测井解释与生产测井吴锡令生产测井原理与应用

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1、生产测井原理与应用执笔：吴锡令目 录1 概 述2 流动剖面测井方法2.1 流量测井2.2 温度测井2.3 压力测井2.4 密度测井2.5 持率测井2.6 流动成像测井3 生产动态测井分析3.1 测井系列选择3.2 流动剖面测井定性分析3.3 流动剖面测井定量解释4 剩余油监测4.1 生产监测4.2 注入监测5 井间示踪监测5.1 井间示踪监测原理5.2 井间示踪监测技术5.3 示踪资料分析应用1 概 述生产测井是监测油气田开发动态的主要技术手段。根据测井目的和测量对象的不同，生产测井可以划分为三大测井系列：其一为流动剖面测井系列，测量的主要对象是井内流体，目的在于划分井筒注入剖面和产出剖面，评

2、价地层的吸入或产出特性，找出射开层的水淹段和水源，研究油井产状和油藏动态；其二为储层监视测井系列，测量的主要对象是油气产层，目的在于划分水淹层，监视水油和油气界面的移动，确定地层压力和温度，评价地层含油或含气饱和度的变化情况；其三为采油工程测井系列，测量的主要对象是井身结构，目的在于检查水泥胶结质量，监视套管技术状况，确定井下水动力的完整性，评价酸化、压裂、封堵等地层作业效果。在对油气田开发进行地球物理监测时，需要解决一系列互相关联的油矿地质问题。应用生产测井方法解决这些问题的可能性，与整个油藏开采的地质和工艺条件，单井结构和条件，产层的开采特性，方法对有用信号的灵敏度以及使用仪器的探测深度和

3、工艺特性有关，因此需要组合应用几种互相补充的测井方法。这些组合根据监测(或检测)任务的需要，按井的类型(开采井、注入井、检查井)，井的工作方式(自喷井、气举井、机械抽油井或笼统注入井、分层注入井)，地层状况(孔隙度、水淹类型、水淹程度)，井中流体特性(相态、流量、含水)划分。每一种生产测井组合都包括主要的和辅助的方法。属于主要方法的是那些经过广泛试验，并有系列井下仪器产品保证的方法。辅助方法包括那些在用主要方法确信不能完全解决问题或对研究问题有辅助作用的方法。我国油田目前采用的生产测井系列的典型组合情况见表1。每个油田在油田开发设计中，在典型组合和其它原则性文件的基础上，需要制定地球物理监测系

4、统的具体要求，它一般包括以下问题：地球物理监测的任务；生产测井组合的主要方法和辅助方法；在油田具体地质技术条件下解决这些任务的途径和措施；为有效进行测井所必需的开采装备结构的改变；必需的地球物理监测工作量和周期性，按油藏面积和地层层系、开采目的层、井的类型的布局；生产测井解释所需要的辅助信息；资料加工方法和总结报告形式。表 1 油田开发监测的生产测井组合监测任务井的种类地层状况井中流体主要方法辅助方法划分注入剖面评价地层吸水特性笼统注水自来水污水涡轮流量计电磁流量计核流量计井温计自然伽马仪接箍定位仪井径仪压力计分层注水活化水伽马仪井温计氧活化水流测井划分产出剖面评价地层生产性质自喷井气举井油水

5、气井温计压力计流体密度计持水率计涡轮流量计核流量计自然伽马仪接箍定位仪井径仪机抽井油气水测量项目同上采用小直径仪器过环空测量监测油水界面、气油界面位移划分水淹层评价地层含油性金属套管（未射孔）盐水水淹中子寿命测井仪井温计自然伽马仪接箍定位仪岩石密度仪淡水水淹次生伽马能谱仪井温计金属套管（已射孔）盐水或淡水水淹油气水脉冲中子测井仪井温计流量计流体密度计持水率计非金属套管（未射孔）盐水或淡水水淹感应测井仪侧向测井仪补偿中子测井仪自然伽马仪确定管外窜流检测套管状况检查地层作业效果金属套管（已射孔）油气水超声成像测井仪管柱分析仪噪声测井仪井径仪井温计伽马仪流量计自然伽马仪流体密度计评价水泥胶结质量金属

6、套管（未射孔）水泥胶结测井仪超声成像测井仪地层密度测井仪自然伽马仪中子伽马仪生产测井不仅是检测了解井内问题的手段，更重要的是监测评价油气藏开发动态不可或缺的资料来源。因此，除了对于出现问题的井应该及时进行检测，对于采取地质工艺措施的井和改变功能的井，在采取措施或改变功能的前、后都要进行测量外，还应该根据监测油气藏开发动态的需要合理安排生产测井的测量周期。当研究吸水剖面时，应该间隔半年测量一次。研究产出剖面时，在各种类型的生产井中应该每年测量一次。监测流体界面和评价含油气饱和度时，在观察井中和标准井网内的井中最好每半年测量一次。在注水井中检查套管技术状况时，至少每年应该测量一次。只有按合理的周期

7、进行生产测井，才能保证资料的连续性、系统性和完整性，对油气藏的开发动态进行有效监视。取全取准各项生产测井数据是正确进行解释评价的前提。测井之先必须根据油气田开发动态监测的需要，周密计划和安排测量项目，针对具体问题和条件，合理选择和组合有关的生产测井方法。目前实际测井作业中采用数控测量，测井仪器尺寸一般具有统一的规范，可以根据测井需要选择若干测量项目组合成一支仪器下井，测量信号可以多道控制和传输。需要注意的是，在选择生产测井组合以及按井的类型分配工作目的层时，除考虑测井方法的原理适用性外，还必须考虑测井仪器的测量适应性。2 流动剖面测井方法油气田开发动态监测的重要途径是测量采油井和注水井内的流体

