放射性测井技术在油田勘探中的应用研究

李锋

[摘要]本文分析了放射性测井的应用范围，对示踪法用于吸水剖面测试问题进行分析，探讨其形成的原因以便提升技术质量。

[关键词]放射性 测井 注水

[中图分类号] TE34 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-3-118-1

石油工程是我国最为重视的能源工程，由于其埋藏于地质内部，不论在资源结构方面，还是在环境勘测方面，都具备一定的复杂性，我国为保障石油工程的有效价值，逐渐在开采的过程中形成全面的测井技术，满足石油工程的开采需要，通过测井技术，既可以保持石油工程勘测的稳定性，又可以提高石油工程的经济效益。随放射性测井技术的不断成熟和推广应用， 其已经成为我国水驱油田注水剖面测井的主要监测手段。除了在油藏动态检测中广泛应用外， 其还向油田后期开发、剩余油研究、油藏数值模拟等研究方向发展。

1 放射性射线及放射性测井

利用人工放射性中的γ射线所进行的测井，即称为放射性测井。放射性元素发生核反应时所产生的辐射主要有3种即α射线、β射线和γ射线。

（1）α射线是带正电的氦粒子流，它具有的能量为4-10MeV（百万电子伏特）。α射线的电离能力很强，但穿透能力很差。因此α射线不能用于测井。

（2）β射线是从原子核中放射出来的高速电子流，它具有的能量约为1MeV。β射线的电离能力不如α射线，但其穿透能力比α射线强，因不能穿透测井仪器外壳，因此一般放射性测井不考虑β射线。

（3）γ射线是从原子核中发射出来的波长非常短的以光速传播的电磁波。能量较高，但它的电离能力很弱，在射线与物质作用时所产生的二次电子往往具有较高的能量会使周围介质的原子发生电离，放射性测井中研究的就是γ射线。

（4）γ射线与物质的相互作用有三种重要的形式，即光电效应、康普顿效应和形成电子对。当量子的能量在0.5MeV到1.02MeV之间时，主要发生康普顿效应。在伽玛-伽玛测井中使用的γ源，所发射的γ量子的能量为0.5-2MeV左右，而一般岩石又主要由原子序数小于30的轻元素组成，故伽玛-伽玛测井所记录的结果，主要由康普顿效应来决定。

2放射性测井常用单位及相互换算关系

（1）放射性强度单位。放射性强度又称放射性活度，即通常使用的放射源的强度。放射性强度的国际单位制（SI）是用贝柯勒尔（becquerel）表示，简称贝可，是指1秒钟内发生一次核衰变。符号为Bq。常用单位是居里（Ci）。指在1秒钟内发生3.7×1010次核衰变，为一居里（curie），符号为Ci。即： 1Ci=1000mCi=1000000μCi=3.7×1010dps。居里（curie）与贝可（becquerel）的换算关系：1Ci=3.7×1010Bq（贝可）。我国于1986年正式执行国际单位制（SI）。

（2）放射性浓度单位。表示的是单位质量或单位体积的物质的放射性强度。最常用的单位是：克镭当量/克：即在一克岩石中含有相当于一克镭的放射性物质则定义为一克镭当量/克（1molRa/g）。所以“克镭当量/克”单位就等于每克物质的放射性强度为一居里。浓度单位也可用百分数（%）来表示。

（3）放射性剂量是指单位质量的被照射物质中所吸收的能量。放射线能使物质的中性原子或分子形成正负离子，即所说的电离，这种能够直接或间接地诱生离子的粒子的辐射，称作电离辐射。直接电离辐射通常是α射线和β射线，间接电离辐射是γ射线，还伴随其他射线。电离辐射传递给被照射物质的平均能量，称为吸收剂量。其国际单位是戈瑞（Gy），一戈端表示一千克物质吸收一焦耳的辐射能量时的吸收剂量。1戈端（Gy） = 1焦耳（J）/千克（ kg），专用单位是拉德（rad），两者的换算关系是：1戈瑞=1焦耳/千克=100拉德=1希沃特（希佛）。

（4）照射剂量是描述X射线或γ射线使空气产生电离能力的物理量。是指单位质量的物体，在X射线或γ 射线辐射后产生电离的电量。照射量的国际单位是库仑/千克（C/Kg） ，专用单位是伦琴（R），即在温度0℃，压力760mmHg的1cm3空气中，生成正负电荷各一个静电单位的离子的伽玛射线的剂量为一伦琴（1R）。两者的换算关系是：1库仑/千克≈3.877x103伦琴。1伦琴=2.58x10-4库仑/千克。1微伦琴=0.258×10-9库仑（C）/千克（Kg）。

