放射性同位素示踪测井

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1、 地地 球球 物物 理理 测测 井井资源与环境学院资源与环境学院 桑桑 琴琴 第第三三章章 核核测井测井（同位素示踪测井同位素示踪测井）心胸有多大，事业就有多大包容有多少，拥有就有多少放射性同位素示踪测井放射性同位素示踪测井一、放射性同位素的选择和一般施工方法一、放射性同位素的选择和一般施工方法二、放射性同位素载体法测注水井的分层相对二、放射性同位素载体法测注水井的分层相对吸水量吸水量三、检查管外串槽、封堵和压裂效果三、检查管外串槽、封堵和压裂效果同位素示踪测井同位素示踪测井地球物理测井地球物理测井核测井核测井放射性同位素测井：放射性同位素测井：是利用人工放射性同位素做为示踪剂是利用人工放射性

2、同位素做为示踪剂研究和观察油井技术状况和采油注水动态的测井方法研究和观察油井技术状况和采油注水动态的测井方法。施。施工时向井内注入被放射性同位素活化的溶液或固体悬浮物，工时向井内注入被放射性同位素活化的溶液或固体悬浮物，并将其压入管外通道或进入地层或滤积在射孔道附近的地并将其压入管外通道或进入地层或滤积在射孔道附近的地层上，在此前后分别进行伽马测井，称之为层上，在此前后分别进行伽马测井，称之为J Jr1r1和和J Jr2r2。对比。对比这两条曲线，就能知道注入的示踪剂沿井剖面的分布，从这两条曲线，就能知道注入的示踪剂沿井剖面的分布，从而解决与示踪过程有关的各种问题。而解决与示踪过程有关的各种问

3、题。同位素示踪测井同位素示踪测井地球物理测井地球物理测井核测井核测井 放射性同位素测井的效果，在很大程度上决定于放射性示踪剂选放射性同位素测井的效果，在很大程度上决定于放射性示踪剂选用得是否合适。选用那一种同位素，要根据施工的目的而定，一般说用得是否合适。选用那一种同位素，要根据施工的目的而定，一般说来应考虑下列几个方面：来应考虑下列几个方面：同位素示踪测井同位素示踪测井地球物理测井地球物理测井核测井核测井（1 1）应能放出较高能量的伽马射线；）应能放出较高能量的伽马射线；（2 2）要有合适的半衰期；）要有合适的半衰期；（3 3）为了工作安全方便，放射性同位素应易于配成它的盐）为了工作安全方便

4、，放射性同位素应易于配成它的盐溶液形式；溶液形式；（4 4）应具备适宜的吸附能力。）应具备适宜的吸附能力。进行同位素测井前，必须将这些溶液稀释到必要的浓度。进行同位素测井前，必须将这些溶液稀释到必要的浓度。一般地说，工作程序包括以下几项：一般地说，工作程序包括以下几项：（1 1）编写施工设计书；）编写施工设计书；（2 2）按设计书施工；）按设计书施工；（3 3）进行资料解释，写出总结报告。）进行资料解释，写出总结报告。同位素示踪测井同位素示踪测井地球物理测井地球物理测井核测井核测井施工设计书一般包括以下内容：施工设计书一般包括以下内容： 1 1施工井的条件：如该井的部位、任务（采油、注水）、井

5、身施工井的条件：如该井的部位、任务（采油、注水）、井身结构、射孔情况、地层参数及采油、注水过程和工程措施及事故等结构、射孔情况、地层参数及采油、注水过程和工程措施及事故等井史资料；井史资料； 2 2 施工目的：如找串、堵漏，测定吸水剖面等；施工目的：如找串、堵漏，测定吸水剖面等； 3 3示踪剂的选择及活化水或活性悬浮液的用量；示踪剂的选择及活化水或活性悬浮液的用量； 4 4施工步骤：如压井、测施工步骤：如压井、测Jr1Jr1，井口装置及措施、注活性剂、测、，井口装置及措施、注活性剂、测、测测Jr2Jr2，其它工程措施及工作流程；，其它工程措施及工作流程； 5 5注意事项。注意事项。 一、放射性

