2023年測井解釋與生產(chǎn)測井吳錫令生產(chǎn)測井原理與應(yīng)用

生產(chǎn)測井原理與應(yīng)用

執(zhí)筆：吳錫令

目錄

1概述

2流動剖面測井方法

2.1流量測井

2.2溫度測井

2.3壓力測井

2.4密度測井

2.5持率測井

2.6流動成像測井

3生產(chǎn)動態(tài)測井分析

3.1測井系列選擇

3.2流動剖面測井定性分析

3.3流動剖面測井定量解釋

4剩余油監(jiān)測

4.1生產(chǎn)監(jiān)測

4.2注入監(jiān)測

5井間示蹤監(jiān)測

5.1井間示蹤監(jiān)測原理

5.2井間示蹤監(jiān)測技術(shù)

5.3示蹤資料分析應(yīng)用

1概述

生產(chǎn)測井是監(jiān)測油氣田開發(fā)動態(tài)的主要技術(shù)手段。根據(jù)測井目的和測

量對象的不同，生產(chǎn)測井可以劃分為三大測井系列：其一為流動剖面測井

系列，測量的主要對象是井內(nèi)流體，目的在于劃分井筒注入剖面和產(chǎn)出剖

面，評價(jià)地層的吸入或產(chǎn)出特性，找出射開層的水淹段和水源，研究油井

產(chǎn)狀和油臧動態(tài);其二為儲層監(jiān)視測井系列，測量的主要對象是油氣產(chǎn)層，

目的在于劃分水淹層，監(jiān)視水油和油氣界面的移動，確定地層壓力和溫度，

評價(jià)地層含油或含氣飽和度的變化情況；其三為采油工程測井系列，測量

的主要對象是井身結(jié)構(gòu)，目的在于檢查水泥膠結(jié)質(zhì)量,監(jiān)視套管技術(shù)狀況，

確定井下水動力的完整性，評價(jià)酸化、壓裂、封堵等地層作業(yè)效果。

在對油氣田開發(fā)進(jìn)行地球物理監(jiān)測時(shí)，需要解決一系列互相關(guān)聯(lián)的油

礦地質(zhì)問題。應(yīng)用生產(chǎn)測井方法解決這些問題的可能性，與整個(gè)油藏開采

的地質(zhì)和工藝條件，單井結(jié)構(gòu)和條件，產(chǎn)層的開采特性，方法對有用信號

的靈敏度以及使用儀器的探測深度和工藝特性有關(guān)，因此需要組合應(yīng)用幾

種互相補(bǔ)充的測井方法。這些組合根據(jù)監(jiān)測（或檢測）任務(wù)的需要，按井的

類型（開采井、注入井、檢查井），井的工作方式（自噴井、氣舉井、機(jī)械抽

油井或籠統(tǒng)注入井、分層注入井），地層狀況（孔隙度、水淹類型、水淹程

度），井中流體特性（相態(tài)、流量、含水）劃分。每一種生產(chǎn)測井組合都包括

主要的和輔助的方法。屬于主要方法的是那些經(jīng)過廣泛試驗(yàn)，并有系列井

下儀器產(chǎn)品保證的方法。輔助方法包括那些在用主要方法確信不能完全解

決問題或?qū)ρ芯繂栴}有輔助作用的方法。我國油田目前采用的生產(chǎn)測井系

列的典型組合情況見表1。

每個(gè)油田在油田開發(fā)設(shè)計(jì)中，在典型組合和其它原則性文件的基礎(chǔ)上,

需要制定地球物理監(jiān)測系統(tǒng)的具體要求，它一般包括以下問題：①地球物

理監(jiān)測的任務(wù)；②生產(chǎn)測井組合的主要方法和輔助方法；③在油田具體地

質(zhì)技術(shù)條件下解決這些任務(wù)的途徑和措施；④為有效進(jìn)行測井所必需的開

采裝備結(jié)構(gòu)的改變；⑤必需的地球物理監(jiān)測工作量和周期性，按油藏面積

和地層層系、開采目的層、井的類型的布局；⑥生產(chǎn)測井解釋所需要的輔

助信息；⑦資料加工方法和總結(jié)報(bào)告形式。

表1油田開發(fā)監(jiān)測的生產(chǎn)測井組合

監(jiān)測任務(wù)井的種類地層狀況井中流體主要方法輔助方法

渦輪流量計(jì)

劃分注入自來水電磁流量計(jì)

籠統(tǒng)注水—自然伽馬儀

剖面污水核流量計(jì)

接箍定位儀

井溫計(jì)

井徑儀

評價(jià)地層伽馬儀

壓力計(jì)

吸水特性分層注水——活化水井溫計(jì)

氧活化水流測井

井溫計(jì)

油壓力計(jì)

水流體密度計(jì)

劃分產(chǎn)出自噴井一

剖面氣舉井氣持水率計(jì)自然伽馬儀

渦輪流量計(jì)接箍定位儀

評價(jià)地層核流量計(jì)井徑儀

生產(chǎn)性質(zhì)油測量項(xiàng)目同上

機(jī)抽井——?dú)獠捎眯≈睆絻x器

水過環(huán)空測量

中子壽命測井儀

金屬套管鹽水水淹一

井溫計(jì)

（未射

監(jiān)測油水次生伽馬能譜儀

界面、氣孔）淡水水淹一

井溫計(jì)自然伽馬儀

油界面位

脈沖中子測井儀接箍定位儀

移油

金屬套管井溫計(jì)巖石密度儀

鹽水或氣

（已射流量計(jì)

劃分水淹淡水水淹水

孔）流體密度計(jì)

層

持水率計(jì)

非金屬套

評價(jià)地層感應(yīng)測井儀

鹽水或

含油性—側(cè)向測井儀自然伽馬儀

（未射淡水水淹

補(bǔ)償中子測井儀

孔）

超聲成像測井儀

確定管外

管柱分析儀

竄流

金屬套管油噪聲測井儀

檢測套管自然伽馬儀

（已射—?dú)饩畯絻x

狀況流體密度計(jì)

孔）水井溫計(jì)

檢查地層

伽馬儀

作業(yè)效果

流量計(jì)

金屬套管水泥膠結(jié)測井儀

評價(jià)水泥自然伽馬儀

（未射—一超聲成像測井儀

膠結(jié)質(zhì)量中子伽馬儀

孔）地層密度測井儀

生產(chǎn)測井不僅是檢測了解井內(nèi)問題的手段，更重要的是監(jiān)測評價(jià)油氣

臧開發(fā)動態(tài)不可或缺的資料來源。因此，除了對于出現(xiàn)問題的井應(yīng)該及時(shí)

