基于模拟井实验的氧活化测井解释校正

王 丹

(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)

0 引 言

脉冲中子氧活化测井(简称氧活化测井)是一种水流速度测井技术[1]，被广泛用于笼统与分层段注水井、注聚合物井的注入剖面测量[2]，能反映各层吸入情况、查找管柱漏失点、验证封隔器是否密封，影响因素少，受井内流体性质与管柱结构影响小[3-5]；为油田提供了大量监测资料，在指导注水方案调整、评价注聚效果和调剖效果等方面应用效果很好。

在垂直模拟井上标定氧活化测井仪的实验数据显示，该技术测量清水水流速度的范围较宽、相对误差较小[6-8]。未见以聚合物为流动介质标定氧活化测井仪的文献。为了提高氧活化测井资料解释精度，本研究在垂直套管、油套环空、油管模拟井上，用0～2 500 ppm浓度聚合物来标定氧活化测井仪，获得流量解释图版，提出解释校正方法[9]。

1 测井原理与传统解释方法

用测井仪中的中子发生器发射短时14 MeV中子脉冲(1 s～15 s)，活化周围氧原子核，来产生氮同位素。放射性氮同位素按半衰期7.13 s发生衰变，并发射高能伽马射线。在活化水流流向测井仪中伽马探测器组的过程中，记录探测器计数随时间变化，称为时间谱。当水流流过探测器时，在时间谱上会出现水流峰。为了降低统计涨落对定时的影响，根据放射性计数统计分布规律，常用下式计算水流从中子发生器流到探测器的时间，即渡越时间：

(1)

式中，tm是渡越时间，yi是ti时刻计数，ti是时间道址，中子爆发起始时刻对应t0=0，t1和t2是人为设定的计算峰位的起始与终止时间，分别位于峰的左右两边，tb是中子脉冲的时间宽度。由于中子发生器与伽马探测器间的距离(源距)固定，根据渡越时间可求出水流速度，再根据水流处的横截面积求出流量，由射孔层位上下两个测点的流量差得到储层的注入量[6]。

2 多井况多介质的实验

2.1 实验装置与方法

用奥华电子SWFL-C中子氧活化水流测井仪[10]在大庆油田测试分公司的油-气-水-三元复合液模拟井上进行了实验。

实验用的垂直模拟井筒高13 m，套管内径128 mm，提供垂直向上的套管流实验条件。实验介质为清水和500 ppm、1 000 ppm、1 500 ppm、2 000 ppm、2 500 ppm浓度的聚合物。模拟井清水流量计量范围及误差为0.2～800 m3/d0.5%，聚合物流量计量范围及误差为3～400 m3/d2%。模拟其它井况时，从模拟井口下入一套多井况组合远程控制模拟井实验装置[11]。该装置主要由油管搭接架、油管、油管堵头和环空封堵器构成：油管搭接架起到对油管的承重悬吊作用；油管被居中放置在套管内，油管长6 m，外径74.5 mm，内径62 mm；用油管堵头封堵油管下端，能提供油套环空水流的实验条件；拆下油管堵头，用封堵器封堵油套环空，能提供油管内水流实验条件。用上述方法实现了对套管流、油套环空流和油管流的模拟。

WFL-C中子氧活化水流测井仪外径41 mm，在实验中，水流方向上的4个伽马探测器的源距分别为354 mm、613 mm、1 453 mm和2 252 mm。

2.2 实验数据的重复性

对相同井况、流动介质和流量条件，用测井仪以相同的中子爆发时间与记录时间测量两次，时间谱的重复性很好。图1显示了对油套环空150 m3/d清水流的条件、在油管中用测井仪3号探测器两次记录的时间谱，横坐标表示时间，纵坐标表示计数，中子爆发时间为2 s，记录时间为40 s。两次测量时间谱重合度较高，水流峰的形态相似、求取出的渡越时间相同。

图1 时间谱的重复性：油套环空流，150 m3/d，清水

2.3 时间谱受聚合物浓度的影响

通过对比相同井况、相同流量、不同浓度聚合物与清水时间谱的差异，考察了聚合物对时间谱的影响。图2和图3是100 m3/d流量时的时间谱，分套管流和油套环空流两种井况，图中横坐标代表时间，纵坐标代表计数，不同颜色曲线代表不同浓度聚合物下仪器响应，均由3号探测器记录，中子爆发时间为2 s，测量时间为20 s，为方便对比，对时间谱曲线做了计数调整和光滑滤波。图2反映出，较高浓度聚合物的时间谱与清水的明显不同，流量相同时，高浓度聚合物时间谱曲线水流峰峰顶出现时间明显提前，且峰的后沿持续时间较长。图2和图3还反映出，当聚合物浓度大于1 000 ppm时，时间谱曲线的形态趋于一致，当小于等于1 000 ppm时，时间谱曲线的形态差异较大。

