放射性測井技術(shù)在油田勘探中的應用研究

李鋒

[摘要]本文分析了放射性測井的應用范圍，對示蹤法用于吸水剖面測試問題進行分析，探討其形成的原因以便提升技術(shù)質(zhì)量。

[關(guān)鍵詞]放射性 測井 注水

[中圖分類號] TE34 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-3-118-1

石油工程是我國最為重視的能源工程，由于其埋藏于地質(zhì)內(nèi)部，不論在資源結(jié)構(gòu)方面，還是在環(huán)境勘測方面，都具備一定的復雜性，我國為保障石油工程的有效價值，逐漸在開采的過程中形成全面的測井技術(shù)，滿足石油工程的開采需要，通過測井技術(shù)，既可以保持石油工程勘測的穩(wěn)定性，又可以提高石油工程的經(jīng)濟效益。隨放射性測井技術(shù)的不斷成熟和推廣應用， 其已經(jīng)成為我國水驅(qū)油田注水剖面測井的主要監(jiān)測手段。除了在油藏動態(tài)檢測中廣泛應用外， 其還向油田后期開發(fā)、剩余油研究、油藏數(shù)值模擬等研究方向發(fā)展。

1 放射性射線及放射性測井

利用人工放射性中的γ射線所進行的測井，即稱為放射性測井。放射性元素發(fā)生核反應時所產(chǎn)生的輻射主要有3種即α射線、β射線和γ射線。

（1）α射線是帶正電的氦粒子流，它具有的能量為4-10MeV（百萬電子伏特）。α射線的電離能力很強，但穿透能力很差。因此α射線不能用于測井。

（2）β射線是從原子核中放射出來的高速電子流，它具有的能量約為1MeV。β射線的電離能力不如α射線，但其穿透能力比α射線強，因不能穿透測井儀器外殼，因此一般放射性測井不考慮β射線。

（3）γ射線是從原子核中發(fā)射出來的波長非常短的以光速傳播的電磁波。能量較高，但它的電離能力很弱，在射線與物質(zhì)作用時所產(chǎn)生的二次電子往往具有較高的能量會使周圍介質(zhì)的原子發(fā)生電離，放射性測井中研究的就是γ射線。

（4）γ射線與物質(zhì)的相互作用有三種重要的形式，即光電效應、康普頓效應和形成電子對。當量子的能量在0.5MeV到1.02MeV之間時，主要發(fā)生康普頓效應。在伽瑪-伽瑪測井中使用的γ源，所發(fā)射的γ量子的能量為0.5-2MeV左右，而一般巖石又主要由原子序數(shù)小于30的輕元素組成，故伽瑪-伽瑪測井所記錄的結(jié)果，主要由康普頓效應來決定。

2放射性測井常用單位及相互換算關(guān)系

（1）放射性強度單位。放射性強度又稱放射性活度，即通常使用的放射源的強度。放射性強度的國際單位制（SI）是用貝柯勒爾（becquerel）表示，簡稱貝可，是指1秒鐘內(nèi)發(fā)生一次核衰變。符號為Bq。常用單位是居里（Ci）。指在1秒鐘內(nèi)發(fā)生3.7×1010次核衰變，為一居里（curie），符號為Ci。即： 1Ci=1000mCi=1000000μCi=3.7×1010dps。居里（curie）與貝可（becquerel）的換算關(guān)系：1Ci=3.7×1010Bq（貝可）。我國于1986年正式執(zhí)行國際單位制（SI）。

（2）放射性濃度單位。表示的是單位質(zhì)量或單位體積的物質(zhì)的放射性強度。最常用的單位是：克鐳當量/克：即在一克巖石中含有相當于一克鐳的放射性物質(zhì)則定義為一克鐳當量/克（1molRa/g）。所以“克鐳當量/克”單位就等于每克物質(zhì)的放射性強度為一居里。濃度單位也可用百分數(shù)（%）來表示。

（3）放射性劑量是指單位質(zhì)量的被照射物質(zhì)中所吸收的能量。放射線能使物質(zhì)的中性原子或分子形成正負離子，即所說的電離，這種能夠直接或間接地誘生離子的粒子的輻射，稱作電離輻射。直接電離輻射通常是α射線和β射線，間接電離輻射是γ射線，還伴隨其他射線。電離輻射傳遞給被照射物質(zhì)的平均能量，稱為吸收劑量。其國際單位是戈瑞（Gy），一戈端表示一千克物質(zhì)吸收一焦耳的輻射能量時的吸收劑量。1戈端（Gy） = 1焦耳（J）/千克（ kg），專用單位是拉德（rad），兩者的換算關(guān)系是：1戈瑞=1焦耳/千克=100拉德=1希沃特（希佛）。

（4）照射劑量是描述X射線或γ射線使空氣產(chǎn)生電離能力的物理量。是指單位質(zhì)量的物體，在X射線或γ 射線輻射后產(chǎn)生電離的電量。照射量的國際單位是庫侖/千克（C/Kg） ，專用單位是倫琴（R），即在溫度0℃，壓力760mmHg的1cm3空氣中，生成正負電荷各一個靜電單位的離子的伽瑪射線的劑量為一倫琴（1R）。兩者的換算關(guān)系是：1庫侖/千克≈3.877x103倫琴。1倫琴=2.58x10-4庫侖/千克。1微倫琴=0.258×10-9庫侖（C）/千克（Kg）。

