2023年测井解释与生产测井吴锡令生产测井原理与应用

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

产状和油臧动态;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统的具体要求，它一般包括以下问题：①地球物

理监测的任务；②生产测井组合的主要方法和辅助方法；③在油田具体地

质技术条件下解决这些任务的途径和措施；④为有效进行测井所必需的开

采装备结构的改变；⑤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；⑥生产测井解释所需要的辅

助信息；⑦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

涡轮流量计

划分注入自来水电磁流量计

笼统注水—自然伽马仪

剖面污水核流量计

接箍定位仪

井温计

井径仪

评价地层伽马仪

压力计

吸水特性分层注水——活化水井温计

氧活化水流测井

井温计

油压力计

水流体密度计

划分产出自喷井一

剖面气举井气持水率计自然伽马仪

涡轮流量计接箍定位仪

评价地层核流量计井径仪

生产性质油测量项目同上

机抽井——气采用小直径仪器

水过环空测量

中子寿命测井仪

金属套管盐水水淹一

井温计

（未射

监测油水次生伽马能谱仪

界面、气孔）淡水水淹一

井温计自然伽马仪

油界面位

脉冲中子测井仪接箍定位仪

移油

金属套管井温计岩石密度仪

盐水或气

（已射流量计

划分水淹淡水水淹水

孔）流体密度计

层

持水率计

非金属套

评价地层感应测井仪

盐水或

含油性—侧向测井仪自然伽马仪

（未射淡水水淹

补偿中子测井仪

孔）

超声成像测井仪

确定管外

管柱分析仪

窜流

金属套管油噪声测井仪

检测套管自然伽马仪

（已射—气井径仪

状况流体密度计

孔）水井温计

检查地层

伽马仪

作业效果

流量计

金属套管水泥胶结测井仪

评价水泥自然伽马仪

（未射—一超声成像测井仪

胶结质量中子伽马仪

孔）地层密度测井仪

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

臧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。

2.1.1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，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

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2全井眼流量计

做定位器组件传

电子•通道组件筒

-海量计

含水率计

密度计

封隔器弹簧

时隔器管

一时隔器皮囊

图3封隔式流量计图4伞式流量计

2.1.1.1涡轮流量计工作原理

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2〜8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10约cm,叶片上各点

的间距角度不同，按流动实验确定图4-5涡轮结构示意图

的理想数值变化。

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

a，i=\

式中)—涡轮的转动惯量；

3---涡轮转动的角速度；

Mo—流体作用于涡轮的力矩；

£M,^一―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

11YM.

co=-vftga------G----(2)

rf2兀

式中，一叶轮的平均半径；。一叶片倾角；/一叶片的厚度；。，一流体

体积密度；匕一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

N=K(v-%)(3)

式中N一涡轮的每秒转数(以下用储5表示)；

—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；

vtn—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匕测量时，流体与

仪器的相对速度碾匕和流速匕的合速度,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

2兀r4万

式中，G是阻止涡轮转动的阻力系数。当叶片的雷诺数N*,<・5・xl()5时，Q

与二次方根的倒数成正比

式中，〃/•为流体粘度，mPa•s；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，

转动阈值小与pi2成反比，流体密度越大，惴越小。这种情况对于密度变

化小的液体来说，影响不大，力可视为常数。但气体密度随温度和压力变

化很大，必须注意力对v而的影响。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/较高时，涡轮响

应与/有良好的线性关系，式(3)成立。当/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A•和转动阈值也会有所不同。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。

•

懒X

/

K

0

o40801201602002402S0320

流体速度，ft/min

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，分别讨论敞流式和导流式涡轮流

量计测井。

2.1.1.2敞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

器从油管或油一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，多和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4和心。井下刻度实际上相当于室内刻度，由于4

和W/,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，

人和匕〃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，在未射孔全井嗔转子滤量计

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

图9

所示的解释数据表。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

转子速度(RPS)

测速与方向

A点B点C点D点

下测115(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，从而可以确认测井图10测井资料井下刻度图

资料的质量是合格的。

2.1.1.3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，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：①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4T1的实

验曲线所示，当流体粘度从1nlpa.s变化到60mPa.s时，所求流量的校正值不

超过15册②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

--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。

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1mPa•s或

60mPa・s,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。

2.1.2.1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⑶I和”'n

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

一―一接撞定位器

二个，两个喷射器的仪器可以同时携带水溶和油

溶的示踪剂，适用于井下油、水多相流测量，测

--一癌液■射暮

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

上探潮器

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r

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一下探测器

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图4-12放射性

的示踪流量计。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，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。

2.1.2.2定点测量方法

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

的时间,如图所示。

13图13核流量计定点测井图

由于两个伽马探测器的间距/一定,从记录图上读出两个伽马异常峰值

的间隔时间△大,便可由下式求出记录点(两个伽马探测器的中点)的流速

Vy=L/A/(6)

体积流量的计算公式为：

Q=Cr-vf(7)

式中，G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%用m/s表示，流量。用nV7d表示，

则&可按下式计算

2

Cp=?«-d；)C„x86400x10汽=6.786C,,(力—力)(8)

式中，d—套管内径，cm；d—仪器外径，cm；C—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/=(4-")/2=0.04627m,0=lOOOkg/m\〃=lPa•s,估算雷诺数

Re=pvfd'/〃=20986>4000

故取速度剖面校正系数G=0.83,再由(7)和(8)式，计算体积流量为

Q=6.786x0.83x(l2.422-4.2862)x0516=3949,/d

2.1.2.3连续测量方法

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。由于仪器上提速度匕和两个计数器间距/已知，由图上读出每次喷射