6、同位素的选择和一般施工方法一、放射性同位素的选择和一般施工方法二、放射性同位素载体法测注水井的分层二、放射性同位素载体法测注水井的分层相对吸水量相对吸水量三、检查管外串槽、封堵和压裂效果三、检查管外串槽、封堵和压裂效果同位素示踪测井同位素示踪测井地球物理测井地球物理测井核测井核测井 用固相载体吸附放射性同位素的离子，与水配成活化悬浮液。在用固相载体吸附放射性同位素的离子，与水配成活化悬浮液。在正常注水条件下，将活化悬浮液注入井中。在向地层中挤压悬浮液时，正常注水条件下，将活化悬浮液注入井中。在向地层中挤压悬浮液时，水和固相载体分离，水进入地层而活化载体滤积在地层表面，形成一水和固相载体分离，水

7、进入地层而活化载体滤积在地层表面，形成一活化层。在合理选用示踪剂和载体，并正确施工的条件下，活化层。在合理选用示踪剂和载体，并正确施工的条件下，地层的吸地层的吸水量与放射性载体在地层表面的滤积量成正比水量与放射性载体在地层表面的滤积量成正比。对足够厚的地层来说。对足够厚的地层来说（忽略层厚影响），（忽略层厚影响），地层的吸水量近似地与活化层造成的曲线异常面地层的吸水量近似地与活化层造成的曲线异常面积的增量成正比积的增量成正比。 生产中常选用放射性同位素生产中常选用放射性同位素ZnZn6565, Ag, Ag110110 和和I I131131做示踪元素，用粒径做示踪元素，用粒径大于大于5050

8、微米的医用骨质活性碳做固相载体。放射性同位素均匀牢固地微米的医用骨质活性碳做固相载体。放射性同位素均匀牢固地吸附在固相载体上，与水配制成活化悬浮液吸附在固相载体上，与水配制成活化悬浮液。 原理：原理：同位素示踪测井同位素示踪测井地球物理测井地球物理测井核测井核测井 设活化载体均匀地滤积在射孔井段的地层表面上，且单位面积设活化载体均匀地滤积在射孔井段的地层表面上，且单位面积上附着的放射性同位素为上附着的放射性同位素为q q克，每克放射性同位素平均每秒钟发射克，每克放射性同位素平均每秒钟发射a a个伽马光子，那么个伽马光子，那么dsds面积元在井轴上位于地层中点的面积元在井轴上位于地层中点的O O

9、点造成的伽点造成的伽马射线强度应为：马射线强度应为：积分得：积分得：令令x=H/2rx=H/2r0 0和和a=ra=r0 0, ,且用且用F(x,a)F(x,a)表示上式中的积分表示上式中的积分, ,则则dzdrZreaqrdJrZr2020)/(10)/(14200dtteaqJrHtr02020211),(axaqFJ 同位素示踪测井同位素示踪测井地球物理测井地球物理测井核测井核测井 设设rr0 0=1=1，用，用f(tf(t）表示上式中的被积函数，则）表示上式中的被积函数，则f(t)f(t)与与t t的关系可的关系可用左下图表示用左下图表示: : 如果用辛卜生数值积分法计算如果用辛卜生数

10、值积分法计算F(xF(x，1)1)，所得数据画成曲线如图右，所得数据画成曲线如图右所示所示: :对于厚度对于厚度H3dH3d的地层的地层F(xF(x，a)a)为一常数；而当地层厚度减小时，为一常数；而当地层厚度减小时，这一因子将减小。特别是当地层厚度小于井径的一倍半时，这一因子将减小。特别是当地层厚度小于井径的一倍半时，F F值将急值将急剧下降。剧下降。 同位素示踪测井同位素示踪测井地球物理测井地球物理测井核测井核测井 设设F(x,1)F(x,1)的最大值与的最大值与F(x,1)F(x,1)的比值为的比值为a a，则，则a a被定义为地层厚被定义为地层厚度校正系数，它随厚度的变化规律如右图。度

11、校正系数，它随厚度的变化规律如右图。将将 两边同时乘以两边同时乘以a(xa(x) )，则有：，则有：因因F(x, a)F(x, a)a(x)a(x)的积是常数，所以的积是常数，所以式中式中k k是常数。是常数。),(axaqFJ )(),()(xaaxaqFxaJ)(xakJq同位素示踪测井同位素示踪测井地球物理测井地球物理测井核测井核测井 上式说明，单位截面积的吸水量若与上式说明，单位截面积的吸水量若与q q成正比，那么它就和成正比，那么它就和地层中点的伽马射线强度地层中点的伽马射线强度J Jy y与厚度校正系数的乘积成正比。又考与厚度校正系数的乘积成正比。又考虑到注水井的套管内径对同一口井

