查注水剖面和管外串槽檢查注水剖面和管

12、外串槽 定量解釋的目的，主要是確定地層的含水飽和度。對(duì)于純地層， 對(duì)于含有泥質(zhì)的地層，若孔隙中包含油水， 除了用公式計(jì)算之外，還可以采用一些著作中給出的交會(huì)圖技術(shù)確定值，具體查閱相關(guān)文獻(xiàn)。 )()(hwhmamaWS（9-48） )()()()(hwmashshmahmawVS （9-23） 二、定量解釋二、定量解釋 注水驅(qū)油“測注測”技術(shù)的原理如圖10-11所示。 剩余油飽和度為圖圖9-11測注測注水技測注測注水技術(shù)示意圖術(shù)示意圖)(11212wwttorS（9-53） 三、用測注測技術(shù)確定產(chǎn)層剩余油飽和度三、用測注測技術(shù)確定產(chǎn)層剩余油飽和度1.1.測注測注水技術(shù)測注測注水技術(shù) 用化學(xué)劑驅(qū)油

13、的測注測技術(shù)如圖9-12所示 。根據(jù)四次測得的地層宏觀俘獲截面和w1、w2值，利用下式可確定地層孔隙度 和剩余油飽和度1234wwtt（9-54） 34121ttttorS（9-55） 圖圖9-12化學(xué)劑驅(qū)測注測化學(xué)劑驅(qū)測注測示意圖示意圖2.2.用化學(xué)劑驅(qū)油測注測技術(shù)用化學(xué)劑驅(qū)油測注測技術(shù)（1）鉆井時(shí)泥漿顆粒直徑小于孔隙喉道支撐劑的三分 之一，失水低于5ml；（2）油井的套管和固井質(zhì)量良好；（3）油水關(guān)系比較清楚，屬同一開采層系，巖性均 勻，油層總厚不超過40m，孔隙度大于11，滲透 率在5010-3 m2以上；（4）測井前有較精確的孔隙度資料；四、測注測施工工藝四、測注測施工工藝1.1.施工

14、條件施工條件（5）知道產(chǎn)液層的含水量、水質(zhì)類型、礦化度及地壓力、鄰近注水井的壓力和每天的注水量、該地層的地層破裂壓力等數(shù)據(jù)，作為施工時(shí)注入壓力和注入液體速度 的參考；（6）已經(jīng)過壓裂使個(gè)別層有較發(fā)育的裂縫，能使注 入液沿個(gè)別裂縫突進(jìn)的井，不宜再作測注測現(xiàn)場施工井。（7）不適用于已進(jìn)行同位素施工的井。 四、測注測施工工藝四、測注測施工工藝1.1.施工條件施工條件（1）先用蒸汽清洗容器罐，所有地面設(shè)備都用淡水清洗，以免污染；（2）注入液要通過5的過濾器，防止固體顆粒污染堵塞孔隙空間；（3）注水時(shí)要用除氧劑除去氧，以防氧化鐵沉淀，除氧劑不能含有影響巖石俘獲能力的元素。（4）注水礦化度與NaCl加入量

15、的關(guān)系是每注入1m3的液體，要取樣進(jìn)行俘獲截面測量以保證注入液的均勻性。（5）注入液礦化度與地層孔隙度之間滿足經(jīng)驗(yàn)公式 式中表示地層孔隙度，Cw表示注入液礦化度（103/m3）；7wC2.2.施工工藝施工工藝（6）注入的液體應(yīng)保證充滿中子測井的整個(gè)探測范圍。要驅(qū)走所有的流體，需要有比孔隙空間大幾倍的注入液才能完成；（7）注入速度、壓力必須小于地層破裂壓力；（8）井口要有防噴裝置，邊注邊測，直到所測的值不變時(shí)，才開始取資料；（9）為了消除擴(kuò)散效應(yīng)，中子壽命測井儀的源距要大于60cm，為了測準(zhǔn)俘獲截面，在目的層段測速不應(yīng)超過60m/h，并在測前測后進(jìn)行刻度。2.2.施工工藝施工工藝（1）在目的層的