進(jìn)行檢測，對于采取地質(zhì)工藝措施的井和改變功能的井，在采取措施或改

變功能的前、后都要進(jìn)行測量外，還應(yīng)該根據(jù)監(jiān)測油氣藏開發(fā)動態(tài)的需要

合理安排生產(chǎn)測井的測量周期。當(dāng)研究吸水剖面時(shí)，應(yīng)該間隔半年測量一

次。研究產(chǎn)出剖面時(shí)，在各種類型的生產(chǎn)井中應(yīng)該每年測量一次。監(jiān)測流

體界面和評價(jià)含油氣飽和度時(shí)，在觀察井中和標(biāo)準(zhǔn)井網(wǎng)內(nèi)的井中最好每半

年測量一次。在注水井中檢查套管技術(shù)狀況時(shí)，至少每年應(yīng)該測量一次。

只有按合理的周期進(jìn)行生產(chǎn)測井，才能保證資料的連續(xù)性、系統(tǒng)性和完整

性，對油氣藏的開發(fā)動態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)視。

取全取準(zhǔn)各項(xiàng)生產(chǎn)測井?dāng)?shù)據(jù)是正確進(jìn)行解釋評價(jià)的前提。測井之先必

須根據(jù)油氣田開發(fā)動態(tài)監(jiān)測的需要，周密計(jì)劃和安排測量項(xiàng)目，針對具體

問題和條件，合理選擇和組合有關(guān)的生產(chǎn)測井方法。目前實(shí)際測井作業(yè)中

采用數(shù)控測量，測井儀器尺寸一般具有統(tǒng)一的規(guī)范，可以根據(jù)測井需要選

擇若干測量項(xiàng)目組合成一支儀器下井，測量信號可以多道控制和傳輸。需

要注意的是，在選擇生產(chǎn)測井組合以及按井的類型分配工作目的層時(shí)，除

考慮測井方法的原理適用性外，還必須考慮測井儀器的測量適應(yīng)性。

2流動剖面測井方法

油氣田開發(fā)動態(tài)監(jiān)測的重要途徑是測量采油井和注水井內(nèi)的流體流動

剖面，測量目的是了解生產(chǎn)井段產(chǎn)出或吸入流體的性質(zhì)和流量，對油井生

產(chǎn)狀況和油層生產(chǎn)性質(zhì)作出評價(jià)。

流動剖面測井屬于流體動力學(xué)測量，測量參量包括速度、密度、持率、

溫度、壓力等。因此，要想準(zhǔn)確測量流動參數(shù)和正確分析流動剖面，一方

面必須具備流體力學(xué)方面的基礎(chǔ)知識，另一方面需要掌握測井原理及分析

方法。

2.1流量測井

流量是表征油井動態(tài)變化和評價(jià)油層生產(chǎn)特性的一個(gè)重要參數(shù)。生產(chǎn)

測井的流量測量對象是井內(nèi)流動的流體。單位時(shí)間內(nèi)流過某一流道截面的

流體體積，取決于流體流動的速度。流量測井實(shí)際上是測取同流體速度相

關(guān)的信息，然后求出平均流速，再與截面積相乘求出體積流量。

流量測井目前應(yīng)用最廣泛的是渦輪流量計(jì)測井和核流量計(jì)測井，其次

是放射性示蹤測井和氧活化水流測井，電磁流量計(jì)、熱導(dǎo)流量計(jì)只在一些

特定情況下使用。流量測井的特點(diǎn)通過測量與流動速度有關(guān)的物理量，間

接求出井內(nèi)流體的流量或相對流量。因此，要精確地測量流量，就必須明

確測井信息與流量之間的理論或?qū)嶒?yàn)關(guān)系，正確地采集和分析測井信息。

2.1.1渦輪流量計(jì)測井

渦輪型流量計(jì)的傳感器由裝在低摩阻樞軸扶持的軸上的葉片組成。軸

上裝有磁鍵或不透光鍵，使轉(zhuǎn)速能被檢流線圈或光電管測出來。當(dāng)流體的

流量超過某一數(shù)值后，渦輪的轉(zhuǎn)速同流速成線性關(guān)系。記錄渦輪的轉(zhuǎn)速，

便可推算流體的流量。

井下渦輪流量計(jì)多種多樣，大致可以分為敞流式和導(dǎo)流式兩種類型。

敞流式流量計(jì)主要有連續(xù)流量計(jì)和全井眼流量計(jì)兩種，其特點(diǎn)是可以穩(wěn)定

速度移動儀器，連續(xù)地沿井身進(jìn)行測量流動剖面，可以在較寬的流量范圍

內(nèi)使用。連續(xù)流量計(jì)（圖1）的葉片直徑較小，僅測量流道中心部分流體，低

壓、低動量氣體傾向于繞過渦輪，而不使渦輪轉(zhuǎn)動。為了改進(jìn)橫剖面測量，

全井眼流量計(jì)（圖2）采用折疊式葉片，下井通過油管時(shí)合攏，測量時(shí)可以

張開，反映流道截面上約80%的流體的流動，從而改善了測量性能。

導(dǎo)流式流量計(jì)主要有封隔式流量計(jì)、傘式流量計(jì)兩種，其特點(diǎn)是在探

測深度先封隔原有流道，把井內(nèi)流體導(dǎo)入儀器內(nèi)腔后集流測量，主要用于

測量低流量的油氣井。早先的導(dǎo)流式流量計(jì)采用皮囊封隔器（圖3）,封隔

器易損壞，操作不方便。傘式流量計(jì)（圖4）采用金屬片和尼龍布構(gòu)成傘式封

隔器，提高了使用壽命和測井成功率，但由于金屬片不能和井下管壁完全

密封，仍有少量流體由間隙流過，所求流量值誤差較大。后來在金屬傘的

外面又加一個(gè)脹式密封圈（又稱之為脹式流量計(jì)），克服了封隔器的易損

和密封問題，能用于氣流或液流，對于多油氣層的井測試特別有用。

圖2全井眼流量計(jì)

做定位器組件傳

電子?通道組件筒

-海量計(jì)

含水率計(jì)

密度計(jì)

封隔器彈簧

時(shí)隔器管

一時(shí)隔器皮囊

圖3封隔式流量計(jì)圖4傘式流量計(jì)

2.1.1.1渦輪流量計(jì)工作原理

不同類型的渦輪流量計(jì)，渦輪

變送器的結(jié)構(gòu)可能不同。比如全井

眼流量計(jì)的渦輪由四個(gè)可折疊的葉

片構(gòu)成，而連續(xù)流量計(jì)的結(jié)構(gòu)則如

圖5所示，葉片數(shù)目一般2?8個(gè)，葉

片傾角30?；?5°。例如圖1所示的

高靈敏度連續(xù)流量計(jì)，只有兩個(gè)S'

形葉片，高度10約cm,葉片上各點(diǎn)

的間距角度不同，按流動實(shí)驗(yàn)確定圖4-5渦輪結(jié)構(gòu)示意圖

的理想數(shù)值變化。

雖然渦輪變送器的結(jié)構(gòu)各一，但渦輪流量計(jì)的工作原理相同，都是把

經(jīng)過管子截面的流體線性運(yùn)動變成渦輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。當(dāng)流體軸向流經(jīng)變送

器時(shí)，流體流動的能量作用在葉輪的螺旋形葉片上，驅(qū)使葉輪旋轉(zhuǎn)。假定

流體是不可壓縮的和渦輪材料是均勻的，根據(jù)動量矩守恒和轉(zhuǎn)動定律，渦

輪的動態(tài)方程式為

a，i=\

式中)—渦輪的轉(zhuǎn)動慣量；

3---渦輪轉(zhuǎn)動的角速度；

Mo—流體作用于渦輪的力矩；

￡M,^一―作用于渦輪上的阻力矩代數(shù)和。

當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時(shí)，假定渦輪軸承只有機(jī)械摩擦，流體粘滯摩擦只作

用于葉片表面，則有穩(wěn)態(tài)方程

11YM.

co=-vftga------G----(2)

rf2兀

式中，一葉輪的平均半徑；。一葉片傾角；/一葉片的厚度；。，一流體

體積密度；匕一流體沿葉輪旋轉(zhuǎn)軸方向的流速。于是，渦輪流量計(jì)的頻率

響應(yīng)可簡寫為

N=K(v-%)(3)