8、流动剖面，测量目的是了解生产井段产出或吸入流体的性质和流量，对油井生产状况和油层生产性质作出评价。流动剖面测井属于流体动力学测量，测量参量包括速度、密度、持率、温度、压力等。因此，要想准确测量流动参数和正确分析流动剖面，一方面必须具备流体力学方面的基础知识，另一方面需要掌握测井原理及分析方法。2.1 流量测井流量是表征油井动态变化和评价油层生产特性的一个重要参数。生产测井的流量测量对象是井内流动的流体。单位时间内流过某一流道截面的流体体积，取决于流体流动的速度。流量测井实际上是测取同流体速度相关的信息，然后求出平均流速，再与截面积相乘求出体积流量。流量测井目前应用最广泛的是涡轮流量计测井和核流

9、量计测井，其次是放射性示踪测井和氧活化水流测井，电磁流量计、热导流量计只在一些特定情况下使用。流量测井的特点通过测量与流动速度有关的物理量，间接求出井内流体的流量或相对流量。因此，要精确地测量流量，就必须明确测井信息与流量之间的理论或实验关系，正确地采集和分析测井信息。涡轮流量计测井涡轮型流量计的传感器由装在低摩阻枢轴扶持的轴上的叶片组成。轴上装有磁键或不透光键，使转速能被检流线圈或光电管测出来。当流体的流量超过某一数值后，涡轮的转速同流速成线性关系。记录涡轮的转速,便可推算流体的流量。井下涡轮流量计多种多样，大致可以分为敞流式和导流式两种类型。敞流式流量计主要有连续流量计和全井眼流量计两种，

10、其特点是可以稳定速度移动仪器，连续地沿井身进行测量流动剖面，可以在较宽的流量范围内使用。连续流量计(图1)的叶片直径较小，仅测量流道中心部分流体，低压、低动量气体倾向于绕过涡轮，而不使涡轮转动。为了改进横剖面测量，全井眼流量计（图2）采用折叠式叶片，下井通过油管时合拢，测量时可以张开，反映流道截面上约80%的流体的流动，从而改善了测量性能。导流式流量计主要有封隔式流量计、伞式流量计两种，其特点是在探测深度先封隔原有流道，把井内流体导入仪器内腔后集流测量，主要用于测量低流量的油气井。早先的导流式流量计采用皮囊封隔器（图3），封隔器易损坏，操作不方便。伞式流量计(图4)采用金属片和尼龙布构成伞式封

11、隔器，提高了使用寿命和测井成功率，但由于金属片不能和井下管壁完全密封，仍有少量流体由间隙流过，所求流量值误差较大。后来在金属伞的外面又加一个胀式密封圈（又称之为胀式流量计），克服了封隔器的易损和密封问题，能用于气流或液流，对于多油气层的井测试特别有用。 图 1 连续流量计 图 2 全井眼流量计 图 3 封隔式流量计 图 4 伞式流量计最新 精品 Word 欢迎下载 可修改不同类型的涡轮流量计，涡轮变送器的结构可能不同。比如全井眼流量计的涡轮由四个可折叠的叶片构成，而连续流量计的结构则如图5所示，叶片数目一般28个，叶片倾角30或45。例如图1所示的高灵敏度连续流量计，只有两个“S”形叶片，高度

12、10约cm，叶片上各点的间距角度不同，按流动实验确定的理想数值变化。图 4-5 涡轮结构示意图虽然涡轮变送器的结构各一，但涡轮流量计的工作原理相同，都是把经过管子截面的流体线性运动变成涡轮的旋转运动。当流体轴向流经变送器时，流体流动的能量作用在叶轮的螺旋形叶片上，驱使叶轮旋转。假定流体是不可压缩的和涡轮材料是均匀的，根据动量矩守恒和转动定律，涡轮的动态方程式为 （1）式中 J涡轮的转动惯量；涡轮转动的角速度；M0流体作用于涡轮的力矩；Mi作用于涡轮上的阻力矩代数和。当涡轮转速稳定时，假定涡轮轴承只有机械摩擦，流体粘滞摩擦只作用于叶片表面，则有稳态方程 （2）式中，r叶轮的平均半径；叶片倾角；r

13、叶片的厚度；f流体体积密度；vf流体沿叶轮旋转轴方向的流速。于是，涡轮流量计的频率响应可简写为 （3）式中 N涡轮的每秒转数(以下用RPS表示)；v流体与仪器的相对速度；K仪器常数，与涡轮的材料和结构有关，并受流体性质影响；vth涡轮的转动阈值(始动速度值)，与流体性质和涡轮摩阻有关。式(3)称为涡轮流量计的理论方程。当仪器在井内以恒速vt测量时，流体与仪器的相对速度v是vt和流速vf的合速度,其值取二者之代数和。为考察流体性质变化对仪器常数和涡轮转动阈值的影响，可将(2)式改写为 （4）式中，Cf是阻止涡轮转动的阻力系数。当叶片的雷诺数NRe5105时，Cf与NRe二次方根的倒数成正比 （5

14、）式中，f 为流体粘度，mPas；L为叶片的轴向长度，cm。由式(4)和(5)可见，当流体粘度增大时，涡轮转数变小；而当流体密度变大时，涡轮转数会随之增大。在流体速度较小时，涡轮的频率响应非线性，且受流体性质变化影响较大；当流体速度较高时，(4)式中右边第二项变小，涡轮响应近似线性，仪器常数K基本上不受流体粘度变化影响。涡轮起动时，要克服较大的机械静摩擦力，因此需要较大的始动速度。涡轮以一定速度转动起来之后,需要克服机械动摩擦力和流体流动阻力，转动阈值vth与f-1/2成反比，流体密度越大，vth越小。这种情况对于密度变化小的液体来说，影响不大，vth可视为常数。但气体密度随温度和压力变化很大

15、，必须注意f对vth的影响。涡轮流量计的响应受机械摩阻和流体摩阻影响的情况如图6所示。实验和实际应用也表明，当仪器与流体的相对速度v 较高时，涡轮响应与v 有良好的线性关系，式(3)成立。当v 较低时,涡轮响应非线性,尤其是在气液流动情况下另外，由于涡轮结构不可能完全对称，因此涡轮正转和反转的响应特性有所差异，仪器常数K 和转动阈值vth 会有所不同。图7为实验建立的连续流量计校正图版，由图可见，仪器在水和气中的响应特性差异很大。 图 6 机械摩阻和流体摩阻影响 图 7 连续流量计校正图版综上所述，涡轮流量计在满足应用条件的前提下(亦即式3成立时)，可以准确测出流体流量。下面从应用角度，分别讨