16、套管井段測量中子壽命的基線（本底）；（2）射開進(jìn)行測注測的層段，孔密不小于每米10孔；（3）注入一定量的礦化度小于10000ppm的淡水；（4）在研究層段邊注邊測，記錄穩(wěn)定時(shí)錄取正式資料，一般至少重復(fù)測量5次，取其平均值作為地層俘獲截面值；（5）注入一定量的均勻鹽水（礦化度15000mg/l），或相當(dāng)于高礦化度地層水的鹽水；（6）重復(fù)第（4）步。 3.3.操作步驟操作步驟 碳原子非彈性散射伽馬射線能譜最突出的峰在4.43Mev，氧原子最突出的峰則在6.13Mev，如圖9-13所示，兩者的能量差較大，是進(jìn)行碳氧比能譜測井的基礎(chǔ)。 圖圖9-13標(biāo)準(zhǔn)的非標(biāo)準(zhǔn)的非彈性散射譜彈性散射譜一、碳氧比能譜測井

17、一、碳氧比能譜測井 實(shí)際地層中所含的元素遠(yuǎn)不只碳和氧兩種，因此在利用碳氧比測井方法對(duì)地進(jìn)行分析時(shí)，取碳的三個(gè)峰值和氧的三個(gè)峰值進(jìn)行總計(jì)數(shù)之比進(jìn)行處理。 C/O測井的深度只有8.5in左右，受侵入帶的影響一般不在裸眼井中使用。該儀器的分辨率在2-5ft左右。不受高礦化度及硼等其他一些具有較大俘獲截面元素的影響。圖圖10-13標(biāo)準(zhǔn)的非標(biāo)準(zhǔn)的非彈性散射譜彈性散射譜一、碳氧比能譜測井一、碳氧比能譜測井 儀器的結(jié)構(gòu)如圖（9-15），設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是外徑由C/O原來的3.625英寸縮小為2.5英寸和1.7英寸兩種，都采用雙伽馬射線探測器?？稍谏a(chǎn)狀態(tài)或關(guān)井狀態(tài)測井。儀器采用高密度過氧硅酸釓（GSO）探測器，可

18、在135條件下工作30小時(shí)以上。最大工作溫度為1 5 0 ， 最 大 工 作 壓 力15000psi。圖圖10-15RST儀器串和直儀器串和直徑為徑為的探頭的探頭二、儲(chǔ)層飽和度測井儀二、儲(chǔ)層飽和度測井儀 RST測井儀有三種可選擇的測井模式：非彈性俘獲方式、俘獲方式和模式。 使用與GST儀器相類似的程序?qū)h(yuǎn)、近探測器記錄的伽馬射線能譜進(jìn)行處理。 圖圖10-15RST儀器串和直儀器串和直徑為徑為的探頭的探頭二、儲(chǔ)層飽和度測井儀二、儲(chǔ)層飽和度測井儀采用了Hertzog提出的模型可以得到： 分別設(shè)即可得出C/O的最小值和最大值，把測得的C/O值在(C/O)min和(C/O)max之間內(nèi)插，可以快速地估

19、算出含水飽和度： OwCwOXCCOBSBSAYYF)1 ()1 ()1 (（9-66） minmaxmax)/()/(/)/(OCOCOCOCSw（9-69） 三、儲(chǔ)層飽和度儀（三、儲(chǔ)層飽和度儀（RST）資料解釋）資料解釋1.單探測器次生伽馬能譜（單探測器次生伽馬能譜（RST）解釋）解釋 由于采用了兩個(gè)探測器，井眼中水的百分含量（持水率）Yw在方程中直接給出，遠(yuǎn)近兩個(gè)探測器得到的碳和氧比表示為： 近探測器 遠(yuǎn)探測器 通過在同一地層和井眼中通過由油和水四種組合采集到的數(shù)據(jù)得到12個(gè)K參數(shù)，然后直接求解方程（9-70），（9-71），即可得到井眼持水率Yw和Sw的乘積。 wnoxwnoxnoxwncwncncnoxncncoYKSKKYKSKKYYF321321)1 ()1 ()1 ()1 (（9-70） wfoxwfoxfox