脉冲氧活化测井水流速度计算方法研究

记录到的计数率增大。通过多次重复爆发中子和记录 伽马射线， 降低伽马计数统计涨落， 在计数对时间的分
布谱上， 就能确定出活化水流的到达时间。用此时间除 以已知的中子发生器到探测器之间的距离， 就能计算出 水流速度。由于利用了高能中子和高能伽马射线， 这种 方法可以测量油管内、 油管外甚至套管外水流的速度， 适用于在笼统注人井和分层注人井中测量注人剖面。 该方法还可用于检测封隔器漏失和套管外水泥环中的
Ａ ｓ ａｔ Ｔ ｅ ｏ ｉ ｐｒ ｎ ｓ ｐ ｃｎｅｎ ｇ ａ ｃｓ ｏ ｉ ｐ ｌ ｏｙｅ ａｔ ａｉ ｗ ｔ ｆ ｗ ｂｔ ｃ： ｏｅ ｍ ｏｔ ｔ ｓ ｃｒｉ ｄｔ ｐｏｅｓ ｍ ｕ ｅ ｇｎ ｉ ｔ ｎ ｅ ｌ ｒ ｈ ｎ ｆ ａ ｔ ｏ ｅ ｎ ａ ｒ ｆ ｓ ｘ ｃｖ ｏ ａ ｒ ｏ ｌ ｉｔ ａｃｒ ｅ ｌ ａ ｔｅ ｋ ｉｏ ｉｔｅ ｅ ｃ ｕ ａｄ ｃｒ ｎ ａ ｏｉ ｍ ａ ｉ － ｏ ｓ ｃ ａ ｌ ｏ ｔ ｈ ｐａ ｐｓｉ ｎ ｔ ｓｅｔ ｍ， ｉ ｕｒ ｔ ｒｈ ｉ ｗ ｇ ｇ ｏ ｕ ｔｙ ｅ ｅ ｏ ｔｎ ｈ ｉ ｐ ｒ ｃ ｍ ｎ ｔ ｓ ｅ ｌ ｔ ｓ ｅ ｈ ｇ ｔ ａｅ ｇ ｔ ｅ ｔｏ． ｗ ｃｏ ｆｔ ｇ ｔｏ ｉｕｅ ｂ ｔｉｐｐｒ ｉ ｗ ｉ ｔｅ ｅｔ ｅ ｅ ｖｒ ｅ ｍ ｈｄ Ｎ ａ ｕ ｔ ｎ ｉ ｍ ｈｄ ｓｄ ｈ ａｅ， ｈ ｈ ｏｊ ｉ ｄ ａ ｉ ｍ ｅ ｏ ｆｎ ｉ ｉ ｎ ｅ ｔ ｓ ｙ ｓ ｎ ｃ ｈ ｂ ｃｖ ｆ ｃｏ ｓｌ ｔ ｆ ｂｃｇｏｎ ｓｅ ｒｍ ａ ａ ｆｎｔ ｎ ｔａ ｆ ｓｍ ｅ ｉｌ ｃ ｕ ｓａｅ ｕ ｔ ｎ ｅ ｅ ｏ ａｋｒｕｄ ｃ ｕ ｉ ｌｅｒ ｃｏ ， ｔ ｙ ｍ ｔｃ ｓｅｔ ｍ ｐ ｉ ｎ ｉ ｅ ｃ ｄ ｒ ｐ ｔ ｓ ｎ ｕ ｉ ｈ ｏ ｉ ｒ ｒａ ｐ ｒ ｈ ｓ Ｇ ｕｓ ｎ ｔｂｔ ｎ ｓｙ ｃｏ ， ｆｒ ｙ ｍ ｔｃｌ ｃ ｕ ｓａｅ ａｓｉ ｄ ｔｂｔ ｎ ａｓ ａ ｄ ｒ ｕｉ ｄｎｉ ｆｎｔ ｎ ａｄ ｕ ｓｍ ｅ ｉ ｓｅｔ ｍ ｐ ｉＧ ｕｓ ｎ ｒ ｕｉ ｉ ｉｉ ｏ ｅ ｔ ｕ ｉ ｎ ｏ ｎ ｓ ｒ ａ ｐ ｒ ｈ ｓ ａ ｉ ｉ ｏ ｓ ｄｎｉ ｆｎｔ ｎ ｌ ａｉ ｍ ｃ ｅ ｓ Ｔ ｓ ｉ ｗ ｌｍ ｄｌ ｗ ｔａ ｔｅ ｉ ｔ ａｅ ｇ ｔ ｅ ｅｓｙ ｃｏ ｏ ｏ ｒｈ ｉ ｔ ａｉ ｅｔ ｅ ｏｅ ｓｏ ｓ ｔ ｗ ｇ ｅ ｖｒ ｅ ｔ ｕ ｉ ｎ ｔ ｇ ｉ ｘ ． ｎ ｌ ｍ ｈ ｈ ｈ ｅ ｈ ｄ ａ ｉ ｍ ｍ ｔｏ ｉｐｅ ｒ ｄ ｗ ｌｉ ｉ ｅ ｒ ａ ｏ ｆ ｉ ｂｔ ｒ ｉｅｃ ｉ ｔ ｅ ｗ ｉ ｆｎｔ ｎ ｔ ｇ ｅ ｄ ｒ ｅｒ ｉ ｅｓｅ ｒ ｅ ｔ ｎ ｔ ｅ ｅ ｅ ｃ ｎｙ ｉ ； ｌ ｕｃｏ ｆ ｉ ｈ ｓ ｆ ｅ ｎ ｌｔ ｎ ｐ ｔ ｉ ｏ ｓ ｔ ｆ ｉ ｔ ｒ ｆ ｎ ｍ ｈ ｅ ｉ ｉ ｎ ｔ ｍ ｔｏ ｉｐｅ ｒ ｄ ｓ ｔ ｎ ｒｃｓ ｉ ｅ ｒｔ ｉ ｆ ｉ ｂｔ ｒ ｕａｙ ｅ ｄ ｒ ｅ ｅ ｉ ｔ ｉ ｒｐｏｅｓ ｒ ｅ ｔ ｎ ｔ ｅ ｅ ａｃｒ ． ｈ ｓ ｆ ｒ ｎ ｏ ｅ ａ ｎ ｐ ａ ｏ ｏ ｓ ｔ ｃ ｃ ｔ ｒ Ｋ ｙ ｒｓ ｏｙｅ ａｔ ａ ｏ ｗ ｔ ｆ ｗ ｇｉ ； ｗ ｔ； ｉ ｅｐｅ ｔ ｎ ｐａ ｏ ｔ ｅ ｅ ｗ ｄ： ｇｎ ｉ ｔ ｎ ｅ ｌ ｌ ｇ ｇ ｆ ｒ ｅ ｌ ｎ ｒｒ ａ ｏ ； ｋ ｉ ｏ ｘ ｃｖ ｉ ａ ｒ ｏ ｏ ｎ ｌ ａ ｏ ｏ ｔ ｔｉ ｇ ｅ ｆ ｍ
２２ 传统的渡越时间求解方法 ． 被活化的水流流经仪器上伽马射线探测器时， 探测
ｙ） Ｙ－ｔＪ ５ （一 Ｏ ｏ ｔ ｅｎ） 一／／ ｔ２ Ｄ ｝ （ （ ）
式（） ４和式（） ｔ是峰位道址； 是峰高（ ５中， ｏ ｙ ｏ 本底之上的
计数） 。 ； 是峰宽参数。 待拟合的函数是本底函数与峰形函数的和， 对于对
刘国良，刘宪伟
〔 大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司， 黑龙江 大庆 １３１） ６４２ 摘要：脉冲氧活化水流速度测井解释的关键是准确求解时间谱上水流信号的峰位。由于时间谱计数存在放射性统计涨
落， 传统上采用统计方法求解峰位。针对对称谱形和非对称谱形峰形， 提出用函数拟合的方法求解峰位， 计算被活化水 流流经源距的时间。对称谱形用 Ｇ ｕｓ ｎ ａｓａ 分布密度函数， ｉ 非对称谱形用对数时间坐标上的 Ｇ ｕｓｎ ａｓａ 分布密度函数。模 ｉ 拟井实验数据检验表明， 峰形拟合的算法计算精度更高。统计算法具有时效高的优点， 适宜于现场快速直观解释； 函数 拟合法适用于对精度要求更高的室内回放解释。
关键词 ：氧活化测井； 测井解释 ； 流量； 时间谱峰 中图分类号 ：Ｐ ３． ６２７ 文献标识码 ：Ａ
Ｃａｃ ｌｔｏ ｌｕ ａ ｉｎ
ｏ Ｗａ ｒ ｗ ｌ ｉ ｉ Ｉ ｕ ｅ ｙｅ Ａ ｔ ａｉ Ｌ ｇ ｆ ｔ Ｆｏ Ｖ ｏ ｔ ｎ ｌ Ｏ ｇｎ ｉ ｔ ｎ ｅ ｌ ｅ ｃ ｙ ｍｐ ｓ ｘ ｃｖ ｏ ｏ
。 。 Ｌ
２３１ 峰形函数的选取 ．． ２３１１ 本底函数 ．．． 根据测得时间谱特征， 这里选线性本底函数
Ｌ ｔ ） ｂ ＋ｂｔ （， ＝ ｉ ｚ Ｂ （） ３
式中，表示时间； ｔ Ｂ代表本底直线的２ 个参数ｂ和ｂｏ ， ２ ２３１２ 峰形函数 ．．． 当流体流量在仪器测量范围内， 所测的时间谱通常
对于非对称型分布应采用泊松函数描述 ， 但泊松函