16、论敞流式和导流式涡轮流量计测井。连续流量计和全井眼流量计均不带导流机械装置，测量在井筒内原有流动状态下进行，既可以移动仪器连续测量，也可以固定仪器进行点测。不同类型的仪器除响应特性有一定差异外，测量方法和解释技术基本相同。测量注入剖面或产出剖面，要求在稳定注入或生产条件下进行。通过观察井口压力和流量有无变化，便可推知井内流动是否稳定。测量时，仪器从油管或油套环空下入射孔井段，扶正器使仪器居中，以合适的恒定速度上提或下放仪器进行测量，按井深连续记录涡轮的每秒转数以及电缆移动速度。为了选择合适的测量速度和检验井下刻度，仪器往往需要停在产出或吸入流体的层段上部进行点测，记录测量深度和涡轮转速。实际测

17、量时，涡轮流量计常和温度计、压力计等组合下井，同时测量多种参数。特别是深度控制测井项目磁定位器和自然伽马仪,作为测井资料与井下管柱以及裸眼井资料深度对比的依据，每次测量都是必不可少的。图8为斯仑贝谢公司多道生产测井仪的测井示意图，注意涡轮流量计总是装在仪器串最下端。连续流量计和全井眼流量计测井的突出优点是可以测取连续变化的流动剖面，并且测井工艺简单。使用的有利条件是中、高流量的单相流，多相流动条件下连续流量计的应用效果变差。再者，这两种测井资料定量应用的精度，很大程度上取决于测井资料质量和井下刻度的准确性。敞流式涡轮流量计测井的显著特点，是必须通过精确的井下刻度以保证测井资料质量，提供定量分析

18、的基础。图 8 多道生产测井仪示意图所谓井下刻度，就是建立仪器响应频率和流体速度之间的精确关系，也就是确定(4-3)式中的K 和vth 。井下刻度实际上相当于室内刻度，由于K 和vth 与流体性质和摩阻有关，而井下不同深度的流体性质可能不同，测量之先又不可能知道，所以需要在井下实际测量过程中进行刻度。井下刻度的方法，是通过在流动的液体中，仪器用多个分别向上和向下的绝对速度，测量记录响应曲线来实现的。理论分析和实验研究已指出，K 和vth 之间应当满足线性关系，利用最小二乘法线性回归，不难求出响应曲线。根据统计分析原理，每个测点最好有五次以上的测量资料(即样本数目大于5)，才能建立符合统计标准的

19、拟合关系。首先，流量计以不同的稳定电缆速度通过探测井段进行测量记录。测速的选择一要尽可能保证仪器上提和下放测量时涡轮的转动方向相反，以能反映机械摩阻的影响；二是应有合适的速度间隔，以能保证统计分析的代表性。此外，仪器还应停在各测点处记录涡轮转速，以便确认刻度的正确性。其次，在未射孔的稳定流动井段选定一系列读值点。如图9所示，在射孔层的上部、间隔处以及下部选取A、B、C、D四个点，每点代表所测流量的具体深度。对应于每一测速下的涡轮转速曲线，读出各点的测井值，填入如表2所示的解释数据表。图 9 全井眼流量计的测井曲线表 2 涡轮流量计测井解释数据表测速与方向转子速度（RPS）A点B点C点D点下测1

20、15(0.305m/min)20.1514.69.25.1下测82(0.305m/min)18.514.008.354.50下测50(0.305m/min)17.2011.605.402.10点测读数14.659.654.15-上测32(0.305m/min)14.308.301.85-1.05上测80(0.305m/min)11.506.30-4.05上测110(0.305m/min)9.854.75-4.60最后，以电缆速度和涡轮转速为纵、横坐标绘制刻度图。将各点读数标在图上,根据资料点的分布趋势，按最小二乘法的法则画出关系曲线，即得各测点的现场刻度线。注意，坐标轴方向的选择如果规定上测电

21、缆速度为正，则下测速度为负；如果规定涡轮右旋方向转速为正，则左旋方向为负，应根据涡轮转速曲线的变化形态确定。由于摩擦影响，涡轮没有转动并非一定流速为零，因此涡轮转向旋转时的零读数不能参与交会。分析测速与转子速度的线性关系，并将现场刻度线的斜率同实验室刻度数据比较，便可检查测井资料质量。图10为图9所测数据的现场刻度图。由图可见，各测点的资料点保持良好的线性关系，并且刻度线与纵轴交点同定点测量读数很接近，因此可以肯定仪器的工作状况是正常的。该图来自一口污水回注井的实际测量资料，因为是单相流，各测点刻度线的斜率均为0.0451，与实验室流体为水时的刻度斜率值0.0470很接近，从而可以确认测井资料

22、的质量是合格的。图 10 测井资料井下刻度图 导流式涡轮流量计测井封隔式流量计和伞式流量计都带有机械导流装置，测井时仪器封隔流道，迫使井内流体全部或部分混合，加速流过一定内径的导流器喉道，作用于涡轮传感器。由于导流器内喉道的横截面积已知，通过实验可以直接建立涡轮转速与体积流量之间的关系，所以这种流量计又称为绝对流量计。导流式涡轮流量计测井解释只需选用合适的图版，将记录的涡轮响应换算为体积流量。导流型涡轮流量计一般只能点测，测井工艺远比连续型仪器复杂。封隔式流量计测井时，测点应选在套管上没有射孔炮眼或腐蚀变形的部位，使皮囊胀开后能将流道封死，所有流体都经过集流器总成。测前首先输入一个标准频率信号

23、，调节测量线路和灵敏度，对仪器进行校准。通过在每一射孔层段的上部和下部逐点测量，就可以录取解释所必需的资料。由于封隔器的皮囊承受的压力差有限，此种流量计只能测量低流量。伞式流量计用金属旋翼代替封隔器皮囊，下井时旋翼折叠，使仪器能够通过油管下入井内；测量时马达驱动旋翼张开，封隔流道，集流后测量录取资料。流量计的金属翼片可以伸入射孔炮眼或腐蚀孔洞，因此测点选择不受套管射孔和腐蚀变形影响，有利于检查射孔层段内的非均质性。由于金属旋翼可以承受较大压力差，这两种流量计不仅用于测量低流量，还可用于测量较高流量。导流式涡轮流量计测井具有两个特殊的优点： 测井响应只受流体密度和粘度变化的轻微影响。即使对于密度

