同位素載體顆粒密度對同位素示蹤流量測井的影響研究

矯建兵

(大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司 黑龍江 大慶 163453)

·經驗交流·

同位素載體顆粒密度對同位素示蹤流量測井的影響研究

矯建兵

(大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司 黑龍江 大慶 163453)

同位素顆粒的物理性質將影響其懸浮液在井中運動的情況，顆粒的密度是主要的因素，顆粒密度過大將造成同位素顆粒在測試過程中出現顆粒下沉、上返速度慢或無法上返的情況，密度過小會出現下沉速度慢，不易進入吸水層的情況，選擇合適密度的顆粒對同位素測井起著至關重要的作用。通過實驗分析目前在用的同位素顆粒能否達到測試的要求，并提出解決辦法及建議。

同位素；示蹤流量測井；顆粒密度；下沉速度

0 引 言

目前油田水驅方式多為分層配注方式，對于非均質油田，為了解決由于油層厚度和滲透率差異造成的各段吸水量不均勻的矛盾，在注水井內下入封隔器、配水器，用井下水嘴的節流作用人為的控制各段吸水強度對注水井進行注水。對于配注井來說，同位素五參數是主要的測井項目，但同位素顆粒的特性將影響著其懸浮液在井內的運動情況，比如：同位素的密度、同位素顆粒在液體中的離散度、同位素顆粒沾污、耐壓、耐溫、脫附率等[1]。本文從同位素密度方面來分析對測試資料的影響程度。

正常的注水條件下，用放射性同位素釋放器將吸附有放射性同位素離子的固相載體釋放到注水井中預定的深度位置，載體與井筒內的注入水混合，并形成一定濃度的活化懸浮液，活化懸浮液隨注入水進入地層。由于放射性同位素載體的直徑大于地層孔隙喉道，活化懸浮液中的水進入地層，而同位素載體濾積在井壁地層的表面。地層吸收的活化懸浮液越多，地層表面濾積的載體也越多，放射性同位素的強度也相應的增高，即地層的吸水量與濾積載體的量和放射性同位素的強度成正比[2]。

1 同位素特性對測井的影響

同位素示蹤劑載體的物理參數，尤其是顆粒的密度，是造成測試效果不準確的重要因素。同位素顆粒實際密度與水的密度有差異，同位素顆粒在井內隨水運動的能力下降，使得同位素的相對吸入量與水的相對吸入量相差過大，超過20%，影響測試資料的準確度。

同位素微球釋放后，將在井內形成懸浮液，微球載體在注入水的攜帶下，除受到注入水沖擊外，還受重力影響，產生沉降，沉降速度用斯托克斯公式表示為[3]：

vp=D2(ρs-ρw)/18μ

(1)

式中，vp為微球的沉降速度，m/h；D為微球直徑，μm；ρs為微球密度，g/cm3；ρw為注入水的密度，g/cm3；μ為注入水的粘度，MPa·s。

式(1)說明，微球在水中的沉降速度與微球直徑及水的密度差成正比。直徑是根據巖性選擇的，直徑選定后，沉降速度主要取決于二者的密度差。密度差小，二者混合均勻，在井內產生的沾污也會隨之降低。在油套環形空間向上運動分配到注水層時，如果微球的密度大于水的密度，則產生自由沉降，上行困難，造成下部的微球載體的濃度大，上部濃度小，有可能使下部注水能力差的地層濾積過多的微球載體，而上部注水能力強的地層反而未達到應有的濾積程度，因而無法確定吸水層的吸水狀況。此外，沉降速度過快，會造成下部堆積，濾積在吸水層上的量減少，因而會影響測井的質量。通常情況下，顆粒密度為1.01～1.04 g/cm3，圖1給出了不同密度差下微球直徑與沉降速度關系曲線，圖2給出了不同水量下油管和環套空間內水流速度。

以日注水40 m3/d為例，可以看出：

1)油管內：當油管內水流速度552 m/h(約40 m3/d)，如果選擇的微球與水的密度差大于0.04，微球直徑大于500 μm，微球的沉降速度為584 m/h，微球的沉降速度將大于水流速度，那么，水將不能攜帶同位素進入水嘴，從而發生沉降現象。

2)油套空間內：如果第一級配水器日吸水40 m3/d，環套空間水流速度184 m/h，這種情況下如果微球直徑大于500 μm，密度差大于0.04，微球沉降速度584 m/h(約40 m3/d)，沉降速度將大于水流速度，水不能攜帶同位素向上運動，將不可避免發生沉降。

圖1 不同密度差下微球直徑與沉降速度關系曲線

圖2 不同水量下油管和環套空間內水流速度

同位素是否能被水流攜帶進入地層決定于微球沉降速度和水流速度的相對速度，根據水量的不同，利用圖1和圖2兩個圖版可以根據水量選擇合適粒徑的同位素。理論上同位素的密度和水的密度差越小越好，最好不超過0.01 g/ml。

