新型示蹤劑產能監測技術研究及應用

耿宇迪，宋志峰，鄢宇杰，陳定斌，王立靜

(中石化西北油田分公司石油工程技術研究院，新疆 烏魯木齊 830011)

新型示蹤劑產能監測技術研究及應用

耿宇迪，宋志峰，鄢宇杰，陳定斌，王立靜

(中石化西北油田分公司石油工程技術研究院，新疆 烏魯木齊 830011)

水平井分段酸壓是低滲、致密碳酸鹽巖儲層改造的有效措施，尚無有效的監測方法驗證壓裂改造后各壓裂段對產油產水的貢獻。筆者用新型化學材料做示蹤劑，該示蹤劑無毒無放射性，與地層吸附率極低，試劑檢測靈敏度達到10-3mg/L，水劑只與水親和，油劑只與油親和，可以對油、水兩相單獨測試并分別評價產出剖面。該示蹤劑適用于高溫酸性環境，與酸壓工作液配伍性良好，油劑可良好分散在膠凝酸體系中。該研究可解決致密油氣田水平井分段酸壓改造產能監測困難的問題，為該類區塊水平井分段酸壓效果評價提供可靠依據。

示蹤劑;產能監測;水平井壓裂;分段酸壓改造

示蹤劑監測技術是井間監測的常用手段[1～8]，目前用做井間示蹤的示蹤劑產品種類很多，如無機鹽類示蹤劑[9]、熒光劑、微量元素等。由于耐溫耐酸性能差、地層吸附損失大、細菌蠶食等原因，絕大部分示蹤劑僅能定性分析水平井分段酸壓各段返出液情況，不能對各段產油產水量的貢獻進行定量評價[10，11]。筆者以有機化合物為示蹤材料，形成的水劑、油劑可分別監測水平井各段油水產量。

1 技術原理

水平井分段壓裂產能監測原理是在各段壓裂液中加入不同種類的水性/油性示蹤劑，壓裂施工結束后，定時監測返排液中示蹤劑的濃度。由于水平井不同壓裂段形成的裂縫形態不同，壓后返排時各段示蹤劑的起始濃度、峰值濃度、持續時間均有差異，因此通過監測返排液中不同類型示蹤劑的濃度，可以判斷各壓裂段油水運動規律，分析各段產油和產水情況，驗證各壓裂段是否存在機械阻塞或壓力阻塞，確定采樣期間主力產出段、低產段及不產段，并結合地質、測井、物探資料判斷各段產液產油持續能力。

2 示蹤劑性能評價

致密碳酸鹽巖儲層水平井分段酸壓改造產能監測所用的示蹤劑需具有以下特點：①示蹤劑需是碳酸鹽巖儲層巖石及流體沒有或者含量極少的化學物質；②示蹤劑需具備良好的高溫穩定性；③示蹤劑需在碳酸鹽巖表面吸附性小；④儲層改造措施以酸化壓裂為主，示蹤劑需要在高溫酸性環境中有良好的穩定性；⑤碳酸鹽巖儲層分段酸壓改造液體濾失量大，總施工液量大，要求示蹤劑檢測靈敏度可達到10-3mg/L，盡可能減少用量，減少對壓裂液體系組分濃度的干擾，同時降低成本；⑥需要5種以上不同的油劑/水劑以滿足現場應用需求，示蹤劑可對油、水兩相單獨測試并分別評價產出剖面；⑦示蹤劑滿足環評要求，無毒無放射性。

2.1 試驗原料與設備

試驗原料：水性示蹤劑6種(W01～W06)，油性示蹤劑6種(Y01～Y06)，脫水原油，地層水，胍膠，膠凝酸，破膠劑，碳酸鹽巖心。

試驗設備：烘箱，高溫高壓密閉容器，色譜分析儀(Agulent 7890B，安捷倫)，六速旋轉黏度儀(ZNN-D6，青島善德)，流變儀(S600，哈克)。

2.2 檢測靈敏度

表1 水劑檢測靈敏度試驗結果

表2 油劑檢測靈敏度試驗結果

取質量濃度為50×10-3mg/L的水性示蹤劑W01～W06，加入地層水中，形成6種水性示蹤劑混合溶液，溶液分成2份，1份常溫(25℃)保存，另1份放入烘箱，在150℃恒溫下靜置加熱。48h后使用色譜分析儀檢測2份樣品的質量濃度。根據檢測結果(表1)，6種水性示蹤劑的檢測靈敏度可以達到10-3mg/L，相互之間不發生反應，在150℃溫度下平均質量濃度變化率為3.12%，高溫穩定性良好。