24、不特别低的天然气，涡轮响应变化也不大。对于流体粘度变化的影响，一般校正量很小。如图4-11的实验曲线所示，当流体粘度从1mPa.s变化到60mPa.s时，所求流量的校正值不超过15%。 解释结果受油、气、水之间滑动速度影响很小。由于导流器喉道的横截面积很小，大多数井的流量在流体经过涡轮时的平均速度相当高，因此，与任何一种通过的流体速度相比，油、气、水彼此之间的滑动速度变得无足轻重了，可以按均流模型简单求解各相流量。图 11 封隔式流量计的解释图版但是，导流式涡轮流量计测井也有明显局限性，主要表现在三个方面：一是只能定点测量，工艺复杂，操作不便；二是机械装置封隔流道会在一定程度上干扰井内原有的流

25、动条件，测量结果和实际流动条件下可能有一些差异，另外封隔不好时测井解释结果会造成假象；三是不能提供井下流动剖面的连续变化情况。因此，一般在不适宜敞流式涡轮流量计测井的条件下，才使用导流式涡轮流量计测井。封隔式流量计和伞式流量计都称绝对流量计，读出测井记录的涡轮每秒转数，选用合适的实验关系图版，便可求得相应的体积流量。图11为斯仑贝谢公司封隔式流量计的实验关系曲线。使用时由涡轮转速读数在纵座标上找点，作水平线与相应规格的仪器和流体粘度实验曲线相交，交点对应的横座标值即是该转速下的体积流量。如果流体粘度不为1 mPas或60mPas，则可在两条曲线间内插或外推，并且即使粘度线选的不太合适，所求结果

26、误差也不大。2.1.2 核流量计测井核流量计测井是利用人工放射性同位素作标记物，观测井下流体流量剖面一种测井方法。该方法用于测量笼统注入井和生产井的流动剖面，主要在涡轮流量计所不能测量的低流量或抽油井内使用。 核流量计测井原理核流量计测井属于一种标记测量方法，首先采用喷射器放出放射性示踪剂，使其与井内流体以同一速度流动，然后采用伽马探测器测量记录标记物的速度，进而求出流体的体积流量。核流量计测井之所以采用放射性同位素作为标记物，是由于放射性同位素具有较强的伽马放射性，便于采用伽马探测器进行测量。测量时喷射的放射性示踪剂，实际上是由放射性同位素和稀释溶液组成的液团，需要合理选择和配制。放射性同位

27、素一般选择伽马射线能量较强、半衰期适中、成本较低、使用安全的物质，目前生产中经常使用的同位素为131I和113mIn等。稀释溶液应当选用与井下流体密度相当而又能溶于其中的物质，否则喷射的放射性液团与井内流体之间将产生滑脱现象，导致荒谬的解释结果。对于注水井，一般选用水溶性的盐酸或水即可。对于油气井，一般选择油、气或苯等有机溶剂。对于油水混合流动的生产井，则需要选用油水兼溶的通用型特种溶剂，而实际上当含水率大于60%以后，常用水作稀释剂。核流量计由放射性示踪剂喷射器和伽马探测器组成。根据井的类型和流量大小，流量计有不同的装配结构和测量方式。喷射器可以有一或二个，两个喷射器的仪器可以同时携带水溶和

28、油溶的示踪剂，适用于井下油、水多相流测量，测量时一般每次只需喷射1毫升稀释后的示踪剂。伽马探测器可以有一至三个，两个探测器可以克服单探测器对喷射时间难以精确记录造成的问题。三个探测器和喷射器组成的仪器，其中一个探测器装在喷射器的上流方向，记录本底自然伽马放射性，作为基线；另外两个探测器装在下流方向，记录两条示踪曲线。喷射器与邻近探测器的间距约0.5m，两个探测器的间距一般为2m右，具体位置可以根据所测井内流量大小预先选择配置。图12所示为一个喷射器和两个探测器构成的示踪流量计。图 4-12 放射性示踪流量计放射性示踪流量计用于测量笼统注水剖面和产出剖面。在注水井内测量时，喷射器装在探测器的上部

29、，自下而上逐点进行测量。当在生产井内测量时，喷射器则需装在伽马探测器的下部，测量顺序也相反，自上而下逐点进行。由于生产井内的流体要产到地面，使用放射性同位素要特别慎重，应尽量选用半衰减短的同位素，并严格控制使用剂量，以免对地面的人、畜造成危害。放射性示踪流量计测量流量的方法有三种，根据井内流量大小和仪器组装特性，可以选用定点测量、连续测量或跟踪测量方式。核流量计测注水剖面，当井内流体速度较快时，选用定点测量方式。该方法是在稳定注水条件下，自下而上，依次将仪器停在每个测点(射孔井段的底部和每两个射孔层位之间至少选一个测点，顶部则应选择两个以上测点)，喷射示踪剂后，记录放射性液团流经两个伽马探测器

30、的时间，如图13所示。图 13 核流量计定点测井图由于两个伽马探测器的间距L一定，从记录图上读出两个伽马异常峰值的间隔时间t,便可由下式求出记录点(两个伽马探测器的中点)的流速 （6）体积流量的计算公式为： （7）式中，Cp可称为流量系数，与套管内径、仪器尺寸、流速分布及单位换算有关。当流量计在井内测量时，流体实际上是沿仪器和套管之间的环形空间流动，其纵剖面如图14所示。若记录点流速vf用m/s表示，流量Q用m3/d表示，则Cp可按下式计算 （8）式中，dc套管内径，cm；dt仪器外径，cm；Cv速度剖面校正系数。核流量计定点测量产出剖面的方法与测注入剖面相同，但探测器与喷射器的位置不同，测井

