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

图为水平井开凿现场图。

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。

图为水平井工作原理示意图。

“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。

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。

图为水平井工作原理示意图。

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代替相应的非标记化合物。

​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。

图为水平井工作原理示意图。

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。图为水平井工作原理示意图。

“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

图为水平井开凿现场图。

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。“在使用时，如果每年测井50口，采用固定单人实施装配工作，标记物样品受照总剂量为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。”

针对同位素标记物对环境的影响，李润东表示，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。”

同时，由于标记物半衰期短，很快会衰变掉，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。

（编辑/杨颖婕）