数有阶乘计算， 数学计算复杂， 因此这里采用另一非对
称函数描述
据｛ ｔ；－４回 Ｑ， ＞ １ 归出一个源距数值Ｌ这个数值被称 ； ， ｉ － ，
为等效源距。 在后续的测井中， 使用等效源距而不是丈 量源距求解流量。 无论刻度仪器还是测井， 从伽马计数时间谱上求准 渡越时间是准确计算水流量的关键。
流流经源距的时间。
１源子核， 射高能伽马 ６ （ 并发 射线， 要是６１ ＭＶ和 主 ．３ ｅ
７１ Ｍｅ ． Ｖ能量的伽马射线。 １
脉冲氧活化测井仪器中的中子发生器先发射 １ ￣
２ｓ ０ 的中子脉冲， 活化周围的水。在水的流动方向上有 多个伽马射线探测器。随着被活化水流的到达， 探测器
Ｔ ２
射 计 统 分 规几律，般 式（ 计 渡 间 性 数 计 布 一 用 （ 算 越时 闭 ２ ）
ｔｍ
－一
艺 ｉ＝Ｌ
， 一 － ｙｌ ‘２ 禽ｙ ｂ
， ＿ １ Ｉ ｘ Ｔ
（） ２
ＲＢ ＝艺。， （Ｂ ２ ｉ （ ｆ ， ］一ｍ （ ） ‘， ｉ） ｎ ８ ［一 ）
ＬＵ ｏｌｎ ， Ｕ ａ－ ｅ Ｉ Ｇ －ａｇ Ｌ Ｘ ｎ ｉ ｕ ｉ Ｉ ｉ ｗ （ｏｇ ｇ ｅ ｉ Ｓｒｃ Ｃｍ ａｙ ａｉ Ｏｌ ｌＣ． ． Ｄｑ ｇ Ｈ ｉｎ ｉ ｇ ４２ Ｃ ｉ ） Ｌｇｉ 邑Ｔｓｎ ｅ ｉｓ ｐｎ ｏＤｑ ｇ ｉ ｏ Ｌｄ， ａｎ， ｌ ｇａ １３１， ｎ ｎ ｔｇ ｖｅ ｏ ｆ ｎ ｉｅ ｆ ｄ ｔ ｉ ｅｏ ｉｎ ６ ｈａ
称型分布峰区和非对称型分布峰区的wk.baidu.com间谱， 拟合函数 分别为式（） ６和式（） ７
ｆ ， 一 １ ＋３（）ｂ ，２ （Ｂ ｂ ｂ ｂ－ ２ ｔ） ＋ ｅ ／ ２ ＂ ５ （ ｔ ６ ）
器接收到的伽马射线计数先是增大， 而后又减小， 在测 得的时间谱上形成一个峰。 要想求准渡越时间， 就要定 准这个峰在时间谱上的位置。由于实际测量中时间谱 上各道伽马射线计数存在统计涨落， 时间谱上计数最大 的位置不一定与被活化水流流经探测器中央的时刻严 格对应。为了减小计数统计涨落对定时的影响， 根据放
有２ 种分布形式， 一种是对称型， 另一种是非对称型。 对于对称型分布采用高斯函数描述， 即
ｅ ， ［ ｔ 一－ ｍ
（） １
ｙｔ＝ｙ－ ｔ／ （ ） ｏ ，ｚ ｅｔ＞｝ （ ｚ２ －
（） ４
通过刻度仪器发现， 若采用丈量出的源距计算水流 量， 往往引人较大误差。为了提高测量精度， 在已知有 效截面积 Ｓ 的情况下， ｅ 可以利用一组流量刻度实验数
式中，ｉ Ｗ 为第 ｉ 道址数据的权因子；‘ ｙ是第 ｉ （ 时 道址（ ｔ 、 刻） 的伽马计数；（ Ｂ 是式（） ｆｉ ） ， ６或式（） ７中的 ｆｔ ） （Ｂ函 ， 数。可采用高斯一 牛顿法解此非线性最小二乘问题。