式中N一渦輪的每秒轉(zhuǎn)數(shù)(以下用儲5表示)；

—流體與儀器的相對速度；

K--儀器常數(shù)，與渦輪的材料和結(jié)構(gòu)有關(guān)，并受流體性質(zhì)影響；

vtn—渦輪的轉(zhuǎn)動閾值(始動速度值)，與流體性質(zhì)和渦輪摩阻有關(guān)。

式(3)稱為渦輪流量計(jì)的理論方程。當(dāng)儀器在井內(nèi)以恒速匕測量時(shí)，流體與

儀器的相對速度碾匕和流速匕的合速度,其值取二者之代數(shù)和。

為考察流體性質(zhì)變化對儀器常數(shù)和渦輪轉(zhuǎn)動閾值的影響，可將(2)式改

寫為

2兀r4萬

式中，G是阻止渦輪轉(zhuǎn)動的阻力系數(shù)。當(dāng)葉片的雷諾數(shù)N*,<?5?xl()5時(shí)，Q

與二次方根的倒數(shù)成正比

式中，〃/?為流體粘度，mPa?s；L為葉片的軸向長度，cm。

由式(4)和(5)可見，當(dāng)流體粘度增大時(shí)，渦輪轉(zhuǎn)數(shù)變??；?而當(dāng)流體密

度變大時(shí)，渦輪轉(zhuǎn)數(shù)會隨之增大。在流體速度較小時(shí)，渦輪的頻率響應(yīng)非

線性，且受流體性質(zhì)變化影響較大；當(dāng)流體速度較高時(shí)，(4)式中右邊第二

項(xiàng)變小，渦輪響應(yīng)近似線性，儀器常數(shù)K基本上不受流體粘度變化影響。

渦輪起動時(shí)，要克服較大的機(jī)械靜摩擦力，因此需要較大的始動速度。

渦輪以一定速度轉(zhuǎn)動起來之后，?需要克服機(jī)械動摩擦力和流體流動阻力，

轉(zhuǎn)動閾值小與pi2成反比，流體密度越大，惴越小。這種情況對于密度變

化小的液體來說，影響不大，力可視為常數(shù)。但氣體密度隨溫度和壓力變

化很大，必須注意力對v而的影響。渦輪流量計(jì)的響應(yīng)受機(jī)械摩阻和流體摩

阻影響的情況如圖6所示。

實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用也表明，當(dāng)儀器與流體的相對速度/較高時(shí)，渦輪響

應(yīng)與/有良好的線性關(guān)系，式(3)成立。當(dāng)/較低時(shí),渦輪響應(yīng)非線性,尤其

是在氣液流動情況下另外，由于渦輪結(jié)構(gòu)不可能完全對稱，因此渦輪正轉(zhuǎn)

和反轉(zhuǎn)的響應(yīng)特性有所差異，儀器常數(shù)A?和轉(zhuǎn)動閾值也會有所不同。圖7

為實(shí)驗(yàn)建立的連續(xù)流量計(jì)校正圖版，由圖可見，儀器在水和氣中的響應(yīng)特

性差異很大。

?

懶X

/

K

0

o40801201602002402S0320

流體速度，ft/min

圖6機(jī)械摩阻和流體摩阻影響圖7連續(xù)流量計(jì)校正圖版

綜上所述，渦輪流量計(jì)在滿足應(yīng)用條件的前提下(亦即式3成立時(shí))，可

以準(zhǔn)確測出流體流量。下面從應(yīng)用角度，分別討論敞流式和導(dǎo)流式渦輪流

量計(jì)測井。

2.1.1.2敞流式渦輪流量計(jì)測井

連續(xù)流量計(jì)和全井眼流量計(jì)均不帶導(dǎo)流機(jī)械裝置，測量在井筒內(nèi)原有

流動狀態(tài)下進(jìn)行，既可以移動儀器連續(xù)測量，也可以固定儀器進(jìn)行點(diǎn)測。

不同類型的儀器除響應(yīng)特性有一定差異外，測量方法和解釋技術(shù)基本相同。

測量注入剖面或產(chǎn)出剖面，要求在穩(wěn)定注入或生產(chǎn)條件下進(jìn)行。通過

觀察井口壓力和流量有無變化，便可推知井內(nèi)流動是否穩(wěn)定。測量時(shí)，儀

器從油管或油一套環(huán)空下入射孔井段，扶正器使儀器居中，以合適的恒定

速度上提或下放儀器進(jìn)行測量，按井深連續(xù)記錄渦輪的每秒轉(zhuǎn)數(shù)以及電纜

移動速度。為了選擇合適的測量速度和檢驗(yàn)井下刻度，儀器往往需要停在

產(chǎn)出或吸入流體的層段上部進(jìn)行點(diǎn)測，記錄測量深度和渦輪轉(zhuǎn)速。

實(shí)際測量時(shí)，渦輪流量計(jì)常和溫度計(jì)、壓力計(jì)等組合下井，同時(shí)測量

多種參數(shù)。特別是深度控制測井項(xiàng)目磁定位器和自然伽馬儀,作為測井資料

與井下管柱以及裸眼井資料深度對比的依據(jù)，每次測量都是必不可少的。

圖8為斯侖貝謝公司多道生產(chǎn)測井儀的測井示意圖，注意渦輪流量計(jì)總是裝

在儀器串最下端。

連續(xù)流量計(jì)和全井眼流量計(jì)測

井的突出優(yōu)點(diǎn)是可以測取連續(xù)變化

的流動剖面，并且測井工藝簡單。

使用的有利條件是中、高流量的單

相流，多和流動條件下連續(xù)流量計(jì)

的應(yīng)用效果變差。再者，這兩種測

井資料定量應(yīng)用的精度，很大程度

上取決于測井資料質(zhì)量和井下刻度

的準(zhǔn)確性。

敞流式渦輪流量計(jì)測井的顯著

特點(diǎn)，是必須通過精確的井下刻度

以保證測井資料質(zhì)量，提供定量分

析的基礎(chǔ)。圖8多道生產(chǎn)測井儀示意圖

所謂井下刻度，就是建立儀器響應(yīng)頻率和流體速度之間的精確關(guān)系，

也就是確定(4-3)式中的4和心。井下刻度實(shí)際上相當(dāng)于室內(nèi)刻度，由于4

和W/,與流體性質(zhì)和摩阻有關(guān)，而井下不同深度的流體性質(zhì)可能不同，測量

之先又不可能知道，所以需要在井下實(shí)際測量過程中進(jìn)行刻度。

井下刻度的方法，是通過在流動的液體中，儀器用多個(gè)分別向上和向

下的絕對速度，測量記錄響應(yīng)曲線來實(shí)現(xiàn)的。理論分析和實(shí)驗(yàn)研究已指出，

人和匕〃之間應(yīng)當(dāng)滿足線性關(guān)系，利用最小二乘法線性回歸，不難求出響應(yīng)

曲線。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析原理，每個(gè)測點(diǎn)最好有五次以上的測量資料(即樣本數(shù)

目大于5),才能建立符合統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的擬合關(guān)系。

首先，流量計(jì)以不同的穩(wěn)定電纜速度通過探測井段進(jìn)行測量記錄。測

速的選擇一要盡可能保證儀器上提和下放測量時(shí)渦輪的轉(zhuǎn)動方向相反，以

能反映機(jī)械摩阻的影響；二是應(yīng)有合適的速度間隔，以能保證統(tǒng)計(jì)分析的

代表性。此外，儀器還應(yīng)停在各測點(diǎn)處記錄渦輪轉(zhuǎn)速，以便確認(rèn)刻度的正

確性。

其次，在未射孔全井嗔轉(zhuǎn)子濾量計(jì)

的穩(wěn)定流動井段選定

一系列讀值點(diǎn)。如圖9

所示，在射孔層的上

部、間隔處以及下部

選取A、B、C、D四個(gè)

點(diǎn)，每點(diǎn)代表所測流

量的具體深度。對應(yīng)

于每一測速下的渦輪

轉(zhuǎn)速曲線，讀出各點(diǎn)

