核能民用新方向，我国科学家这一招解决了石油开采中一大难题

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科技日报微信公众号4月11日报道，在石油、天然气开采中，水平井作为油田的重要开采技术已经应用到了大多数类型的油气藏、特别是海上油田的开发中。相比于直井，水平井的优势在于其水平段长，单井产量一般是直井的2倍至3倍。

然而，一旦水平井出现高含水则“优势变劣势”，由于其井况更复杂，常规测试仪器不能像在普通直井里那样依靠自身重力到达井下，为找寻出水点的找水作业异常困难。

日前，记者从中国工程物理研究院核物理与化学研究所了解到，一种我国科学家独创的水平井找水“中国解决方案”——水平井油管传输同位素标记找水技术，已在油田现场完成2井次的找水测试，不仅测试过程、数据得到认可，整个测试原理和流程也得到了验证，目前该技术已进入推广应用阶段。

开采“金钥匙”也有难题

水平井被誉为提高单井产量的“金钥匙”，相对于直井，水平井通过增大油气藏的泄油面积而大幅度提高了产量。但随着开采的深入，水平产液含水率会呈加速上升的趋势。

“水平井由于井身与油层平行，更容易出现底水脊进和裂缝突进。”核物理与化学研究所水平油井同位素标记找水研究团队技术负责人黄文说，水平井的出水问题目前已成为困扰其生产的主要因素之一。

“要堵水治水，必须先找水，即要确定水平段出水点的部位。”他说，在直井成功应用的找水工具主要靠仪器自身的重力下入井下，但对于水平井它们却无法顺利到达水平段。

此前，有国外企业专门研制的爬行机器人，作为当今行业内最先进的水平井测试手段，这种机器人可以带着动力电缆、信号电缆和测试仪器，利用自身的动力装置爬入水平段。但是爬行器对井眼的要求很高，随着井眼轨迹的起伏、以及水平段的延长，爬行器的行进会变得困难，容易出现井下卡阻，作业风险极高。

同时，在使用机器人后，由于水平段的流动环境和状态已被改变，测量数据不能完全反映正常的生产状态。“这样就衍生出第二问题，即生产测试的问题，不能生产测试就无法获得动态数据，会给找水带来不确定因素。”黄文说。

同位素标记的“新应用”

同位素是具有相同原子序数的同一化学元素的两种或多种原子之一。由于绝大多数同位素具有放射性，科学家们往往用同位素作为一种标记，制成含有同位素的标记化合物（如标记食物，药物和代谢物质等）代替相应的非标记化合物。

利用放射性同位素不断地放出特征射线的核物理性质，就可以用核探测器随时追踪它的位置、数量及其转变等。此前同位素标记已在医学、生命科学、能量代谢、农业科研、环境科学、分析测试等领域有所应用。

但具体如何运用到水平井找水中？

团队人员、反应堆物理学博士李润东说，首先在科研人员在工厂内通过反应堆热中子活化标记元素，然后将标记元素以化合物形态结晶，并将标记物晶体安装在标记装置的释放腔内。

随后在油田现场，工作人员利用采油管将标记装置下达到水平段需要找水的层位，标记物晶体随着正常生产的油水流动而溶解释放。这时，通过抽取油水混合液流经井上的油样收集装置，科研人员就可利用测试装置分析油样收集装置内的标记同位素种类及信号强度。

“随后，我们利用自主研发的‘产层解释软件’，通过分析获取的测试数据，反演出主要出水层位。”李润东说，这项历时7年研发的技术，其核心即“标记元素的选取和制备”、“标记物释放流动过程分析和释放装置设计”、“井上标记物含量信号探测和出水层位反演算法”3个关键技术。

放射性问题微乎其微

目前，通过研究团队与石油开采企业合作，水平井油管传输同位素标记找水技术已在某油田现场实现两井次测试，井号分别为西H2和孔1033H2，相较于传统找水方式，其便捷性、准确性均大幅提升。

李润东说，在便捷性方面新技术将整个井下装置，设计为一段外径小于90毫米的油管短节，它与油管连接并随之下达井内指定位置，不仅解决了找水可达性难题，还实现了真正意义边生产、边测试，确保了测试数据的准确可靠。

同时，研究团队还提出了同位素分层标记的概念，即在不同层位布置不同特征的同位素，每个标记物分别标记所负责的层位水体流动状态，这样可使井下部分和井上部分完全处于隔离的状态，基于油管一次传输到位，不需要测量过程中反复移动。

至于同位素标记物放射性的问题，李润东说，由于采用高精度仪器测量和分析井上产液的标记物含量，并且标记物信号与井下本底信号间距较大，因此实际应用中工作人员可以降低标记物信号的原始强度，以最大程度的减少对人员和环境的消极影响。

同时，标记物样品表面剂量平均仅为5uGy/h。“在使用时，如果每年测井50口，采用固定单人实施装配工作，其受照总剂量为0.5mSv，远小于国家规定的职业照射剂量限值——连续5年内，年平均有效剂量率上限值20mSv。”李润东说。

针对同位素标记物对环境的影响，李润东说，一方面制备标记物的元素都具有短的半衰期；另一方面，标记物出厂活度较低，按国家法规规定为豁免级别。“在使用现场，按标记物到达井下释放在100立方米液体里计，每升液体放射性活度仅为1Bq。”

可以参考的是：即便在海水中天然放射性的活度都约为4Bq/升。因此测井期间，地层产液中标记物形成的放射性基本处于环境本底水平。

并且由于标记物半衰期短，即使为本底水平，很快也会衰变掉，对环境影响基本可以忽略。”目前，该技术已经取得国内发明专利5项，同时在美国和加拿大也获得了相应专利。 

（原题为《核能民用新方向！我科学家独创“神秘大招”，解决了石油开采中的一大难题》）