12、是相等的，因而射开地层单位虑到注水井的套管内径对同一口井是相等的，因而射开地层单位厚度的吸水量也与厚度的吸水量也与J Jy ya a成正比。成正比。 设第设第i i个地层的吸水量为个地层的吸水量为Q Qi i，则，则总吸水量为总吸水量为 ：相对吸水量为相对吸水量为 ：%1001niiiiiiiiHJHaJQQBiiiiHaBJQiiiiHaJBQQ同位素示踪测井同位素示踪测井地球物理测井地球物理测井核测井核测井上式的近似公式为：上式的近似公式为：式中式中S Si i是吸水层是吸水层i i的异常面积增的异常面积增量，即量，即J Jy1y1与与J Jy2y2叠合后包围的面叠合后包围的面积。积。 %

13、1001niiiiSSB同位素示踪测井同位素示踪测井地球物理测井地球物理测井核测井核测井放射性同位素示踪测井放射性同位素示踪测井一、放射性同位素的选择和一般施工方法一、放射性同位素的选择和一般施工方法二、放射性同位素载体法测注水井的分层相对二、放射性同位素载体法测注水井的分层相对吸水量吸水量三、检查管外串槽、封堵和压裂效果三、检查管外串槽、封堵和压裂效果同位素示踪测井同位素示踪测井地球物理测井地球物理测井核测井核测井 由于固井质量差，或固井后由于射孔及其它工程施工使水由于固井质量差，或固井后由于射孔及其它工程施工使水泥环破裂，可造成层间串通，即形成串槽。这对采油和注水泥环破裂，可造成层间串通，

14、即形成串槽。这对采油和注水均有不良影响，所以应及时测定并采取堵串措施。放射性示均有不良影响，所以应及时测定并采取堵串措施。放射性示踪法是查串的有效方法之一。施工时踪法是查串的有效方法之一。施工时先测一条自然伽马参考先测一条自然伽马参考曲线。而后用曲线。而后用Z Zn n6565或或AgAg110110配成浓度为配成浓度为0.5-10.5-1毫居里毫居里/ /米米3 3的活化的活化液，并将其压入找串层段。再测一条示踪曲线，与先测得的液，并将其压入找串层段。再测一条示踪曲线，与先测得的参考线比较、则可查出示踪液的通道，找出串槽位置参考线比较、则可查出示踪液的通道，找出串槽位置。同位素示踪测井同位素

15、示踪测井地球物理测井地球物理测井核测井核测井 在下列几种情况下需要二次注水泥进行封堵：（在下列几种情况下需要二次注水泥进行封堵：（1 1）串槽串槽；（2 2）油井中部分层段出水油井中部分层段出水；(3)(3)误射孔误射孔。若在水泥中加入少量放。若在水泥中加入少量放射性同位素做示踪剂，那么用示踪测井可以测知水泥是否挤入应射性同位素做示踪剂，那么用示踪测井可以测知水泥是否挤入应封堵的部位。封堵的部位。同位素示踪测井同位素示踪测井地球物理测井地球物理测井核测井核测井 压裂时将牢固地吸附着放射性同压裂时将牢固地吸附着放射性同位素的活化砂，以位素的活化砂，以1:2001:200的比例混入压的比例混入压裂砂（填料）中（也可只在最后压入裂砂（填料）中（也可只在最后压入地层的砂中加活化砂）做指示剂，压地层的砂中加活化砂）做指示剂，压入地层在压裂时形成的缝隙中。压裂入地层在压裂时形成的缝隙中。压裂前测参考曲线前测参考曲线J Jy1y1，压裂并经洗井后测，压裂并经洗井后测示踪曲线示踪曲线J Jy2y2。比较这两条曲线则可知。比较这两条曲线则可知地层是否已被压开。地层是否已被压开。 地球物理测井地球物理测井核测井核测井同位素示踪测井同位素示踪测井