的測井值，填入如表2

圖9

所示的解釋數(shù)據(jù)表。全井眼流量計(jì)的測井曲線

表2渦輪流量計(jì)測井解釋數(shù)據(jù)表

轉(zhuǎn)子速度(RPS)

測速與方向

A點(diǎn)B點(diǎn)C點(diǎn)D點(diǎn)

下測115(0.305m/min)20.1514.69.25.1

下測82(0.305m/min)18.514.008.354.50

下測50(0.305m/min)17.2011.605.402.10

點(diǎn)測讀數(shù)14.659.654.15-

上測32(0.305m/min)14.308.301.85-1.05

上測80(0.305m/min)11.506.30--4.05

上測110(0.305m/min)9.854.75--4.60

最后，以電纜速度和渦輪轉(zhuǎn)速為縱、橫坐標(biāo)繪制刻度圖。將各點(diǎn)讀數(shù)

標(biāo)在圖上，根據(jù)資料點(diǎn)的分布趨勢，按最小二乘法的法則畫出關(guān)系曲線，即

得各測點(diǎn)的現(xiàn)場刻度線。注意，坐標(biāo)軸方向的選擇如果規(guī)定上測電纜速度

為正，則下測速度為負(fù)；如果規(guī)定渦輪右旋方向轉(zhuǎn)速為正，則左旋方向?yàn)?/p>

負(fù)，應(yīng)根據(jù)渦輪轉(zhuǎn)速曲線的變化形態(tài)確定。由于摩擦影響，渦輪沒有轉(zhuǎn)動

并非一定流速為零，因此渦輪轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)時(shí)的零讀數(shù)不能參與交會。

分析測速與轉(zhuǎn)子速度的線性關(guān)

系，并將現(xiàn)場刻度線的斜率同實(shí)驗(yàn)

室刻度數(shù)據(jù)比較，便可檢查測井資

料質(zhì)量。圖10為圖9所測數(shù)據(jù)的現(xiàn)場

刻度圖。由圖可見，各測點(diǎn)的資料

點(diǎn)保持良好的線性關(guān)系，并且刻度

線與縱軸交點(diǎn)同定點(diǎn)測量讀數(shù)很接

近，因此可以肯定儀器的工作狀況

是正常的。該圖來自一口污水回注

井的實(shí)際測量資料,因?yàn)槭菃蜗嗔鳎?/p>

各測點(diǎn)刻度線的斜率均為0.0451.

與實(shí)驗(yàn)室流體為水時(shí)的刻度斜率值

0.0470很接近，從而可以確認(rèn)測井圖10測井資料井下刻度圖

資料的質(zhì)量是合格的。

2.1.1.3導(dǎo)流式渦輪流量計(jì)測井

封隔式流量計(jì)和傘式流量計(jì)都帶有機(jī)械導(dǎo)流裝置，測井時(shí)儀器封隔流

道，迫使井內(nèi)流體全部或部分混合，加速流過一定內(nèi)徑的導(dǎo)流器喉道，作

用于渦輪傳感器。由于導(dǎo)流器內(nèi)喉道的橫截面積已知，通過實(shí)驗(yàn)可以直接

建立渦輪轉(zhuǎn)速與體積流量之間的關(guān)系，所以這種流量計(jì)又稱為絕對流量計(jì)。

導(dǎo)流式渦輪流量計(jì)測井解釋只需選用合適的圖版，將記錄的渦輪響應(yīng)換算

為體積流量。

導(dǎo)流型渦輪流量計(jì)一般只能點(diǎn)測，測井工藝遠(yuǎn)比連續(xù)型儀器復(fù)雜。封

隔式流量計(jì)測井時(shí)，測點(diǎn)應(yīng)選在套管上沒有射孔炮眼或腐蝕變形的部位，

使皮囊脹開后能將流道封死，所有流體都經(jīng)過集流器總成。測前首先輸入

一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率信號，調(diào)節(jié)測量線路和靈敏度，對儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。通過在每

一射孔層段的上部和下部逐點(diǎn)測量，就可以錄取解釋所必需的資料。由于

封隔器的皮囊承受的壓力差有限，此種流量計(jì)只能測量低流量。

傘式流量計(jì)用金屬旋翼代替封隔器皮囊，下井時(shí)旋翼折疊，使儀器能

夠通過油管下入井內(nèi)；測量時(shí)馬達(dá)驅(qū)動旋翼張開，封隔流道，集流后測量

錄取資料。流量計(jì)的金屬翼片可以伸入射孔炮眼或腐蝕孔洞，因此測點(diǎn)選

擇不受套管射孔和腐蝕變形影響，有利于檢查射孔層段內(nèi)的非均質(zhì)性。由

于金屬旋翼可以承受較大壓力差，這兩種流量計(jì)不僅用于測量低流量，還

可用于測量較高流量。

導(dǎo)流式渦輪流量計(jì)測井具有兩個(gè)特殊的優(yōu)點(diǎn)：①測井響應(yīng)只受流體

密度和粘度變化的輕微影響。即使對于密度不特別低的天然氣，渦輪響應(yīng)

變化也不大。對于流體粘度變化的影響，一般校正量很小。如圖4T1的實(shí)

驗(yàn)曲線所示，當(dāng)流體粘度從1nlpa.s變化到60mPa.s時(shí)，所求流量的校正值不

超過15冊②解釋結(jié)

果受油、氣、水之間

滑動速度影響很小。

由于導(dǎo)流器喉道的橫

截面積很小，大多數(shù)

井的流量在流體經(jīng)過

渦輪時(shí)的平均速度相

當(dāng)高，因此，與任何

--種通過的流體速度

相比，油、氣、水彼

此之間的滑動速度變

得無足輕重了，可以

按均流模型簡單求解

各相流量。

但是，導(dǎo)流式渦輪流量計(jì)測井也有明顯局限性，主要表現(xiàn)在三個(gè)方面:

一是只能定點(diǎn)測量，工藝復(fù)雜，操作不便；二是機(jī)械裝置封隔流道會在一

定程度上干擾井內(nèi)原有的流動條件，測量結(jié)果和實(shí)際流動條件下可能有一

些差異，另外封隔不好時(shí)測井解釋結(jié)果會造成假象；三是不能提供井下流

動剖面的連續(xù)變化情況。因此，一般在不適宜敞流式渦輪流量計(jì)測井的條

件下，才使用導(dǎo)流式渦輪流量計(jì)測井。

封隔式流量計(jì)和傘式流量計(jì)都稱絕對流量計(jì)，讀出測井記錄的渦輪每

秒轉(zhuǎn)數(shù)，選用合適的實(shí)驗(yàn)關(guān)系圖版，便可求得相應(yīng)的體積流量。圖11為斯

侖貝謝公司封隔式流量計(jì)的實(shí)驗(yàn)關(guān)系曲線。使用時(shí)由渦輪轉(zhuǎn)速讀數(shù)在縱座

標(biāo)上找點(diǎn)，作水平線與相應(yīng)規(guī)格的儀器和流體粘度實(shí)驗(yàn)曲線相交，交點(diǎn)對

應(yīng)的橫座標(biāo)值即是該轉(zhuǎn)速下的體積流量。如果流體粘度不為1mPa?s或

60mPa?s,則可在兩條曲線間內(nèi)插或外推，并且即使粘度線選的不太合適，

所求結(jié)果誤差也不大。

2.1.2核流量計(jì)測井

核流量計(jì)測井是利用人工放射性同位素作標(biāo)記物，觀測井下流體流量

剖面一種測井方法。該方法用于測量籠統(tǒng)注入井和生產(chǎn)井的流動剖面，主

要在渦輪流量計(jì)所不能測量的低流量或抽油井內(nèi)使用。

2.1.2.1核流量計(jì)測井原理

核流量計(jì)測井屬于一種標(biāo)記測量方法，首先采用噴射器放出放射性示

蹤劑，使其與井內(nèi)流體以同一速度流動，然后采用伽馬探測器測量記錄標(biāo)

