氣、水兩相脈沖中子氧活化水流測井解釋方法研究

2011-04-15 09:37:24戴祖龍吳朝全邱金權青海油田測試公司青海茫崖816400

長江大學學報(自科版) 2011年13期

黎明，戴祖龍，吳朝全，邱金權（青海油田測試公司，青海茫崖816400）

脈沖中子氧活化水流測井（以下簡稱氧活化測井）是一種通過記錄活化氧的流動時間譜來確定儀器周圍含氧流體流動狀況的技術。由于不受注入流體粘度、大孔道地層、同位素沾污嚴重和高伽瑪本底異常等因素的影響，因而該技術不但適用于注入量合適條件下的注入剖面測井，還可用于查竄、驗封和找漏，具有比較廣泛的應用價值[1-3]。對于氧活化測井資料的解釋，研究者一般比較關注氧活化水流測井在低流量條件下的施工情況，但在多相高速流動條件下氧活化水流測井則較少涉及[4]，尤其是在多相復雜流動情況下，用常規的氧活化水流測井資料解釋方法來分析和評價水流狀態，往往無法得到正確的結果。為此，筆者對氣、水兩相脈沖中子氧活化水流測井解釋進行了研究。

1 氧活化測井基本原理

氧活化測井的基本原理是通過可控中子源發射高能快中子，使得儀器附近存在于水中的氧被活化并產生16N的同位素，16N發生β衰變，釋放出高能的γ射線，通過一組伽馬探測器對γ射線進行探測，根據源距和活化水通過探測器的時間確定水流速度，再由水流速度和流道橫截面積來計算流量。若水靜止，則應該是隨時間呈指數規律遞減的譜線；若水流動，則被活化的水流持續到達探測器，不斷疊加，就會在各探測器的時間軸上出現譜峰。因此，測量得到的時間譜應包含本底、靜態氧活化計數和流動氧活化計數3部分，一般采用線性回歸的方法求解上述3部分信號[5]。

2 新解釋方法的提出

2.1 計數率比值計算法

在氣、水兩相流動情況下，氣體攜水高速沿井筒上行，被活化的水流會在極短的時間內到達各個探測器，從而無法在水流時間記錄區獲得一個明顯、完整的流動氧活化峰。以澀北氣田1-7-2井為例，該井測井時射開2層（1048.0～1050.4m層段和1051.6～1056.0m層段）。在靜水區中測得的無流動條件下呈指數衰減的水流時間譜（見圖1）和有水流流動時的水流時間譜（見圖2）有明顯區別。從圖2所可以看出，3、4號遠探測器計數率曲線（D3、D4）無反應，表現為恒定的背景值；2號近探測器計數率曲線（D2）在活化時間之后迅速降至背景值，1號近探測器計數率曲線（D1）在活化時間之后出現了異于靜水流條件下的時間譜曲線，說明該井內有水流流動。

澀北氣田1-7-2井各探測器計數及比值表如表1所示。由表1可知，在1071.2m處（位于套管靜水區）D1／D2的比值為97.44，1050.8m處D1／D2的比值為72.31，說明有水從1051.6～1056.0m層段產出，從而引起比值改變。隨著產水量的增加，D1／D2的比值逐漸變小。在501.1m處測得的是油管內的計數率比值，由于管徑縮小，流速變大，導致D1／D2比值發生變化，與現場實際情況符合。因此，將靜水區比值作為標準，依照比值規律，用井口計量乘以一個系數C去推算井底各層產水量[4]，從而得到合理的解釋結論。

圖1 1-7-2井靜水流條件下的水流時間譜

圖2 1-7-2井有流動水條件下的水流時間譜

表1 澀北氣田1-7-2井各探測器平均計數率及比值表

2.2 兩相滑脫模型解釋法

當出現測不到靜水流條件下的水流時間譜以及計數率比值規律不明顯的情況時，則無法用計數率比值法進行解釋。考慮到產氣井出水以后，井筒內出現氣、水兩相流動，大量產出的氣體攜帶水一起向上流動，由于氣、水之間存在摩阻，會出現滑脫現象，其表現大體上呈3段變化，即上段為氣體的單項流動，中段為氣、水兩相流動，下段為積液段產氣或者不產。若氧活化測井的資料與中段的氣、水流動段相關，則可按兩相流動滑脫模型進行解釋，其滑脫模型為[6]：

式中，Qg氣體體積流量，m3／d；Qw為水相體積流量，m3／d；Cv為速度剖面校正系數[7]；Yg為持氣率；Va為氣水滑脫速度，m／s；A為套管截面積，m2。

以澀北氣田XX4-21井為例，測井時共射開8層。圖4、圖5所示為該井1311.75m和1350.94m水流時間譜圖。從圖4和圖5可以看出，在活化時間區內，顯示出D1、D2明顯呈現流動活化峰位的疊加，尤其是1號探測器的測量值明顯升高，由此可判斷管內有水流動且流速很快。由于其計數率比值無規律，采用兩相滑脫模型進行定量計算，結合產氣剖面測井資料，取Cv＝0.8；Yg在產氣剖面圖上讀得0.72；視速度62m／min，用井口計量推算井底真實視速度，Va＝26.43m／min；A＝0.0116m2。將上述參數代入式（2）得Qw＝9.88m3／d，再依次求得各小層間的Qw值，最終可確定各小層產水量。

3 現場應用

采用氧活化測井方法在澀北氣田進行先導性試驗，其中對澀北氣田1-7-2井的資料應用比值法進行解釋，對澀北氣田4-21井和6-3井的資料采用兩相滑脫模型方法進行解釋，并與常規解釋方法結果及實際井口計量值進行對比（見表2）。通過表2可以看出，在氣、水兩相產氣井中，測得的水流時間譜采用常規解釋方法計算的產水量明顯高于井口計量，而在計數率比值規律明顯的情況下，用探測器計數率比值法求得的產水量比較接近于實際計量；在計數率比值規律不明顯的情況下，采用氣、水兩相滑脫模型求得的產水量與實際計量相符。