项式分布中值的预期， 分子是对峰内各道时间与计数乘 积的求和， 即记录到伽马事件的概率与出现时间乘积的 求和， 分母是峰内总计数， 分子除以分母得到的是伽马 事件的最可能出现时间； ２ 第 项考虑了中子脉冲发射时 水在流动的影响， 中子从 ０ 时刻开始发射， ｔ时刻停 到 ｂ 止发射， 假设中子爆发期内中子流稳定， 则中子脉冲停
第３卷 第 ６ ０ 期 ２０ 年 １ 月 ０６ ２
文章编号 ：０４１３ （０ ６０－５８ ３ １０－３８２０ ）６０４－ ０
测 井 技 术
Ｗ ＥＬ Ｌ Ｌ ＯＧＧＩ ＮＧ ＣＨＮＯＬ ＴＥ ＯＧＹ
Ｖｏ． Ｎｏ ６ ｌ３ ０ ．
Ｄｅ ２ ０ ｃ ０ ６
脉冲氧活化测井水流速度计算方法研究
ｓ ｅ ｔｕ ｐ ｃｒ ｍ
０ 引
言
层中的物质可发生多种核反应。受到 １ ２ Ｖ以上 ０ Ｍ ． ｅ 能量中子辐射时， 水中的“ Ｏ原子核能被活化成放射
性１ ６ Ｎ原子核； 后者半衰期为 ７１ ｓ ．３ ， 通过衰变再变回到
脉冲氧活化测井能直观地测量水流方向与速度， 已
经在油田 动态监测中规模应用〔３ 该方法可测量油 １］ ＾。 －
管内、 油管外甚至套管外水流的速度， 适用于在笼统注 人井和分层注人井中 测量注人剖面， 适应的介质包括清 水、 聚合物、 弱凝胶等含氧原子的流体， 具有不受射孔孔 道大小、 注人流体粘度、 地层岩性和孔渗参数限制的优 点， 流量测量范围较宽。 脉冲氧活化测井中， 解释水流速度的关键是求准源 距和水流流经源距的时间。本文主要讨论如何确定水
１ 测井原理简介
由中子发生器发射的高能中子辐照井眼周围和地
第３卷 第６ ０ 期
刘国良， 脉冲氧活化测井水流速度计算方法研究 等：
５９ ・ ４
窜流。
２ 水流速度计算方法
２１ 流最计算公式 ．
若流体流经的有效截面积为 Ｓ， ｅ 从中子源到探测
器中央之间的距离（ 下称源距） Ｌ 测量到的被活化的 为 ， 水流从中子源位置流到探测器位置的时间（ 下称渡越时 间） ４， 为 ｍ则水流量 Ｑ可求得
ｆ， 一 １ ＋ ｅ ，２ （ ３ ｂ／ （ ） ｂ ｂ ｂ ［ｔ］， ７ ｔ Ｂ ＋２ ＿（）ｂ ｔ Ｉ ｎ Ｚ ２ ／ ）
式中， ． ． ． ． 是一组待定参数， ｂｂ ｂｂ ｂ ｉ ３ ５ ２ ４ 它们在等号左边 用向量 Ｂ表示。
２３２ 函数拟合 ．．
为求 Ｂ这组参数， 可以采用加权最小二乘算法进行 迭代， 使下式取极小值
ｉ ＝双
式中， 是渡越时间；是时间谱上的时间道址， ｍ ｔ ｉ 中子爆
发起始时刻对应 ｉ ； Ｔ 是人为设定的计算峰位 ＝０Ｔ 和 ｚ ， 的起始与终止时间道址， 分别位于峰的左右两边；＊ ｙ是 ｔ ： 时刻的伽马计数； 是中子脉冲的时间宽度。公式 ｔ ｂ （） ２右边第 １ 项是用统计方法估算样本不完备情况下二