图2 时间谱：套管流，100 m3/d，不同介质

图3 时间谱：油套环空流，100 m3/d，不同介质

时间谱是氧活化测井资料解释流量的依据，由于在井况和流量相同的条件下时间谱曲线受聚合物浓度影响，就需要进一步研究特定井况、特定聚合物浓度条件下氧活化测井测量流量与真实流量之间的关系，提出流量校正方法。

3 测量流量的校正

3.1 校正方法

按照井况和聚合物浓度不变的条件，考察了测井仪对流量的响应。图4是套管流井况下测井仪测量流量与标准流量之间的关系，横坐标为标准流量，纵坐标为测量流量，不同颜色的点代表清水或不同浓度的聚合物。

图4 测量流量与标准流量关系：套管流，不同介质

图4反映出，针对特定介质，测量流量都随着标准流量增大而增大，且大致呈线性关系。对清水而言，当标准流量<200 m3/d时测量流量偏大，当标准流量>250 m3/d时测量流量偏小；对浓度大于1 500 ppm的聚合物而言，当标准流量>200 m3/d时测量流量偏大。

为了校正测量流量，减小测量误差，定义k为校正系数

(2)

式中，Q标准和Q测量分别是标准流量和测量流量，S是流动截面系数，L是源距，tm是渡越时间。

建立校正系数k与渡越时间tm的对应关系。在流量<200m3/d的区间，渡越时间tm越大，k值越小，通过非线性回归可得到校正系数k随渡越时间tm变化的关系式。在套管内清水流条件下，

(3)

式中，tm单位s，k无量纲。将刻度后得到的校正系数k放到氧活化测井解释软件中，由表1可知校正后的测量流量与标准流量更接近，说明该方法可行。

采用上述校正方法，编制了多井况多介质氧活化测井资料解释软件模块，涵盖了油管流、套管流和环套空间流三种井况，聚合物浓度覆盖生产使用的全范围，即0 ppm、500 ppm、1 000 ppm、1 500 ppm、2 000 ppm和2 500 ppm。解释测井资料时，需要预知注入井的聚合物浓度并假设聚合物浓度在注入管柱各处基本一致。

表1 氧活化测井计算数据表

3.2 解释误差对比

选取不同井况、不同聚合浓度的时间谱，用传统方法解释测量流量，计算出满量程误差，见图5。图中横坐标表示标准流量，纵坐标表示满量程误差，测量套管流、油套环空流、油管流的满量程分别按400 m3/d、300 m3/d、100 m3/d计。图中散点趋势反映出，当流量较低时(<20 m3/d)，满量程误差随着流量减小而增大，较高流量时(>100 m3/d)满量程误差也较大，2 500 ppm聚合物在油管中流量为40 m3/d时，满量程误差达到5.7%。

把相应的时间谱用校正方法解释，并算出满量程误差，如图6所示。最大满量程误差减小为2.3%，说明提出的校正方法可以有效提高解释精度。

图5 传统方法解释流量的满量程误差

图6 校正方法解释流量的满量程误差

3.3 测井流量解释对比

在现场试验中，还进行了校正后解释方法与传统解释方法的对比分析。表2选取一口大庆油田聚合物驱注入井对比：在2 028 m对比井口流量与首测点流量，井口计量25.0 m3/d，传统方法解释测井流量32.7 m3/d，明显高于井口流量，而校正后解释24.3 m3/d，相对误差由原来30%减小到2.8%；把最后一个水嘴之上2 160 m油管下水流的测量流量与出水嘴2 170 m环套空间下水流(无上水流)的测量流量进行对比，传统方法解释13.8 m3/d和12. m3/d，说明对油管内外解释流量不相符，而校正后解释9.5 m3/d和9.8 m3/d，相对误差由原来8.0%减少到3.2%。

表2 校正解释方法与传统解释方法对比

4 结 论

1)开展了多井况多介质条件下氧活化测井室内实验，测得时间谱具有良好的重复性。在各种井况下，标准流量一定时，传统方法解释流量随聚合物浓度增大而增大，当聚合物浓度大于1 000 ppm时，解释流量基本保持不变。

2)利用实验数据回归出各种井况和介质的解释校正公式，建立了多井况多介质氧活化测井校正解释模块，并应用于现场解释，有效地解决了注水井高流量解释偏低、低流量解释偏高、注聚合物井解释误差大、油管内外解释不相符等问题。