記物的速度，進(jìn)而求出流體的體積流量。

核流量計(jì)測井之所以采用放射性同位素作為標(biāo)記物，是由于放射性同

位素具有較強(qiáng)的伽馬放射性，便于采用伽馬探測器進(jìn)行測量。測量時(shí)噴射

的放射性示蹤劑，實(shí)際上是由放射性同位素和稀釋溶液組成的液團(tuán)，需要

合理選擇和配制。放射性同位素一般選擇伽馬射線能量較強(qiáng)、半衰期適中、

成本較低、使用安全的物質(zhì)，目前生產(chǎn)中經(jīng)常使用的同位素為⑶I和”'n

等。稀釋溶液應(yīng)當(dāng)選用與井下流體密度相當(dāng)而又能溶于其中的物質(zhì)，否則

噴射的放射性液團(tuán)與井內(nèi)流體之間將產(chǎn)生滑脫現(xiàn)象，導(dǎo)致荒謬的解釋結(jié)果。

對于注水井，一般選用水溶性的鹽酸或水即可。對于油氣井，一般選擇油、

氣或苯等有機(jī)溶劑。對于油水混合流動的生產(chǎn)井，則需要選用油水兼溶的

通用型特種溶劑，而實(shí)際上當(dāng)含水率大于60%以后,常用水作稀釋劑。

核流量計(jì)由放射性示蹤劑噴射器和伽馬探

測器組成。根據(jù)井的類型和流量大小，流量計(jì)有

不同的裝配結(jié)構(gòu)和測量方式。噴射器可以有一或

一―一接撞定位器

二個(gè)，兩個(gè)噴射器的儀器可以同時(shí)攜帶水溶和油

溶的示蹤劑，適用于井下油、水多相流測量，測

--一癌液■射暮

量時(shí)一般每次只需噴射1毫升稀釋后的示蹤劑。

伽馬探測器可以有一至三個(gè)，兩個(gè)探測器可以克

服單探測器對噴射時(shí)間難以精確記錄造成的問

上探潮器

題。三個(gè)探測器和噴射器組成的儀器，其中一個(gè)

探測器裝在噴射器的上流方向，記錄本底自然伽r

馬放射性，作為基線；另外兩個(gè)探測器裝在下流

方向，記錄兩條示蹤曲線。噴射器與鄰近探測器一下探測器

的間距約0.5m,兩個(gè)探測器的間距一般為2m右，

具體位置可以根據(jù)所測井內(nèi)流量大小預(yù)先選擇

配置。圖12所示為一個(gè)噴射器和兩個(gè)探測器構(gòu)成圖4-12放射性

的示蹤流量計(jì)。示蹤流量計(jì)

放射性示蹤流量計(jì)用于測量籠統(tǒng)注水剖面和產(chǎn)出剖面。在注水井內(nèi)測

量時(shí)，噴射器裝在探測器的上部，自下而上逐點(diǎn)進(jìn)行測量。當(dāng)在生產(chǎn)井內(nèi)

測量時(shí)，噴射器則需裝在伽馬探測器的下部，測量順序也相反，自上而下

逐點(diǎn)進(jìn)行。由于生產(chǎn)井內(nèi)的流體要產(chǎn)到地面，使用放射性同位素要特別慎

重，應(yīng)盡量選用半衰減短的同位素，并嚴(yán)格控制使用劑量，以免對地面的

人、畜造成危害。放射性示蹤流量計(jì)測量流量的方法有三種，根據(jù)井內(nèi)流

量大小和儀器組裝特性，可以選用定點(diǎn)測量、連續(xù)測量或跟蹤測量方式。

2.1.2.2定點(diǎn)測量方法

核流量計(jì)測注水剖面，當(dāng)井內(nèi)流體速度較快時(shí)，選用定點(diǎn)測量方式。

該方法是在穩(wěn)定注水

條件下，自下而上，

依次將儀器停在每個(gè)

測點(diǎn)(射孔井段的底

部和每兩個(gè)射孔層位

之間至少選一個(gè)測點(diǎn),

頂部則應(yīng)選擇兩個(gè)以

上測點(diǎn))，噴射示蹤劑

后，記錄放射性液團(tuán)

流經(jīng)兩個(gè)伽馬探測器

的時(shí)間,如圖所示。

13圖13核流量計(jì)定點(diǎn)測井圖

由于兩個(gè)伽馬探測器的間距/一定,從記錄圖上讀出兩個(gè)伽馬異常峰值

的間隔時(shí)間△大,便可由下式求出記錄點(diǎn)(兩個(gè)伽馬探測器的中點(diǎn))的流速

Vy=L/A/(6)

體積流量的計(jì)算公式為：

Q=Cr-vf(7)

式中，G可稱為流量系數(shù)，與套管內(nèi)徑、儀器尺寸、流速分布及單位換算

有關(guān)。

當(dāng)流量計(jì)在井內(nèi)測量時(shí)，流體實(shí)際上是沿儀器和套管之間的環(huán)形空間

流動,其縱剖面如圖14所示。若記錄點(diǎn)流速%用m/s表示，流量。用nV7d表示，

則&可按下式計(jì)算

2

Cp=??-d；)C?x86400x10汽=6.786C,,(力—力)(8)

式中，d—套管內(nèi)徑，cm；d—儀器外徑，cm；C—速度剖面校正系數(shù)。

核流量計(jì)定點(diǎn)測量產(chǎn)出剖面的方法與測注入剖面相同，但探測器與噴

射器的位置不同，測井順序是自上而下逐點(diǎn)進(jìn)行，并且所求出的只是混合

流體的流量。要求各相分層流量，必須結(jié)合流體識別測井資料進(jìn)一步分析

解釋。

圖14核流量計(jì)測井圖15一口注水井內(nèi)核流量計(jì)定點(diǎn)測井圖

速度剖面示意圖

圖15是一口注水井中核流量計(jì)的定點(diǎn)測量記錄。該井射孔井段為

2348.8-2375.6m,套管內(nèi)徑為12.42cm。核流量計(jì)兩個(gè)伽馬探測器間距為

2.477m,儀器外徑4.286cm。由圖可見，測點(diǎn)2348m處噴射兩次，探測器

記錄到的兩個(gè)時(shí)間差都是4.8s,按(6)式計(jì)算視流速得

Vf=2.447/4.8=0.516(m/s)

取/=(4-")/2=0.04627m,0=lOOOkg/m\〃=lPa?s,估算雷諾數(shù)

Re=pvfd'/〃=20986>4000

故取速度剖面校正系數(shù)G=0.83,再由(7)和(8)式，計(jì)算體積流量為

Q=6.786x0.83x(l2.422-4.2862)x0516=3949,/d

2.1.2.3連續(xù)測量方法

核流量計(jì)定點(diǎn)測量時(shí)，若測點(diǎn)處流體速度很低，則放射性液團(tuán)在到達(dá)

探測器以前，可能會發(fā)生嚴(yán)重的彌散作用，以致于無法分辨通過計(jì)數(shù)器的

時(shí)間。此時(shí)，應(yīng)該選用連續(xù)測量方式。連續(xù)測量也是自下而上進(jìn)行的，與

定點(diǎn)測量不同的是儀器以穩(wěn)定的速度一邊上提一邊測量，依次在各選定深

度噴射示蹤劑，連續(xù)記錄每個(gè)探器接收的伽馬射線強(qiáng)度隨井深的變化情況。

為了求得分層流量，射孔井段的底部、頂部以及每兩個(gè)射孔層間必須至少

噴射一次：對于射孔厚層，層內(nèi)也可以噴射數(shù)次，以檢查層內(nèi)吸水非均質(zhì)

