脉冲中子氧活化上下水流组合测井技术

脉冲中子氧活化上下水流组合测井技术一、脉冲中子氧活化上下水流组合测井原理简述

脉冲中子水流测井的物理基础是脉冲中子与氧元素相互作用后能放射出特征伽马射线，通过检测伽马射线来确定仪器周围含氧流

体的流动情况。用能量大于10MeV的快中子轰击氧原子，使流动的水具备了在短时间内能被伽马探测器探测到的放射性；氧核被激化后，产生的氮放射性同位素N16处于激发态，经衰变后还原成氧，其半衰期为7.13s，同时释放出能量为6.13MeV的特征伽马射线，这些高能的伽马射线在井眼中辐射达200-300mm，能够穿透井中流体、油管、套管和水泥环，被伽马探测器探测到并记录其活化的时间谱线。

脉冲中子水流测井仪器由地面数控测井仪和井下仪2个部分组成。地面数控测井仪负责给井下仪供电、发送控制指令和测试数据采集处理；井下仪依次为磁性定位器、中子发生器和近、中、远3台伽马射线探测器。采用点测非集流工作方式，井下仪器使用单芯电缆。井下仪器下井后，用远探测器先测一条自然伽马曲线，该曲线与磁性定位曲线共同完成校深工作，然后将仪器下到指定层位深度，开始流体流速测量。脉冲中子水流测井时，每次测量都包括一个短的活化期(一般为1,2,10s)和一个相对较长的数据采集期(典型值为60s)；当水流经中子发生器时，被快中子活化，活化后的水在流经3个不同源距的探测器时，测量其时间谱，得到峰位时间，再利用源距和被测点的横截面积等数据计算出各测点的流量。

二、解决的技术关键问题

（一）仪器的机械结构设计

本仪器采用“双发单收”模式，既采用一组伽马能谱探测器、两个高能脉冲中子发生器的组合结构。设计上参照了原有脉冲中子氧活化仪器的结构，在保证仪器测量范围不变的情况下，将原有的四只伽马能谱探测器改为三只，从而缩短了仪器的总体长度，保证了仪器成功下井。

（二）中子发生器的分时控制

由于仪器包括二节高能脉冲中子发生器，对应不同的水流需要使用特定的高能脉冲中子发生器。为此我们设计了高能脉冲中子发生器的控制电路，并通过程序设计实现了对其控制，同时对应不同的水流还实现了对三支伽码能谱探测器的正常排序。

三、地质应用

(一)、检查射孔井段封堵情况

某井是一口注聚合物水溶液的井，2004年5月1日对该井进行了氧活化测井，测井的目的是检查封堵井段的封堵效果。该井注人压力为13.6MPa，日注人量为95.0m3/d，测井通知单给出1108-1128m 射孔井段已被封堵。但测量发现，该井的全部注液量全部被1125.6一1128.0m吸收，说明1108一1128m的底部没有被封堵住。测井解释成果图如图2所示。

（二)、判断井下工具的位置

某井是一口注聚合物水溶液的井，测量时注人压力为14.6MPa，日注入量为98.0m3/d，测井通知单给出的喇叭口深度是1137.0m，射孔井段为1132.4一1179.7m。在油管中在1138.0m处测到的流量为98.0 m3/d (如图3所示)，在1139.5m处在油管中仍能测到98.0 m3/d，在1140.5m流量变为零。这说明该井通知单所给的喇叭口深度有误，喇叭口位置应在1140.0m左右。

(三)、检查配注井漏点位置

X3是一口注水井，测量时该井井口地面有水溢出，实测流量仅为82.2m3/d。该井分四段下配水器，测量结果显示一级配水器进液56.4m3/d，二级配水器进液25.8 m3/d，其余配水器不进液，但目的层均未见有吸液显示。二级配水器进液量流经885.4m处的封隔器上漏，并与一级配水器进液量和成一股水流经854.19m处的封隔器一直上漏，跟踪测试的结果是该流量到506.2m处变小，在505.5m处消失，分析认为505.5一507.lm之间套管有漏，中心漏点是506.2m。

（四)、检查井下工具工作状况

(1)、2003年8月16日利用组合仪对X10井进行现场测试，该井为一口注水井，注入压力为6.0MPa，日注人量为25.0m3/d，测试结果显示位于1032.23m处封隔器下漏16.8m3/d，因注入压力较低，封隔器却漏失，所以解释时对测试结果表示怀疑。后于8月25日利用原氧活化仪器测试，在注入情况不便的条件下，测得结果仍是1032.23m 处封隔器仍下漏，漏失量为14.7 m3/d，该井的测试目的是为检查封隔器的工作状况，从两次测量的结果对比看，都已经达到了测试目的，1032.23m处封隔器漏失；两次测量的重复误差在3%左右。

(见表1)

(2)、L3井是一口注水井，该井注人压力14.8MPa，日注入量153.3m3/d。射孔井段为1144.1一1207.lm，该井分三段下配水器，测井目的是检查封隔器工作情况及各射孔层段的吸液情况。测量结果表明：一级配水器进液65.2m3/d，二级配水器进液27.5m3/d,三级配水器进液

60.6m3/d。1178.1m处的封隔器上漏，漏失量为35.0m3/d。1154.15处的封隔器上漏，漏失量为57.3m3/d。上下水流(36.8+65.2)m3/d流量全部进入P17层，由于该层岩性较差，射开厚度仅为0.9m，但绝对吸液量为102.0 m3/d，注人强度为113.3m3/m，所以怀疑该层可能有裂缝存在(见图5)。

(五)、检查套管窜槽位置

L井是一口注水井，2002年7月5日对该井进行了氧活化测井。该井分四段下配水器。注入量为171.9 m3/d，压力为13.4MPa。经测试各配水器进液清楚，一级配水器、二级配水器不进液。三级配水器进液54.7m3/d，四级配水器进液117.2 m3/d，该配水器向下的流量为19.6m3/d进人SM3层。在测量上水流时，自SUI1-3层的顶界1052.4m 起发现明显的双峰。一直到1002.0m，双峰消失(见图6)。

综合分析:

（1）S II1-3层位上窜，上窜流量为49.0m3/d，由于一界面或二界面的环形空间不规则，故上窜流量计算误差较大。

（2）双峰一直跟踪到1002.0米消失，判断上窜的流量进1003-1002，窜到SII1-4层。1013处的封隔器上漏，漏失量为54.7m3/d。四、结论

脉冲中子水流测井通过检测氧活化产生的伽马射线，为不同井眼条件下测量水流位置和速度提供了更为准确有效的测试手段，可在油管内同时完成检测油管内、油管外、环套空间及套管外水流的位置和速度。脉冲中子水流测井不受井内流体及管柱的影响，能够取代目前较常用的同位素测井方法，进行注入剖面测试，并有效地消除放射性污染和伤害。在注入井中，不仅能检测出套管破损位置、探测和