31、顺序是自上而下逐点进行，并且所求出的只是混合流体的流量。要求各相分层流量，必须结合流体识别测井资料进一步分析解释。 图 14 核流量计测井 图 15 一口注水井内核流量计定点测井图速度剖面示意图图15是一口注水井中核流量计的定点测量记录。该井射孔井段为2348.8- 2375.6m，套管内径为12.42cm。核流量计两个伽马探测器间距为2.477m，仪器外径4.286cm。由图可见，测点2348m处喷射两次，探测器记录到的两个时间差都是4.8s，按(6)式计算视流速得Vf =2.447/4.8=0.516(m/s)取d=(dc-dt)/2=0.04627m，=1000kg/m3,=1Pas，估

32、算雷诺数故取速度剖面校正系数CV=0.83，再由(7)和(8)式，计算体积流量为2.核流量计定点测量时，若测点处流体速度很低，则放射性液团在到达探测器以前，可能会发生严重的弥散作用，以致于无法分辨通过计数器的时间。此时，应该选用连续测量方式。连续测量也是自下而上进行的，与定点测量不同的是仪器以稳定的速度一边上提一边测量，依次在各选定深度喷射示踪剂，连续记录每个探器接收的伽马射线强度随井深的变化情况。为了求得分层流量，射孔井段的底部、顶部以及每两个射孔层间必须至少喷射一次；对于射孔厚层，层内也可以喷射数次，以检查层内吸水非均质性。由于仪器上提速度和两个计数器间距L已知，由图上读出每次喷射示踪剂后

33、两个计数器记录到的异常 信号深度间隔，则两个峰值中点处的流速为 （9）体积流量仍按(7)和(87)式计算，分层吸水量由递减法求得。连续测量工艺简单，节省时间，可以给出连续变化的注入剖面，更重要的是，由于仪器移动测量，缩短了示踪剂液团经过探测器的旅行时间，减弱放射性弥散影响，因而可以分辨较低的流量。但是，仪器上提速度的任何变化以及对流体流动的扰动，都会造成一些影响，所以，连续测量解释结果的精度稍逊于定点测量方式。众所周知，对一口多层混合注水的井而言，射孔井段上部的流速较高，底部的流速较低，若同时用定点方式和连续方式测量将有助于改善测量解释结果。图 16 一口注水井内核流量计连续测井图图16是在图

34、15所示的同一口井内，核流量计以的测井速度，连续测量的记录曲线。由图上读出各计算点处的异常信号深度间隔，依次用(9)、(8)和(7)式计算(取Cv=0.83)，其结果见表3。由计算结果可见，在射孔层段顶部，定点测量和连续测量结果略有差异，但都接近井口注水时393m3/d，说明测量解释结果可信。定点测量结果虽然较精确，但在2364.0m以下，由于放射性扩散影响不能分辨下部流量，而连续测量结果显示2364.6m以下射孔层段吸水81.1m3/d。解释结果说明该厚层内吸水极不均匀，层中间2359.5- 2364.6m的吸水210.8m3/d，注水强度达41.3m3/ (dm)。表 3 一口注水井核流量

35、计连续测量解释结果井深m信号间距H，m流速Vf, m/s流量Q, m3/d2349.71.90.517395.32354.51.90.517395.323357.51.90.517395.32359.51.90.517395.32362.21.50.241184.52364.61.01.10681.12374.00004 跟踪测量方法当射孔层之间的距离足够大时，可以用单探测器的核流量计，喷射放射性示踪剂后，沿流体流动方向，多次跟踪测量记录示踪剂造成的钟形伽马曲线，然后求出相应位置管道中心的流速。这种方法是由瑟尔夫(Charles Self，1967)最先提出来的，所以又称“瑟尔夫法”。核流量计

36、跟踪测井的技术要点包括：(1) 选择喷射点。 注入井自下而上逐层测量，喷射点选在两射孔层之间以及交连井段靠近上方位置，因为喷射的示踪剂将随注入流体向下移动，需要留有足够长距离，在示踪剂被下部射孔层吸入之前被流量计追踪探测到。生产井内则需自上而下测量，喷射点应选在两射孔层之间以及交连井段靠近下方位置。(2) 测量参考曲线。 选定喷射点后，可启动马达向井内流体喷射少量示踪剂，并以某一合适恒定速度沿流体流动方向移动仪器，记录伽马曲线Jro，探测器在示踪液团所在位置将出现高放射性异常，记下峰值出现的时间，作为参考零时刻。(3) 测量跟踪曲线。 测出参考曲线后，仪器仍移动到原测点位置，再以测参考曲线的同

37、一恒定速度追踪放射性液团，并测量记录伽马曲线，标出峰值相对于零时刻出现的滞后时间。并仿此测出，直到放射性液团监测不到为止。放射性示踪流量计跟踪测井解释方法是，从测井图上读出相邻两条曲线峰值的间距，与对应的时间相除，得到各个视流速，即 （10）然后，将各个视流速加权平均，作为该测量段内管道中心流体的流速，即 （11）计算过程用米表示，用秒表示，的单位为米/秒。体积流量计算仍按(8)和(7)式进行。图 17 一口生产井内核流量计跟踪测井图图17是一口生产井内核流量计跟踪测井图。喷射点选在5485米，除参考曲线外测量两条跟踪曲线。按上述公式可计算如下核流量计跟踪测井法求流体速度，隐含的假定是喷射的示

38、踪剂始终沿管道中心部位与井内混合流体以同一速度流动。如果示踪液团不能沿管道中心移动，或与井内流体之间存在滑脱现象，则所求流速将有误差。实际测井过程中，由于仪器反复上下移动，还会对喷射的放射性液团的移动造成干扰。 放射性示踪测井放射性示踪测井采用放射性示踪剂标记井内的探测目标，应用方法与研究对象有关。对于井下有配注机械装置的注入井和裸眼完井条件下，由于井下有封隔器阻挡或者由于井径难以准确知道，无管是涡轮流量计还是核流量计，都无法测量井下的流量剖面。这时，可将放射性同位素混进注入流体，作为示踪载体指示井下各层段或油水界面的放射性异常，然后用伽马探测器测出井下流量剖面。我国油田在实践中创造的放射性示