性。由于儀器上提速度匕和兩個(gè)計(jì)數(shù)器間距/已知，由圖上讀出每次噴射

示蹤劑后兩個(gè)計(jì)數(shù)器記錄到的異常信號深度間隔則兩個(gè)峰值中點(diǎn)處

的流速為

Vy=v,-\H/(Z,-AH)(9)

體積流量仍按(7)和(87)式計(jì)算，分層吸水量由遞減法求得。

連續(xù)測量工藝簡單，節(jié)省時(shí)間，

可以給出連續(xù)變化的注入剖面，更

重要的是，由于儀器移動測量，縮

短了示蹤劑液團(tuán)經(jīng)過探測器的旅行

時(shí)間，減弱放射性彌散影響，因而

可以分辨較低的流量。但是，儀器

上提速度的任何變化以及對流體流

動的擾動，都會造成一些影響，所

以，連續(xù)測量解釋結(jié)果的精度稍遜

于定點(diǎn)測量方式。眾所周知，對一

口多層混合注水的井而言，射孔井

段上部的流速較高，底部的流速較

低，若同時(shí)用定點(diǎn)方式和連續(xù)方式

圖16一口注水井內(nèi)核

測量將有助于改善測量解釋結(jié)果。流量計(jì)連續(xù)測井圖

圖16是在圖15所示的同一口井內(nèi)，核流量計(jì)以匕=0.151/s的測井

速度，連續(xù)測量的記錄曲線。由圖上讀出各計(jì)算點(diǎn)處的異常信號深度間隔

\H,依次用(9)、(8)和(7)式計(jì)算(取Cv=0.83),其結(jié)果見表用

由計(jì)算結(jié)果可見，在射孔層段頂部，定點(diǎn)測量和連續(xù)測量結(jié)果略有差

異，但都接近井口注水時(shí)393m3/d,說明測量解釋結(jié)果可信。定點(diǎn)測量結(jié)果

雖然較精確，但在2364.0m以下，由于放射性擴(kuò)散影響不能分辨下部流量,

而連續(xù)測量結(jié)果顯示2364.6m以下射孔層段吸水81.ln?/d。解釋結(jié)果說明該

厚層內(nèi)吸水極不均勻，層中間2359.5-2364.6m的吸水210.8m>d,注水強(qiáng)

度達(dá)41.3m7(d?m)。

表3一口注水井核流量計(jì)連續(xù)測量解釋結(jié)果

井深信號間距流速流量

m△H,mVr,m/sQ,m/d

2349.71.90.517395.3

2354.51.90.517395.3

23357.51.90.517395.3

2359.51.90.517395.3

2362.21.50.241184.5

2364.61.01.10681.1

2374.0000

2.1.2.4跟蹤測量方法

當(dāng)射孔層之間的距離足夠大時(shí)，可以用單探測器的核流量計(jì)，噴射放

射性示蹤劑后，沿流體流動方向，多次跟蹤測量記錄示蹤劑造成的鐘形伽

馬曲線，然后求出相應(yīng)位置管道中心的流速。這種方法是由瑟爾夫(Charles

Self,1967)最先提出來的，所以又稱“瑟爾夫法”。核流量計(jì)跟蹤測井的技

術(shù)要點(diǎn)包括：

(1)選擇噴射點(diǎn)。注入井自下而上逐層測量，噴射點(diǎn)選在兩射孔層

之間以及交連井段靠近上方位置，因?yàn)閲娚涞氖聚檮㈦S注入流體向下移

動，需要留有足夠長距離，在示蹤劑被下部射孔層吸入之前被流量計(jì)追蹤

探測到。生產(chǎn)井內(nèi)則需自上而下測量，噴射點(diǎn)應(yīng)選在兩射孔層之間以及交

連井段靠近下方位置。

(2)測量參考曲線。選定噴射點(diǎn)后，可啟動馬達(dá)向井內(nèi)流體噴射少

量示蹤劑，并以某一合適恒定速度沿流體流動方向移動儀器，記錄伽馬曲

線萬。，探測器在示蹤液團(tuán)所在位置將出現(xiàn)高放射性異常，記下峰值出現(xiàn)

的時(shí)間，作為參考零時(shí)刻。

(3)測量跟蹤曲線。測出參考曲線后，儀器仍移動到原測點(diǎn)位置，

再以測參考曲線的同一恒定速度追蹤放射性液團(tuán)，并測量記錄伽馬曲線

J,、,標(biāo)出峰值相對于零時(shí)刻出現(xiàn)的滯后時(shí)間。并仿此測出(2,43……，

直到放射性液團(tuán)監(jiān)測不到為止。

放射性示蹤流量計(jì)跟蹤測井解釋方法是，從測井圖上讀出相鄰兩條曲

線峰值的間距△%、△為、物…,

與對應(yīng)的時(shí)間加1、M…相

除，得到各個(gè)視流速，即

vai=A/z；/Ar,.(10)

然后，將各個(gè)視流速加權(quán)平均，作

為該測量段內(nèi)管道中心流體的流速,

即

〃=-E%(11)

計(jì)算過程△/%用米表示，用秒表

示，。的單位為米/秒。體積流量

計(jì)算仍按(8)和(7)式進(jìn)行。

圖17是一口生產(chǎn)井內(nèi)核流量計(jì)跟蹤測井圖。噴射點(diǎn)選在5485米，除參考曲

線外測量兩條跟蹤曲線。按上述公式可計(jì)算如下

A45480-5464

%=婷==0.213m/s

75

△生_5464-5447

=0.254m/s

匕2而一142-75

Vf=g（%+%）=0.2335m/s

核流量計(jì)跟蹤測井法求流體速度，隱含的假定是噴射的示蹤劑始終沿管道

中心部位與井內(nèi)混合流體以同一速度流動。如果示蹤液團(tuán)不能沿管道中心移動，

或與井內(nèi)流體之間存在滑脫現(xiàn)象，則所求流速將有誤差。實(shí)際測井過程中，由

于儀器反復(fù)上下移動，還會對噴射的放射性液團(tuán)的移動造成干擾。

2.1.3放射性示蹤測井

放射性示蹤測井采用放射性示蹤劑標(biāo)記井內(nèi)的探測目標(biāo)，應(yīng)用方法與研究

對象有關(guān)。對于井下有配注機(jī)械裝置的注入井和裸眼完井條件下，由于井下有

封隔器阻擋或者由于井徑難以準(zhǔn)確知道，無管是渦輪流量計(jì)還是核流量計(jì)，都

無法測量井下的流量剖面。這時(shí)，可將放射性同位素混進(jìn)注入流體，作為示蹤

載體指示井下各層段或油水界面的放射性異常，然后用伽馬探測器測出井下流

量剖面。我國油田在實(shí)踐中創(chuàng)造的放射性示蹤測量方法，解決了配注剖面測井

難題。

2.1.3.1放射性示蹤測井原理

放射性示蹤測井的基本組成包括放射性材料的使用和伽馬射線探測器的記

錄。放射性同位素具有較強(qiáng)的伽馬放射性，利用攜帶放射性同位素的載體，人

為地提高井內(nèi)被研究對象的放射性強(qiáng)度，用伽馬探測器測量并記錄這種異常，

便可以推斷與引起異常有關(guān)的問題。

放射性同位素目前已達(dá)到千余種，但放射性示蹤測井常用的只有幾種。選

擇的原則是:①同位素放射出的伽馬射線能量適中，既能穿過套管、油管、儀

器外殼被記錄,又便于安全防護(hù),一般在0.5MeV左右；②同位素的半衰期適中,

太短的不利于保存和運(yùn)輸，太長了影響以后的放射性測井；③具備較強(qiáng)的附著

能力，在施工過程中不會與載體脫附；④易于制作，成本較低，使用安全。目

前生產(chǎn)中經(jīng)常使用的同位素為e/n、“'1、"°Ag、⑶Ba和31n等，其特性參見下表

21

4。

表4常用放射性同位素的特性

化合物半衰期y射線能量，

同位素載體

名稱dMeV

65骨質(zhì)活性炭或化學(xué)微球

ZnZnCl22451.1155

0.4468?