（5）剂量。单位时间内受到的剂量便是剂量率。剂量率的单位为伦琴/小时（R/h）。吸收剂量率： 单位时间内的吸收剂量就称为吸收剂量率，单位是戈瑞/小时（Gy/h）。照射量率：单位时间内的照射量就称为照射量率，其国际单位是库仑/千克？秒，专用单位是伦琴/小时或微伦琴/小时。1伦琴/小时=106微伦琴/小时。1微伦琴/小时=7.17×10-14库仑/千克？秒。放射性测井中所用的单位为照射率，其单位要小很多，水文测井使用的单位是纳库（n？c）/kg？小时，而煤田测井使用的单位是皮安培（PA）/kg。

3影响放射性测井质量的因素

3.1沾污

由于同位素示踪剂是随水推进到吸水层段的， 在示踪剂悬浮液的整个移动过程中， 自然会与各类工具或管壁接触而产生各种类型的沾污， 部分吸水层段的同位素异常幅度基本上淹没在了同位素污染的响应之中。处理分析不当会使解释结果受到相当的影响， 甚至造成错误。

3.2强度

由于示踪剂在井口释放，同位素悬浮液经过长距离的运移， 井筒中不可避免的沾污， 大大消耗了同位素的用量， 使同位素到达吸水层位时强度不够或甚至部分层段同位素未到达， 造成同位素曲线异常不能反映剖面整体吸水情况。

3.3粒径

同位素粒径选择不当，如果吸水层段存在大孔道， 同位素粒径较小，则随注入水进入到地层深部而未滤积在地层表面上，致使同位素幅度异常、同位素滤积量与注入量不成关系， 甚至某些层段虽然吸水但无法测到同位素。

3.4耐压

同位素示踪剂有其微球颗粒密度和耐压范围，一定时间后会自行溶解。如果注入水流速太低，则很难形成均匀的悬浮液或某些层段同位素在进入吸水层之前就已沉淀；如果部分井井下压力太高，超出了同位素耐压范围，致使颗粒提前溶解， 并随水进入地层而不能滤积地层表面等，也导致同位素资料分析产生错误结论。

3.5温度场

由于油田长时间注水开发， 井下的温度场已由原来的原始状态变得十分复杂。如果温度场的热能交换补偿不了这几方面的热量损失， 就必然导致低温层或低温层段的出现。

4放射性测井应用中需要注意的问题及事项

（1）检查漏失、串槽井段。由于固井质量差或者固井后由于射孔及其他施工使得水泥环破坏，则可造成层间串通形成串槽， 进而对采油或注水造成严重影响。为了封堵管外的串槽和漏失点，应该先找到串槽井段，而放射性测井可以很好的提供这些信息。对于油层找串通常注入活化油，对于水层找串则相应注入活化水。通过测量注入前后伽马曲线并进行对比，若发生串槽，则除了注入层外，在曲线上必会有其它层段伽马曲线值相对于基线值显著增加，从而可以确定串槽井段， 进而为封堵提供支持。

（2）检查封堵情况。串槽、油井中部分层段出水、误射孔等井段需要二次注水泥封堵，封堵效果可以用放射性同位素测井检查。先测一条伽马曲线作为基线参考，然后向封堵井段挤入加入放射性同位素的水泥，再次测量伽马曲线，通过比较两次测得的伽马曲线即可判断出封堵效果：若封堵层段因挤入活化水泥后曲线幅度明显变大则表明封堵良好，反之则说明封堵效果差。

（3）检查酸化压裂效果。低孔低渗储层中，常需要采用一定的措施才能提高油田的采收率和产能，现今压裂酸化就是最常用的方法。将放射性同位素加入压裂液中，将压裂液压入目的地层， 测量压裂前后的两条伽马射线曲线，通过对比即可判断出压裂效果：若在压裂层段两条曲线具有明显的幅度差，则说明压裂效果明显，反之则说明压裂效果差，压裂液未被压进地层。

（4）判断固井质量。在固井水泥中添加进带放射性的同位素， 测量注入前后的伽马放射性曲线，对比两次测得的伽马曲线， 找出曲线在深度上幅值明显增加的位置点从而可得出水泥面的返回高度。

（5）注入剖面。当前我国各油田主要使用放射性同位素示踪注入剖面测井法获取注入剖面测井资料，年测井作业量超过1 万井次， 通过注入剖面资料解释识别地层的吸水情况及配注效果， 为油田的再开发提供依据。在注入载体液前后各测一条伽马曲线，两曲线对比，出现明显增值处均为吸水层， 根据两条曲线包围的放射性强度异常面积的大小来计算各小层的相对吸水量以表示各小层的吸水能力。

5结束语

测井技术在油气开发中的高效，对于油气藏的勘探起到了重要的推动作用。放射性测井经历了几十年的发展， 不管是在裸眼井测井还是生产测井中， 其仍然发挥着重要的作用。结合油气田开发生产需要， 有针对性地获取放射性示踪测井资料，可提高动态监测和油井增油效果，提高油田开发水平。

参考文献

[1]王磊 提高吸水剖面测井一次成功率的方法研究[J] 科技致富向导 2013.36.

[2]李保霖；基于测井数据的岩性识别方法研究[D]；西安科技大学；2012年.