39、踪测量方法，解决了配注剖面测井难题。放射性示踪测井的基本组成包括放射性材料的使用和伽马射线探测器的记录。放射性同位素具有较强的伽马放射性，利用携带放射性同位素的载体，人为地提高井内被研究对象的放射性强度，用伽马探测器测量并记录这种异常，便可以推断与引起异常有关的问题。放射性同位素目前已达到千余种，但放射性示踪测井常用的只有几种。选择的原则是: 同位素放射出的伽马射线能量适中，既能穿过套管、油管、仪器外壳被记录,又便于安全防护,一般在0.5 MeV左右； 同位素的半衰期适中，太短的不利于保存和运输，太长了影响以后的放射性测井； 具备较强的附着能力，在施工过程中不会与载体脱附； 易于制作，成本较低

40、，使用安全。目前生产中经常使用的同位素为65Zn、131I、110Ag、131Ba和113mIn等，其特性参见下表4。表 4 常用放射性同位素的特性同位素化合物名称半衰期dg 射线能量，MeV载体65ZnZnCl22451.1155骨质活性炭或化学微球110AgAgNO32600.44680.8847骨质活性炭或化学微球131INalKI8.050.08020.63697骨质活性炭或化学微球水，气，苯、汽油等有机溶剂131BaBa（NO3）21160.1240.4963骨质活性炭或化学微球113mInInCl30.0690.392盐酸，骨质活性炭或化学微球对于放射性同位素固相载体的选择，不仅要

41、求固相载体有较强的吸附性，携带放射性离子的效率高，而且要求颗粒直径大于地层孔隙直径，悬浮性能好。生产中常选用粒径大于50m的骨质活性炭或化学微球胶粒作固相载体，吸附放射性同位素后，与水配制成活化悬浮液，注入井中前后分别测量伽马计数率曲线，二者对比便可指示各层的相对吸水量。目前，测量配注剖面多用131Ba微球和井下释放技术，并要求对微球的粒径、密度、比强度进行严格的质量控制。放射性示踪测井时需要合理配制同位素的浓度，以保证地层中的活化物质放射性强度超过地层自然放射性强度的2-4倍。根据实验资料，载体法测量时，在1m3体积水中，一般需要使用0.82.5mCi的65Zn，2.07.5mCi的131I

42、。放射性同位素一般是以5-100mCi的标准份运往工作地点的，使用前还应稀释为0.10.5mCi/cm3的安全浓度。因为放射性同位素的强度按其半衰期不断衰减，使用时需按下式计算： （12）式中，I0 、I分别为放射性同位素出厂和使用时的强度；T为放射性同位素的半衰期；t为放射性同位素从出厂到使用的时间。我国油田与中国原子能研究院协作研制的锡铟同位素发生器，使用稀盐酸淋滤后即可获取放射性洗脱溶液，放射性核素113mIn在洗脱液中以InCl3的形式存在，其半衰期仅99.8min,便于储运和井场使用，不会对井下或地面环境造成污染。放射性示踪测井不仅可以测量配注井和裸眼井的注水剖面,还可探测套管外的流

43、体流动，测量诊断完井问题和评价地层处理效果。 套管配注剖面测井放射性示踪法测量分层配注井的吸水剖面时，在正常注水条件下，将活性悬浮液注入井中。在向地层中挤悬浮液时，水和固相载体分离，水进入地层，活化载体滤积在地层表面，形成一活化层。在合理选用放射性同位素和载体，并正确施工的条件下，地层的吸水量与活化载体的累积量成正比。施工前，用伽马探测仪下井，先测一条自然伽马曲线Jr1；注入活化悬浮液后，再测一条示踪伽马曲线Jr2。理论计算和实验均表明，当套管内径不变时，分层吸水量大致与地层中点的伽马射线强度Jr成正比： （13）式中，、分别为第i个地层的吸水量和吸水厚度；为厚度校正系数，当层厚大于1.5米时

44、，近似为1；B是与套管内径等有关的常数。相对吸水量的计算公式为 （14）式中，是吸水层i的()异常面积增量。由于放射性测井受时间常数的影响，若过大，则解释时应对测井曲线的深度和幅度进行校正。另外，注入活化悬浮液后会对套管造成放射性污染使基线抬高，在用和做叠合图时，应根据污染情况适当校正。每层两条曲线的异常面积增量，可用求积仪确定。图18为一实例，相对吸水量用式(14)计算得到。图 18 载体法测吸水剖面图放射性示踪测井的优点是施放示踪剂比较简单，能够连续测量。但在多层合注时，如果层间渗透性差异较大难以选择适合于各层条件的固相载体，再之所受影响因素较多，因而影响到应用精度，特别是井下管柱和偏心配

45、水器、封隔器等的沾污影响很大。据大港油田等单位的统计，约90%的测量井内都存在不同程度的放射性同位素沾污现象，其中16%的井内有严重沾污，所测曲线不能用于计算吸水剖面，这时活化载体的累积量不再与地层吸水量成简单正比关系。放射性示踪测井沾污的机理，是由于活性悬浮液随注入水运移过程中，接触到油管和套管的壁面、接箍以及偏心配水器、封隔器而可能被吸附，沾附量的多少与接触部位的粗糙程度和清洁程度有关；另外还与井下工具在含有离子的水中所形成的偶电层有关，负电极会吸引带正电荷的放射性微粒。为了控制放射性沾污影响，应该洗井后再测吸水剖面。另外，还可以选择使用防污剂和清洗剂，研制具有强活力作用的钡131微球等来

46、消除沾污。对于放射性示踪测井曲线，可以按不同的沾污类型确定校正系数，然后再计算各层相对吸水量。 裸眼注水剖面测井测量裸眼完井的注水剖面时(如碳酸盐岩剖面)，没有标称井径值可用，精确测量井径值也有困难。此时，可将油管下到裸眼井段底部，通过油管和油-套环空同时注水。控制注水总量不变，依次调整油管与环空的相对流量，并在两者之一中加入少量放射性示踪剂，用自然伽马仪测量不同比例下两种水的接触面。由油管正注的水是从井底向上逐渐进入地层的，接触面以下地层的吸水量对应于正注的水量。同理，接触面以上地层的吸水量对应于由油-套环空反注的水量。该方法常称作“未知井径法”，通过监测接触面的变化，可以绘出图19所示的吸