取質量濃度為50×10-3mg/L油性示蹤劑Y01～Y06，加入脫水原油，形成混合6種油性示蹤劑原油，然后與相同質量地層水混合，一份常溫(25℃)保存，另一份放入烘箱，150℃恒溫靜置加熱。48h后使用色譜分析儀檢測兩份樣品的質量濃度。根據檢測結果(表2)，6種油性示蹤劑的檢測靈敏度可以達到10-3mg/L，相互之間不發生反應，在150℃溫度下平均濃度變化率為5.24%，高溫穩定性良好，油性示蹤劑油性物質在水中無擴散。

2.3 地層吸附性

將碳酸鹽巖儲層巖心研磨成60/80目巖心粉，配制質量濃度為100mg/L的水性示蹤劑W01～W06混合溶液。取50mL水性示蹤劑溶液加入10g巖粉，配制2份，1份常溫保存，另1份放入烘箱，150℃恒溫靜置加熱。48h后使用色譜分析儀對兩份樣品的濃度進行檢測。根據檢測結果(表3)，常溫(25℃)下平均吸附率為0.7993%，150℃時平均吸附率為0.8096%，吸附率低。

表3 水劑吸附性試驗

2.4 與壓裂液的配伍性

在質量分數為0.5%的胍膠壓裂液中加入水性示蹤劑W01～W06，配制成含50×10-3mg/L水性示蹤劑的壓裂液，測定壓裂液空白樣和含有示蹤劑壓裂液的黏度。取空白樣壓裂液和含50×10-3mg/L水劑的壓裂液，分別加入質量分數為0.05%破膠劑，放入烘箱，150℃恒溫靜置加熱，2h后分別測定黏度。根據檢測結果(表4)，壓裂液中加入水劑后，破膠前后黏度測試數據無明顯變化，說明水劑W01～W06對壓裂液破膠性能無影響。

表4 示蹤劑與壓裂基液配伍性實驗

表5 示蹤劑與膠凝酸配伍性實驗

2.5 與膠凝酸的配伍性

在含質量分數為20%HCl的膠凝酸中加入水性示蹤劑W01～W06和油性示蹤劑Y01～Y06，配制成含50×10-3mg/L水性示蹤劑和50×10-3mg/L油性示蹤劑的膠凝酸，150℃恒溫靜置加熱，48h后測定黏度。根據檢測結果(表5)，加示蹤劑后膠凝酸黏度無明顯變化，在高溫酸性環境條件下穩定性良好，無沉淀產生，油性示蹤劑可良好分散在膠凝酸體系中，油性物質在膠凝酸中不分散。

3 施工應用

示蹤劑產能監測嵌入分段壓裂施工措施當中，不占用井口時間，不同壓裂段加入不同種類水劑/油劑。水劑以一定排量隨壓裂工作液全程加入，油劑以一定排量隨攜砂液/膠凝酸加入。壓裂結束后返排期間定時取樣檢測。

單種示蹤劑用量:

A=μFV/Q

式中:A為示蹤劑用量，10-3m3；F為示蹤劑檢測靈敏度，10-3mg/L；V為示蹤劑最大稀釋體積，m3；Q為示蹤劑有效濃度，mg/L；μ為余量系數，1。

以該類新型示蹤劑進行分段壓裂產能監測的技術在國內多個致密油氣田(如塔河油田、長慶油田、西南油氣田)已應用多口水平井，現場應用效果良好。其中WP460-14井完成9個壓裂段產油產水監測[12]，監測取樣期間內每段返排水和產油占總產液量的百分比(圖1)；監測取樣期間每個壓裂段產油的動態變化(圖2)。示蹤劑與壓裂液和膠凝酸均具有良好的配伍性，施工操作簡單，無污染，無放射性，不影響壓裂液和酸液的性能。

圖1 各級壓裂段產水產油占總產液量的百分比

圖2 產油動態剖面圖

4 結論與認識

1)新型化學示蹤劑產品系列無毒無放射性，檢測靈敏度達到10-3mg/L，高溫強酸環境下穩定性好，與地層吸附量極小，油性示蹤劑在水中不擴散，性能優秀，適合于評價分段壓裂水平井各段產油產水貢獻。

2)新型化學示蹤劑產品系列與酸化壓裂體系配伍性良好，適用于碳酸鹽巖儲層水平井分段酸壓改造產能監測。

3)通過現場檢驗，采用多級水劑和油劑可定量監測各壓裂段產油產水能力，為水平井分段酸壓效果評價提供可靠依據。

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2017-02-24

耿宇迪(1977-)，男，碩士，高級工程師，現主要從事儲層改造工作，gengyudi@163.com。

[引著格式]耿宇迪，宋志峰，鄢宇杰，等.新型示蹤劑產能監測技術研究及應用[J].長江大學學報(自科版), 2017,14(23):83～86.

TE357

A

1673-1409(2017)23-0083-04

[編輯] 帥群