密度差在0.04時顆粒沉降速度與水流速度關系見表1。

表1 密度差在0.04時顆粒沉降速度與水流速度關系

表1主要根據圖1、圖2算出不同注入量下油管、套管的水流速度，再把顆粒按粒徑(D/μm)大小分成三個級別D300～400、D400～500、D500～600，分別算出其下沉微球沉降速度范圍(m/h)200～394、394～590、590～600，與水流速進行比較，根據實際施工設計選擇合適粒徑的顆粒進行測井，在實際測井中起到指導作用。

2 顆粒密度實驗及資料分析

首先先用天秤稱出針管的質量，再用針管取出20 ml同位素顆粒，對其進行稱重，再減去針管的質量，得到同位素顆粒實際的質量，然后將針管里的同位素顆粒倒入量杯中，在量杯內倒入30 ml水并用金屬棒不斷翻攪，直至同位素顆粒附著的氣泡出完，待穩定后觀察并計算液面上升的刻度，計算上升的體積，所稱的質量與上升體積的比值即為該同位素的實際密度。用該方法對同一批次同位素進行三次取樣計算，取平均值，結果見表2。

表2 三次實驗樣本同位素密度

用天秤秤得三次樣品的質量為12.57、13.22、13.32 g，量杯中水體積為30 ml，將樣品放入量杯中量杯液面上升的體積分別為8.1、8.3、8.2 ml，質量與體積的比值，為該樣品的實際密度，數值為1.55、1.58、1.62 g/ml，其平均密度為1.58 g/ml。二廠地區注水井在礦化度的影響下，其密度在1.4g/cm3左右，這樣顆粒的實際密度超過了水的密度，顆粒會發生沉降。

圖3為南2-x井同位素五參數注入剖面組合測井原始曲線圖，圖4為測井解釋成果圖。該井全井注入量為109 m3/d，最后一級層位為G16-8(1 150.5～1 154.3 m)、G18(1 157.3～1 157.8 m)，示蹤劑為實驗中平均密度1.58 g/ml的同位素顆粒。從原始圖上看有流量顯示，并且井溫有明顯的拐點，層位分布于配水器上方，同位素顆粒通過配水器進入油套環形空間應向上移動，但是從資料分析在2個層位處并未有同位素吸水顯示，可以看到同位素顆粒通過配水器后無法上返，并出現下沉的跡象，在底部形成了源堆積，驗證了該同位素顆粒的密度超標，嚴重影響了該井的測試資料準確度。

3 結論及建議

同位素顆粒密度對測井效果起著至關重要的作用，想要解決密度問題可以從以下幾方面的改進來提高測試效果：

1)利用多空隙材料制作新型同位素顆粒，具有一定的孔隙結構，可以降低顆粒的密度，提高同位素顆粒隨水運動的能力，得到均勻的懸浮液；

圖4 南2-x井成果圖

2)用密度較小的同位素顆粒在其表面噴灑表面活性劑，使其包裹同位素顆粒，讓顆粒的密度趨近于標準值，同時還可減小顆粒的離散度；

3)在同位素顆粒中混入標準密度的冷球，使其總體密度趨近于標準密度，還可減少同位素顆粒在工具位置的沾污，提高測試資料準確度。

[1] 李 華, 朱福金, 劉 瓊，等. 表面活性劑在同位素注水剖面測井中的應用[J]. 油氣井測試， 2003，12(1)：39-41.

[2] 郭海敏, 戴家才, 陳科貴. 生產測井原理與資料解釋[M]. 北京：石油工業出版社， 2007：28-32.

[3] 楚澤涵, 高 杰, 黃隆基. 地球物理測井方法與原理[M]. 東營：石油大學出版社， 2007：17-21.

[4] 張永福, 唐海濤, 朱忠海，等. 注入剖面五參數組合測井儀的改進[J]. 石油儀器，2003，17(5)：44-45.

Influence Study of Carrier Particle Density on the Result of Isotope Tracer Flow Logging

JIAO Jianbing

(Logging&TestingServicesCompanyofDaqingOilfieldCo.Ltd.,Daqing,Heilongjiang163453,China)

The suspension movement in the well is influenced by the physical properties of the carrier particles, and the density of the carrier particle is the crucial factor affecting the result of the isotope tracer flow logging. The phenomenon of the particle, such as sinking fast, return slow or failure to return, will appear under the condition of overlarge density. In the opposite case, the isotope tracer will sink slowly or can not enter into the water injection section, which leads to the failure of the logging. So it is important to choose suitable density particles for the isotope logging. For the purpose of clearing up whether the current isotope particles can meet the logging requirements, the experiment is carried out and the solutions and suggestions are put forward according to the results.

isotope; tracer flow logging; grain density; settling velocity

矯建兵，女，1978 年生，助理工程師，2012年畢業于東北石油大學石油工程專業，現主要從事測井技術服務工作。E-mail:dqsc15@126.com

P631.84；O571

A

2096-0077(2017)03-0082-03

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.03.018

2016-11-29 編輯：高紅霞)