47、水剖面，了解裸眼井段吸水变化情况。图 19 井径变化的放射性示踪测量很明显，未知井径法要求地面有特殊的阀门与计量仪表，能准确控制油管和油-套环空的每一种流量比例。其次，每次流量比例改变，必须待注入恢复稳定后再进行测量。再之，放射性示踪剂应该加入流量递增的那种水中，以避免前一次作业对后一次测量造成影响。井内流动的流体中，只有水含氧元素。氧活化水流测井采用脉冲活化技术，首先用很短的活化时间使井内流体中的氧元素活化，然后用较长的采集时间探测流动的活化水，根据源到探测器的间距和活化水通过探测器所用时间计算出水的流速。由于氧原子核活化后放射出的伽马射线能量较高，能够穿透井内流体、油管、套管和水泥，氧活化

48、水流测井可以探测井筒内或套管外水的流动。氧活化水流测井的物理基础是脉冲中子与氧元素的相互作用。氧的存在是根据检测氧原子的快中子活化后放射出的伽马射线来确定的： (15)能量超过10MeV的快中子用于活化氧的原子核以产生氧的放射性同位素，16N通过射线而衰减，其半衰期为7.13s。衰减过程中放出高能射线，最主要的是半衰期间放射的6.13MeV伽马射线。由于氧(n,p)反应的临界中子能量为10.2MeV，所以产生14MeV的井筒中子发生器非常适合于氧活化。氧活化产生的16N衰变后，放射出6.13MeV的射线，能穿透几英寸厚的典型井筒材料，如井内流体、油管、套管和水泥等。氧活化测量水流是一种动态方法

49、，基于一个非常短的活化期(2s或10s)和随后较长的数据采集期(典型为60s)。在短活化期，当活化水经过检测器时可测量到它的特征波。水流速度v是根据探测器到中子源的距离L和活化水经过探测器的时间t确定的。采用蒙特卡罗模型描述氧(n,p)反应的速度分布，可以模拟计算探测器的计数率： (16)式中，16N的衰减常数；S(t)t时间的中子源强度；t0活化开始时间，持续到ta；A水流横截面积；D(z)测量的相对于中子源位置的氧活化分布；R(z)测量的相对于检测器平面的响应作用。图20 氧活化水流测量示意图图21上部是在稳定流动条件下，当套管外水流速度为7m/min时，远探测器计数率的模拟结果。中子源打

50、开2s，然后关闭18s。总信号包括三个组成部分(右上图)：由天然背景得到的常规背景组分、仪器的活化(即由固定活化氧得到的呈指数规律衰减的组分)和流动活化氧组分。如果水流速度为零，则测量的总计数率只有前两种组分，总测量计数率就会呈指数规律衰减(左上图)，其半衰期为7.13s。图的下部示出距环空中27.45m/min的水流，源距为4.58m的GR探测器的期望计数率响应。在如此大源距下，固定氧组分可忽略不计。图21 远探测器和GR探测器上的模拟信号通过测量氧活化水经过探测器的平均时间t，已知探测器到中子源的距离L，便可以求出水流的速度v = L/t （17）为此，必须首先确定背景组分和固定氧活化组分

51、并从总计数率中扣除，然后由剩余信号中确定t。氧活化水流测井不仅可以同时测量套管内、外水的流量，并且不象涡轮流量计那样，要求井内必须有可供测量和刻度的零流量层。它可以用于测量注水和注聚合物流动剖面，可以检查井下机械完整性和识别管外水流，还可以用于识别水平井中的张开裂缝。但是，氧活化水流测井数据采集和资料应用有比较严格的要求。氧活化水流测井处理软件提供计数率曲线和测量数据综合资料。测井曲线是检测流量的目测指示，打印数据则给出估算的水流速度和体积流量。流量是根据总流动信号、流速、套管尺寸、活化期和中子输出数据确定的。如果数据在数据库范围之外，软件就不能输出速度和流量资料。流量估算并不必要流动截面积，

52、但需要知道距水流的距离，对于套管外流量，这一距离的隐含值是距套管外径2.54cm。另外，由于流量估算是假定仪器居中测量，如果仪器未能居中，估算的流量无效。2.2 温度测井温度是一个很重要的物理参数，自然界中任何物理、化学过程都紧密地与温度相联系。对于人们的直观感觉，温度是表征物体冷热程度的参数；而对于热力学过程，温度则是反映系统热平衡的一个状态参数。从微观上看，温度是物体内部分子无规则运动剧烈程度的标志，温度愈高，则平均分子热运动愈剧烈，亦即温度与分子热运动的内能紧密地联系着。油田勘探开发过程中，油层温度和井内流体温度的变化是非常重要的参数和信息。温度测井是用电缆将温度仪下入井内，测量记录某一

53、深度的井温或沿井剖面的温度变化。温度测井资料可用于确定油层温度，了解井内流体流动状态，划分注入剖面，确定产气、产液口位置，检查管柱泄漏、串槽，评价酸化、压裂效果等多个方面。温度测井基于井眼周围地层是一个热稳定体的假定，自然温度梯度是由地球热扩散造成的。当热平衡的正常条件被改变时，井内的温度梯度或径向温度分布就会发生变化。温度测井通过测量温度梯度或局部温度异常来反映这些变化，推断可能发生的情况，离不开对岩石和流体热学性质的了解。油层温度主要来自地球内部的热能。地球可视为一个向外散热体，是一个稳定温度场。由于在常温层以下，地壳的温度是随深度的增加而增加的，所以油层温度的高低主要取决于在地壳中的埋藏