（5）劑量。單位時間內(nèi)受到的劑量便是劑量率。劑量率的單位為倫琴/小時（R/h）。吸收劑量率： 單位時間內(nèi)的吸收劑量就稱為吸收劑量率，單位是戈瑞/小時（Gy/h）。照射量率：單位時間內(nèi)的照射量就稱為照射量率，其國際單位是庫侖/千克？秒，專用單位是倫琴/小時或微倫琴/小時。1倫琴/小時=106微倫琴/小時。1微倫琴/小時=7.17×10-14庫侖/千克？秒。放射性測井中所用的單位為照射率，其單位要小很多，水文測井使用的單位是納庫（n？c）/kg？小時，而煤田測井使用的單位是皮安培（PA）/kg。

3影響放射性測井質(zhì)量的因素

3.1沾污

由于同位素示蹤劑是隨水推進到吸水層段的， 在示蹤劑懸浮液的整個移動過程中， 自然會與各類工具或管壁接觸而產(chǎn)生各種類型的沾污， 部分吸水層段的同位素異常幅度基本上淹沒在了同位素污染的響應之中。處理分析不當會使解釋結(jié)果受到相當?shù)挠绊懀?甚至造成錯誤。

3.2強度

由于示蹤劑在井口釋放，同位素懸浮液經(jīng)過長距離的運移， 井筒中不可避免的沾污， 大大消耗了同位素的用量， 使同位素到達吸水層位時強度不夠或甚至部分層段同位素未到達， 造成同位素曲線異常不能反映剖面整體吸水情況。

3.3粒徑

同位素粒徑選擇不當，如果吸水層段存在大孔道， 同位素粒徑較小，則隨注入水進入到地層深部而未濾積在地層表面上，致使同位素幅度異常、同位素濾積量與注入量不成關(guān)系， 甚至某些層段雖然吸水但無法測到同位素。

3.4耐壓

同位素示蹤劑有其微球顆粒密度和耐壓范圍，一定時間后會自行溶解。如果注入水流速太低，則很難形成均勻的懸浮液或某些層段同位素在進入吸水層之前就已沉淀；如果部分井井下壓力太高，超出了同位素耐壓范圍，致使顆粒提前溶解， 并隨水進入地層而不能濾積地層表面等，也導致同位素資料分析產(chǎn)生錯誤結(jié)論。

3.5溫度場

由于油田長時間注水開發(fā)， 井下的溫度場已由原來的原始狀態(tài)變得十分復雜。如果溫度場的熱能交換補償不了這幾方面的熱量損失， 就必然導致低溫層或低溫層段的出現(xiàn)。

4放射性測井應用中需要注意的問題及事項

（1）檢查漏失、串槽井段。由于固井質(zhì)量差或者固井后由于射孔及其他施工使得水泥環(huán)破壞，則可造成層間串通形成串槽， 進而對采油或注水造成嚴重影響。為了封堵管外的串槽和漏失點，應該先找到串槽井段，而放射性測井可以很好的提供這些信息。對于油層找串通常注入活化油，對于水層找串則相應注入活化水。通過測量注入前后伽馬曲線并進行對比，若發(fā)生串槽，則除了注入層外，在曲線上必會有其它層段伽馬曲線值相對于基線值顯著增加，從而可以確定串槽井段， 進而為封堵提供支持。

（2）檢查封堵情況。串槽、油井中部分層段出水、誤射孔等井段需要二次注水泥封堵，封堵效果可以用放射性同位素測井檢查。先測一條伽馬曲線作為基線參考，然后向封堵井段擠入加入放射性同位素的水泥，再次測量伽馬曲線，通過比較兩次測得的伽馬曲線即可判斷出封堵效果：若封堵層段因擠入活化水泥后曲線幅度明顯變大則表明封堵良好，反之則說明封堵效果差。

（3）檢查酸化壓裂效果。低孔低滲儲層中，常需要采用一定的措施才能提高油田的采收率和產(chǎn)能，現(xiàn)今壓裂酸化就是最常用的方法。將放射性同位素加入壓裂液中，將壓裂液壓入目的地層， 測量壓裂前后的兩條伽馬射線曲線，通過對比即可判斷出壓裂效果：若在壓裂層段兩條曲線具有明顯的幅度差，則說明壓裂效果明顯，反之則說明壓裂效果差，壓裂液未被壓進地層。

（4）判斷固井質(zhì)量。在固井水泥中添加進帶放射性的同位素， 測量注入前后的伽馬放射性曲線，對比兩次測得的伽馬曲線， 找出曲線在深度上幅值明顯增加的位置點從而可得出水泥面的返回高度。

（5）注入剖面。當前我國各油田主要使用放射性同位素示蹤注入剖面測井法獲取注入剖面測井資料，年測井作業(yè)量超過1 萬井次， 通過注入剖面資料解釋識別地層的吸水情況及配注效果， 為油田的再開發(fā)提供依據(jù)。在注入載體液前后各測一條伽馬曲線，兩曲線對比，出現(xiàn)明顯增值處均為吸水層， 根據(jù)兩條曲線包圍的放射性強度異常面積的大小來計算各小層的相對吸水量以表示各小層的吸水能力。

5結(jié)束語

測井技術(shù)在油氣開發(fā)中的高效，對于油氣藏的勘探起到了重要的推動作用。放射性測井經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展， 不管是在裸眼井測井還是生產(chǎn)測井中， 其仍然發(fā)揮著重要的作用。結(jié)合油氣田開發(fā)生產(chǎn)需要， 有針對性地獲取放射性示蹤測井資料，可提高動態(tài)監(jiān)測和油井增油效果，提高油田開發(fā)水平。

參考文獻

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