示踪剂后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

Vy=v,­\H/(Z,-AH)(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

图16一口注水井内核

测量将有助于改善测量解释结果。流量计连续测井图

图16是在图15所示的同一口井内，核流量计以匕=0.151/s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

\H,依次用(9)、(8)和(7)式计算(取Cv=0.83),其结果见表用

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.ln?/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210.8m>d,注水强

度达41.3m7(d•m)。

表3一口注水井核流量计连续测量解释结果

井深信号间距流速流量

m△H,mVr,m/sQ,m/d

2349.71.90.517395.3

2354.51.90.517395.3

23357.51.90.517395.3

2359.51.90.517395.3

2362.21.50.241184.5

2364.61.01.10681.1

2374.0000

2.1.2.4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

线万。，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一恒定速度追踪放射性液团，并测量记录伽马曲线

J,、,标出峰值相对于零时刻出现的滞后时间。并仿此测出(2,43……，

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△%、△为、物…,

与对应的时间加1、M…相

除，得到各个视流速，即

vai=A/z；/Ar,.(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

〃=-E%(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

A45480-5464

%=婷==0.213m/s

75

△生_5464-5447

=0.254m/s

匕2而一142-75

Vf=g（%+%）=0.2335m/s

核流量计跟踪测井法求流体速度，隐含的假定是喷射的示踪剂始终沿管道

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。

2.1.3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踪测量方法，解决了配注剖面测井

难题。

2.1.3.1放射性示踪测井原理

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:①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0.5MeV左右；②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；③具备较强的附着

能力，在施工过程中不会与载体脱附；④易于制作，成本较低，使用安全。目

前生产中经常使用的同位素为e/n、“'1、"°Ag、⑶Ba和31n等，其特性参见下表

21

4。

表4常用放射性同位素的特性

化合物半衰期y射线能量，

同位素载体

名称dMeV

65骨质活性炭或化学微球

ZnZnCl22451.1155

0.4468〜

"°AgAgN0260骨质活性炭或化学微球

30.8847

Nai0.0802〜骨质活性炭或化学微球

131j8.05

KI0.63697水，气，苯、汽油等有机溶剂

0.124-

,3,BaBa(NO,)211.6骨质活性炭或化学微球

0.4963

InCh0.0690.392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50um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⑶Ba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In?体积水中，—般需要使用0.8〜2.5mCi的“Zn,2.0〜7.5mCi的⑶I。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0.1〜

OkmCi/cm、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：

0.693

I=I„e~'(12)

式中，乙、/分别为放射性同位素出厂和使用时的强度；况放射性同位素的半

22

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

作研制的锡钢同位素发生器，使用稀盐酸淋滤后即可获取放射性洗脱溶液，放

射性核素'""In在洗脱液中以InCh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

外的流体流动，测量诊断完井问题和评价地层处理效果。

2.1.3.2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/,；注入活化悬浮液后，再测一条示

踪伽马曲线/如

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：

Qi=BJrjaiHj(13)

式中，Q,、匕分别为第£个地层的吸水量和吸水厚度；风为厚度校正系数，

当层厚大于L5米时，a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

Pi=Q-=凡.X100%=2x100%(14)

。总工院H,S

式中，5,是吸水层i的(J,2-41)异常面积增量。

由于放射性测井受时间常数的影响，若W过大，则解释时应对测井

23

曲线的深度和幅度进行校正。另外,自然电位喝水创面

注入活化悬浮液后会对套管造成放

射性污染使Jr2基线抬高，在用Jr2和

J“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铁131微球等来消除沾污。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。

2.1.3.3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

24

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

所示的吸水剖面，了解

裸眼井段吸水变化情图19井径变化的放射性示踪测量

况。

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。

2.1.4氧活化水流测井

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

25

体、油管、套管和水泥，氧活化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：

/7-16

16。(〃，p)i$N上一O+ys(15)

7.135

能量超过lOMeV的快中子用于活化氧的原子核以产生氧的放射性同位素，I6N

通过月「射线而衰减，其半衰期为7.13s。衰减过程中放出高能Y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

IO.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,6N衰变后，放射出6.13MeV的丫射线，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。

氧活化水流测量仪器包括一个脉冲中子发生器和三个伽马探测器，即近、

远两个伽马探测器和安装在遥测电子线路上短节上的自然伽马探测器(图20),

源距分别约2.54cm、5.08cm和38.1cm。由于水流测井是单探测器测量，可以

得到三个独立的测量结果。如图20所示那样，在测量向下水流时，探测器置于

源的下方；而测量向上水流时，探测器则置于源的上方。

氧活化测量水流是一种动态方法，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△/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G/")：

x

C3f(t)=匕dzj广diAAe(t-1')S(t')R(z)D(z+L+vt'-ut)

9o+f"(16)

26

式中，4-I6N的衰减常数；S⑺一,时间的中子源强度；f。一活化开始时间，持

续到G4一水流横截面积：。⑵一测量的相对于中子源位置的氧活化分布；R（z）

一测量的相对于检测器平面的响应作用。

注水井中的向上泼动，生产井中的向下流动

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。

27

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△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/M(17)

为此，必须首先确定背景组分和固定氧活化组分并从总计数率中扣除，然后由

剩余信号中确定△%

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。

28

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，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。

2.2.1岩石和流体的热学性质

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