54、深度，深度每增加100m时温度的变化称为地温梯度。对于不同的油藏，地温梯度是不同的，有的不到2/100m，有的却高达10/100m以上。大庆油田在井深400m以下，实测地温梯度为5.5/100m。引起地温梯度数值不同的原因很多，岩石的导热性不同是其中的一个主要原因。假定地层为均质无限圆柱体，热扩散方程可以写为 （18）式中，地层温度；场点距热点距离；热扩散时间；地层的热扩散系数。定义为 （19）式中，、分别为岩石的密度、比热和热导率。油层温度还可能受到地下循环水的影响。在存在活跃的边水区域性流动的条件下，当水温高于油层温度时，在开采过程中系统测量温度、观察温度的升高，可预测舌进和水锥。在油层开

55、发过程中，油层温度直接影响着原油的密度和粘度、气体在油中的溶解度、游离气体的状态和性质等。当油中存在游离气时，有特别明显的温度降低。由于井不完善，在井底常产生时间很短但明显的压力降，这会导致吸收热量的气体膨胀，出现低温异常。这样，油中的石蜡和胶质有可能沉到井底。假定生产井(或注入井)中的自然地温梯度为，如果将密度为、比热为的流体，以流量Q产出(或注入)，则在井剖面的单位深度上将产生均匀的加热(或冷却)，其速度为，流体瞬时储存的热量为。除了极低的流量外，井内一般是紊流。紊流流体的有效热导率是它的分子值的很多倍，而且由于井眼半径很小，故在径向上流体的温度变化可以忽略。另外，与轴向热对流相比，沿深度

56、方向的轴向热传导可以忽略。在这些条件下，井内流体的热守恒方程为 （20）式中，q为在深度z处单位深度上从地层传给井内流体的热量。应用边界条件和初始条件对方程(20)求解，若满足短时期准则，则可得出 （21）温度测井一般是在几小时内完成的，远少于该准则规定的时间，故上述解成立。由(21)式可见，井内任何深度上流体的温度变化是流量、时间以及流体热学性质的函数，并同地层的热学性质有关。温度测井仪由井下温度计和电子线路组成，生产测井常用的有普通井温仪、纵向微差井温仪、径向微差井温仪三种类型。井下温度计是温度测井仪的探头，其作用原理决定着仪器的工作方式，目前主要采用电阻温度计，原因是其精确度高而且测温范

57、围大。温度测井仪的结构如图22所示，作用原理是利用导体的电阻温度变化特性。电阻温度计采用桥式电路，利用不同金属材料电阻元件的温度系数差异，间接求出温度的变化。金属导体中的自由电子运动受热时互相碰撞的机率增高，因而电阻率发生变化。由于金属材料的温度系数越大，对温度越敏感，铂的温度系数是康铜的约800倍，所以温度计采用铂电阻作灵敏臂，而采用康铜电阻作固定臂，构成测温电桥，测井的理论方程为 （22）式中，K称为仪器常数，是平衡点(即)温度。式（22）表明，当温度变化时，由于固定臂电阻基本不变，而灵敏臂电阻变化，使电桥的平衡条件被破坏。保持电流I恒定，测出M、N间的电位差，就可测出变化后的温度。图 2

58、2 温度测井仪的结构普通井温仪测量的是井内各个深度流体温度值，测量曲线反映井内温度梯度变化情况。还有一种微差井温仪，测量的是井轴上一定间距的温度变化值，并以较大比例记录显示，能更清楚反映井内局部温度梯度的变化情况。通常不用专门的微差井温仪测量，而是通过对井温仪送到地面的信号进行处理，获得微差井温显示。径向微差井温仪(RDT)在相对两个臂上各装一个高灵敏度温度传感器，可以测量套管内壁同一深度上相隔180两点间的温度差，精度可达0.01F。水泥串槽时，窜流会使邻近的套管温度变化。径向微差井温仪在预定深度旋转测量一圈，就会发现这种变化，从而指出串槽的准确位置。仪器下部还可接射孔枪，按照微差井温指示的

59、串槽方位射孔并塞入水泥，有效地封堵槽孔。温度测井可以在稳定生产或注入的流动条件下进行，也可以在关井后的静止条件下测量。为获得最优资料，对于流动测井，要求测前48小时内生产或注入条件(流量、压力和温度等)要保持稳定；对于静态测井，不允许有注入或泄漏，否则会干扰测井信息。在所有测井项目中，必须最先进行温度测量，并在仪器下放过程中进行，以免仪器与电缆运动破坏原始的温度场。如果需要重复测井，应将仪器提到测量井段上部停数小时，使被搅动的温度场恢复平衡后再进行测量。温度测井对井下管内或管外的流动情况都能产生响应，因此井温曲线在油田开发中有特别广泛的应用，不仅可以提供表征井内流体状态和油气层性质的温度参量，

60、而且可以用于生产动态分析和井内技术诊断。温度测井资料解释目前仍以定性分析为主，分析的基本方法是将温度测井曲线同地温梯度线对比或将多次测量曲线进行比较，发现异常并分析产生异常的原因，从而对井下可能发生的情况做出推断。地温梯度值随地区不同有很大变化，是油田开发过程中温度测井对比分析的基础。原始地温梯度的确定应取值于注入或采油前的基准温度测井资料。如果没有基准温度资料，可以利用不同时间测量的井底温度恢复曲线求出原始地层温度，然后确定区域的地温梯度。根据均质无限圆柱体的热扩散方程，如果地层的温度扩散系数以及井内温度梯度可当作常数处理，引入边界条件和初始条件，可解得由温度恢复曲线计算地层温度的公式 （2

61、3）式中，S原始地层温度，；t 稳定生产或注水时间，h；关井时间，h；T在t时的地层温度，；C同热扩散系数有关的常数。对于一些重点井，选择若干个，测量记录相应的井底温度T，作如图29所示的半对数交会图，便可确定测点处的原始地层温度，沿垂向上的变化即为地温梯度。对于一般油井，可采用梯度井温曲线，结合地区经验确定地温梯度。简便方法是根据井底静液柱的温度显示，参考地区特点的斜率或关井一段时间测得的井温曲线斜率，自下而上画出地温梯度线。图 23 确定地温梯度示意图当向井内注入不同温度的水时，浅部位主要受注入流体温度影响，井温曲线会显示高于或低于地层温度。随着深度增加，注入水获得来自地层的热能，井温曲线可能逐渐与地温梯度线平行。井温曲线上平行于地温梯度线