"°AgAgN0260骨質(zhì)活性炭或化學(xué)微球

30.8847

Nai0.0802?骨質(zhì)活性炭或化學(xué)微球

131j8.05

KI0.63697水，氣，苯、汽油等有機(jī)溶劑

0.124-

,3,BaBa(NO,)211.6骨質(zhì)活性炭或化學(xué)微球

0.4963

InCh0.0690.392鹽酸，骨質(zhì)活性炭或化學(xué)微球

對于放射性同位素固相載體的選擇，不僅要求固相載體有較強(qiáng)的吸附性，

攜帶放射性離子的效率高，而且要求顆粒直徑大于地層孔隙直徑,懸浮性能好。

生產(chǎn)中常選用粒徑大于50um的骨質(zhì)活性炭或化學(xué)微球膠粒作固相載體，吸附放

射性同位素后，與水配制成活化懸浮液，注入井中前后分別測量伽馬計(jì)數(shù)率曲

線，二者對比便可指示各層的相對吸水量。目前，測量配注剖面多用⑶Ba微球

和井下釋放技術(shù)，并要求對微球的粒徑、密度、比強(qiáng)度進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制。

放射性示蹤測井時(shí)需要合理配制同位素的濃度，以保證地層中的活化物質(zhì)

放射性強(qiáng)度超過地層自然放射性強(qiáng)度的2-4倍。根據(jù)實(shí)驗(yàn)資料，載體法測量時(shí)，

在In?體積水中，—般需要使用0.8?2.5mCi的“Zn,2.0?7.5mCi的⑶I。放射性

同位素一般是以5-100mCi的標(biāo)準(zhǔn)份運(yùn)往工作地點(diǎn)的，使用前還應(yīng)稀釋為0.1?

OkmCi/cm、的安全濃度。因?yàn)榉派湫酝凰氐膹?qiáng)度按其半衰期不斷衰減，使

用時(shí)需按下式計(jì)算：

0.693

I=I?e~'(12)

式中，乙、/分別為放射性同位素出廠和使用時(shí)的強(qiáng)度；況放射性同位素的半

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衰期；t為放射性同位素從出廠到使用的時(shí)間。我國油田與中國原子能研究院協(xié)

作研制的錫鋼同位素發(fā)生器，使用稀鹽酸淋濾后即可獲取放射性洗脫溶液，放

射性核素'""In在洗脫液中以InCh的形式存在，其半衰期僅99.8min,便于儲運(yùn)和

井場使用，不會對井下或地面環(huán)境造成污染。

放射性示蹤測井不僅可以測量配注井和裸眼井的注水剖面,還可探測套管

外的流體流動，測量診斷完井問題和評價(jià)地層處理效果。

2.1.3.2套管配注剖面測井

放射性示蹤法測量分層配注井的吸水剖面時(shí)，在正常注水條件下，將活性

懸浮液注入井中。在向地層中擠懸浮液時(shí)，水和固相載體分離，水進(jìn)入地層，

活化載體濾積在地層表面，形成一活化層。在合理選用放射性同位素和載體，

并正確施工的條件下，地層的吸水量與活化載體的累積量成正比。施工前，用

伽馬探測儀下井，先測一條自然伽馬曲線/,；注入活化懸浮液后，再測一條示

蹤伽馬曲線/如

理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)均表明，當(dāng)套管內(nèi)徑不變時(shí)，分層吸水量大致與地層中點(diǎn)

的伽馬射線強(qiáng)度Jr成正比：

Qi=BJrjaiHj(13)

式中，Q,、匕分別為第￡個(gè)地層的吸水量和吸水厚度；風(fēng)為厚度校正系數(shù)，

當(dāng)層厚大于L5米時(shí)，a近似為1；B是與套管內(nèi)徑等有關(guān)的常數(shù)。相對吸水量

的計(jì)算公式為

Pi=Q-=凡.X100%=2x100%(14)

?？偣ぴ篐,S

式中，5,是吸水層i的(J,2-41)異常面積增量。

由于放射性測井受時(shí)間常數(shù)的影響，若W過大，則解釋時(shí)應(yīng)對測井

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曲線的深度和幅度進(jìn)行校正。另外,自然電位喝水創(chuàng)面

注入活化懸浮液后會對套管造成放

射性污染使Jr2基線抬高，在用Jr2和

J“做疊合圖時(shí)，應(yīng)根據(jù)污染情況適

當(dāng)校正。每層兩條曲線的異常面積增

量，可用求積儀確定。圖18為一實(shí)例,

相對吸水量用式（14）計(jì)算得到。

圖18載體法測吸水剖面圖

放射性示蹤測井的優(yōu)點(diǎn)是施放示蹤劑比較簡單，能夠連續(xù)測量。但在多層

合注時(shí)，如果層間滲透性差異較大難以選擇適合于各層條件的固相載體，再之

所受影響因素較多，因而影響到應(yīng)用精度，特別是井下管柱和偏心配水器、封

隔器等的沾污影響很大。據(jù)大港油田等單位的統(tǒng)計(jì)，約90%的測量井內(nèi)都存在不

同程度的放射性同位素沾污現(xiàn)象，其中16%的井內(nèi)有嚴(yán)重沾污，所測曲線不能用

于計(jì)算吸水剖面，這時(shí)活化載體的累積量不再與地層吸水量成簡單正比關(guān)系。

放射性示蹤測井沾污的機(jī)理，是由于活性懸浮液隨注入水運(yùn)移過程中，接

觸到油管和套管的壁面、接箍以及偏心配水器、封隔器而可能被吸附，沾附量

的多少與接觸部位的粗糙程度和清潔程度有關(guān)；另外還與井下工具在含有離子

的水中所形成的偶電層有關(guān)，負(fù)電極會吸引帶正電荷的放射性微粒。為了控制

放射性沾污影響，應(yīng)該洗井后再測吸水剖面。另外，還可以選擇使用防污劑和

清洗劑，研制具有強(qiáng)活力作用的鐵131微球等來消除沾污。對于放射性示蹤測井

曲線，可以按不同的沾污類型確定校正系數(shù)，然后再計(jì)算各層相對吸水量。

2.1.3.3裸眼注水剖面測井

測量裸眼完井的注水剖面時(shí)（如碳酸鹽巖剖面），沒有標(biāo)稱井徑值可用，精

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確測量井徑值也有困難。此時(shí)，可將油管下到裸眼井段底部，通過油管和油-

套環(huán)空同時(shí)注水?？刂谱⑺偭坎蛔?，依次調(diào)整油管與環(huán)空的相對流量，并在

兩者之一中加入少量放射性示蹤劑，用自然伽馬儀測量不同比例下兩種水的接

觸面。由油管正注的水是從井底向上逐漸進(jìn)入地層的，接觸面以下地層的吸水

量對應(yīng)于正注的水量。

同理，接觸面以上地層

的吸水量對應(yīng)于由油-

套環(huán)空反注的水量。該

方法常稱作“未知井徑

法”，通過監(jiān)測接觸面

的變化，可以繪出圖19

所示的吸水剖面，了解

裸眼井段吸水變化情圖19井徑變化的放射性示蹤測量

況。

很明顯，未知井徑法要求地面有特殊的閥門與計(jì)量儀表，能準(zhǔn)確控制油管

和油-套環(huán)空的每一種流量比例。其次，每次流量比例改變，必須待注入恢復(fù)穩(wěn)

定后再進(jìn)行測量。再之，放射性示蹤劑應(yīng)該加入流量遞增的那種水中，以避免

前一次作業(yè)對后一次測量造成影響。

2.1.4氧活化水流測井

井內(nèi)流動的流體中，只有水含氧元素。氧活化水流測井采用脈沖活化技術(shù)，

首先用很短的活化時(shí)間使井內(nèi)流體中的氧元素活化，然后用較長的采集時(shí)間探

測流動的活化水，根據(jù)源到探測器的間距和活化水通過探測器所用時(shí)間計(jì)算出

水的流速。由于氧原子核活化后放射出的伽馬射線能量較高，能夠穿透井內(nèi)流

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體、油管、套管和水泥，氧活化水流測井可以探測井筒內(nèi)或套管外水的流動。

氧活化水流測井的物理基礎(chǔ)是脈沖中子與氧元素的相互作用。氧的存在是

根據(jù)檢測氧原子的快中子活化后放射出的伽馬射線來確定的：

/7-16

16。(〃，p)i$N上一O+ys(15)

7.135

能量超過lOMeV的快中子用于活化氧的原子核以產(chǎn)生氧的放射性同位素，I6N

通過月「射線而衰減，其半衰期為7.13s。衰減過程中放出高能Y射線，最主要

的是半衰期間放射的6.13MeV伽馬射線。由于氧(n,p)反應(yīng)的臨界中子能量為

IO.2MeV,所以產(chǎn)生14MeV的井筒中子發(fā)生器非常適合于氧活化。氧活化產(chǎn)生

的,6N衰變后，放射出6.13MeV的丫射線，能穿透幾英寸厚的典型井筒材料,

如井內(nèi)流體、油管、套管和水泥等。

氧活化水流測量儀器包括一個(gè)脈沖中子發(fā)生器和三個(gè)伽馬探測器，即近、

遠(yuǎn)兩個(gè)伽馬探測器和安裝在遙測電子線路上短節(jié)上的自然伽馬探測器(圖20),

源距分別約2.54cm、5.08cm和38.1cm。由于水流測井是單探測器測量，可以

得到三個(gè)獨(dú)立的測量結(jié)果。如圖20所示那樣，在測量向下水流時(shí)，探測器置于

源的下方；而測量向上水流時(shí)，探測器則置于源的上方。

氧活化測量水流是一種動態(tài)方法，基于一個(gè)非常短的活化期(2s或10s)和隨

后較長的數(shù)據(jù)采集期(典型為60s)。在短活化期，當(dāng)活化水經(jīng)過檢測器時(shí)可測量

到它的特征波。水流速度v是根據(jù)探測器到中子源的距離L和活化水經(jīng)過探測

器的時(shí)間△/確定的。采用蒙特卡羅模型描述氧(n,p)反應(yīng)的速度分布，可以模擬

計(jì)算探測器的計(jì)數(shù)率G/")：

x

C3f(t)=匕dzj廣diAAe(t-1')S(t')R(z)D(z+L+vt'-ut)

9o+f"(16)

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式中，4-I6N的衰減常數(shù)；S⑺一,時(shí)間的中子源強(qiáng)度；f。一活化開始時(shí)間，持

續(xù)到G4一水流橫截面積：。⑵一測量的相對于中子源位置的氧活化分布；R（z）

一測量的相對于檢測器平面的響應(yīng)作用。

注水井中的向上潑動，生產(chǎn)井中的向下流動

圖20氧活化水流測量示意圖

圖21上部是在穩(wěn)定流動條件下，當(dāng)套管外水流速度為7m/min時(shí)，遠(yuǎn)探測

器計(jì)數(shù)率的模擬結(jié)果。中子源打開2s,然后關(guān)閉18s。總信號包括三個(gè)組成部

分（右上圖）：由天然背景得到的常規(guī)背景組分、儀器的活化（即由固定活化氧得

到的呈指數(shù)規(guī)律衰減的組分）和流動活化氧組分。如果水流速度為零，則測量的

總計(jì)數(shù)率只有前兩種組分，總測量計(jì)數(shù)率就會呈指數(shù)規(guī)律衰減（左上圖），其半

衰期為7.13s。圖的下部示出距環(huán)空中27.45m/min的水流，源距為4.58m的GR

探測器的期望計(jì)數(shù)率響應(yīng)。在如此大源距下，固定氧組分可忽略不計(jì)。

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圖21遠(yuǎn)探測器和GR探測器上的模擬信號

通過測量氧活化水經(jīng)過探測器的平均時(shí)間△已知探測器到中子源的距離

L,便可以求出水流的速度

v=L/M(17)

為此，必須首先確定背景組分和固定氧活化組分并從總計(jì)數(shù)率中扣除，然后由

剩余信號中確定△%

氧活化水流測井不僅可以同時(shí)測量套管內(nèi)、外水的流量，并且不象渦輪流

量計(jì)那樣，要求井內(nèi)必須有可供測量和刻度的零流量層。它可以用于測量注水

和注聚合物流動剖面，可以檢查井下機(jī)械完整性和識別管外水流，還可以用于

識別水平井中的張開裂縫。但是，氧活化水流測井?dāng)?shù)據(jù)采集和資料應(yīng)用有比較

嚴(yán)格的要求。

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氧活化水流測井處理軟件提供計(jì)數(shù)率曲線和測量數(shù)據(jù)綜合資料。測井曲線

是檢測流量的目測指示，打印數(shù)據(jù)則給出估算的水流速度和體積流量。流量是

根據(jù)總流動信號、流速、套管尺寸、活化期和中子輸出數(shù)據(jù)確定的。如果數(shù)據(jù)

在數(shù)據(jù)庫范圍之外，軟件就不能輸出速度和流量資料。流量估算并不必要流動

截面積，但需要知道距水流的距離，對于套管外流量，這一距離的隱含值是距

套管外徑2.54cm。另外，由于流量估算是假定儀器居中測量，如果儀器未能居

中，估算的流量無效。

2.2溫度測井

溫度是一個(gè)很重要的物理參數(shù)，自然界中任何物理、化學(xué)過程都緊密地與

溫度相聯(lián)系。對于人們的直觀感覺，溫度是表征物體冷熱程度的參數(shù)；而對于

熱力學(xué)過程，溫度則是反映系統(tǒng)熱平衡的一個(gè)狀態(tài)參數(shù)。從微觀上看，溫度是

物體內(nèi)部分子無規(guī)則運(yùn)動劇烈程度的標(biāo)志，溫度愈高，則平均分子熱運(yùn)動愈劇

烈，亦即溫度與分子熱運(yùn)動的內(nèi)能緊密地聯(lián)系著。

油田勘探開發(fā)過程中，油層溫度和井內(nèi)流體溫度的變化是非常重要的參數(shù)

和信息。溫度測井是用電纜將溫度儀下入井內(nèi)，測量記錄某一深度的井溫或沿

井剖面的溫度變化。溫度測井資料可用于確定油層溫度，了解井內(nèi)流體流動狀

態(tài)，劃分注入剖面，確定產(chǎn)氣、產(chǎn)液口位置，檢查管柱泄漏、串槽，評價(jià)酸化、

壓裂效果等多個(gè)方面。

2.2.1巖石和流體的熱學(xué)性質(zhì)

溫度測井基于井眼周圍地層是一個(gè)熱穩(wěn)定體的假定，自然溫度梯度是由地

球熱擴(kuò)散造成的。當(dāng)熱平衡的正常條件被改變時(shí)，井內(nèi)的溫