氣體示蹤在非均質特低滲透油藏二氧化碳驅氣竄監測中的應用

陳龍龍，白 遠，云彥舒，謝旭強，田 豐，王維波，江晨碩

(1陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院 2陜西省二氧化碳封存與提高采收率重點實驗室 3延安職業技術學院 4 新疆大學)

靖邊油田喬家洼長6油藏埋深1 400～1 600 m，原始地層壓力12.9 MPa，壓力系數0.8，滲透率0.75 mD，屬于典型的特低滲透低壓油藏。2014年6月開始對45543-9井組注CO2，周圍采油井共有11口，為了掌握CO2在地下的運移情況，2016年9月開展了注氣井氣體示蹤監測，對11口采油井進行了井口取樣監測，目的是研究注氣井與采油井的連通關系和氣竄突破時間和突破速度，為下一步氣驅方案的有效實施和調整提供依據。

一、氣相示蹤劑的篩選

1.氣相示蹤劑初選

目前氣相示蹤劑包括：放射性氣體示蹤劑、穩定同位素類氣體、無機類氣體(六氟化硫)、氟氯代烴(氟利昂類1996年被禁用)以及氟代烷烴類氣體等。放射性氣體示蹤劑對人身安全和生態環境的影響，限制使用；穩定同位素類氣體的價格昂貴和檢出限高等問題，本文選取六氟化硫和價格較低的氟氯代烷烴類氣相示蹤劑進行性質比較和監測實驗評價，評價的示蹤劑包括：六氟化硫、三氟溴甲烷、四氟甲烷、六氟乙烷和八氟環丁烷。CO2在地層中超臨界狀態，篩選的示蹤劑性質應與CO2性質相近，通過氣相示蹤劑與CO2物性相比較(表1)，除八氟環丁烷較難實現超臨界，其余4種示蹤劑均在油藏條件下，處于超臨界狀態，分子非極性或弱極性，可以作為CO2流體的示蹤劑[1-5]。

表1 氣相示蹤劑與二氧化碳物性表

現有監測設備SP3402氣相色譜儀(配ECD監測器)對六氟化硫和三氟溴甲烷進行監測，在室內實驗設定一定的監測條件下，兩種氣體的加標回收率均大于90%，備選六氟化硫和三氟溴甲烷這兩種氣體作為靖邊CO2驅油先導試驗區氣相示蹤劑。

2.井組氣相示蹤劑確定

2.1 背景濃度分析

在注入選擇的氣體示蹤劑前，首先對監測井的產出氣進行取樣，測定各監測井示蹤劑背景濃度，目的是判斷對比注入示蹤劑是否在周圍油井中突破。2016年3月17～19日對各監測井取樣，11口采油井產出氣中六氟化硫和三氟溴甲烷濃度均為零。

2.2 示蹤劑的配伍性實驗

氣相示蹤劑的配伍性實驗主要是示蹤劑加入到監測井的氣樣中，監測示蹤劑的回收率，回收率接近1，認為示蹤劑與產出氣配伍。篩選的兩種氣相示蹤劑在兩井組的背景含量為零，添加到監測井的產出氣中，加標回收率接近1，說明六氟化硫和三氟溴甲烷兩種氣相示蹤劑均適用兩個井組(表2)。井組中沒有交叉井，六氟化硫的監測靈敏度又比三氟溴甲烷的高，用量相對少，且六氟化硫比三氟溴甲烷價格低，確定45543-09井組用六氟化硫作為氣相示蹤劑投放用料。

表2 45543-1井組氣相示蹤劑的加標回收率結果

二、氣相示蹤劑用量計算

示蹤劑的注入量根據監測油藏的體積和實驗設備的最低監測限來確定，首先計算注入地層的最大稀釋體積：

Vp=πR2hφSwEr

(1)

式中：Vp—最大稀釋體積，m3；R—注入井與觀察井間的距離，m；h—注入井有效厚度，m；φ—孔隙度，%；Sw—含水飽和度，%；Er—連通系數(取值0.1～0.3)。

根據井組的基礎資料數據，計算井組示蹤劑最大稀釋體積，其結果見表3。

表3 示蹤劑最大稀釋體積計算表

再利用式(2)可求得所投放示蹤劑的用量：

A=μSVp

(2)

式中：A—示蹤劑的注入量，kg；S—示蹤劑監測靈敏度；μ—余量系數(本次取2.5)。

可以得出45543-09井組所需示蹤劑的理論用量A=360 kg，該公式在計算時只是涉及到氣相示蹤劑在打入段塞前后的稀釋作用，忽略了在地層中的滯存量，因此在實際注入量計算中根據現場經驗應提高其用量10%左右，最終設計45543-09井組示蹤劑的用量為400 kg。

三、氣相示蹤劑監測數據分析

1.示蹤劑產出結果分析

45543-09井組注完示蹤劑后取樣進行分析，油井11口(45543-01、喬46-01、喬46-02、45544-07、45542-04、45542-05、45547-08、45545、45545-01、45545-05、45545-06),隔3 d取樣一次。樣品分析在實驗室使用SP3402氣相色譜儀分析測定，45543-01、45545、喬46-01、喬46-02井有明顯的示蹤劑產出濃度峰，產出監測曲線見圖1。

圖1 4口井示蹤劑產出監測曲線圖

2.氣驅推進速度及氣驅方向

根據示蹤劑產出濃度隨時間變化曲線分析示蹤劑在油井中的突破時間，進而結合油氣井井距計算前緣氣驅推進速度。45543-09井組示蹤劑突破時間及氣驅推進速度結果見表4。

表4 突破時間及氣驅推進速度表

從表4可知，井組氣驅推進速度為2.9～11.8 m/d，平均氣驅推進速度為7.4 m/d，氣驅推進速度最快的喬46-02井為11.8 m/d，其次是45545井，氣驅推進速度9.6 m/d，喬46-01是氣驅推進速度最慢的井，為2.9 m/d。整體看井組氣驅推進速度差值較大，對應單元內部注氣突進明顯。

四、井間氣竄滲流通道解釋

1.擬合方法

在非均質性強的特低滲油藏注入層段中小層單砂體的厚度和滲透率差異大，氣體示蹤劑段塞注入注氣井后，勢必沿著高滲帶或大孔道首先突入采油井，使示蹤劑產出曲線出現峰值。有幾個高滲帶或大孔道，就出現幾個峰值。示蹤劑產出曲線是以時間為橫軸，以示蹤劑濃度為縱軸的一組包括多個濃度峰值的離散點。通過數學模型計算方法對離散點的擬合，進而計算出高滲帶的厚度、平均滲透率及平均孔道半徑等有關參數[6-8]。對45543-09井組中見到示蹤劑產出的4口井進行擬合，在確保實測擬合精度的基礎上重點對滲流通道氣驅參數，包括等效厚度、高滲透帶的孔喉半徑、滲透率等進行解釋。

2.解釋結果

非均質特低滲透油藏無論注水還是注氣，極易形成層間的高滲帶。從曲線擬合效果看，井間流線將監測區域的流動狀態較好進行了反應，說明監測結果經擬合處理提供的參數是可靠的。滲流通道氣驅參數主要包括氣驅通道等效厚度、高滲透帶的孔喉半徑、滲透率等[9-15]，45543-09井組的滲流通道參數結果見表5。

表5 各監測井組井間主滲通道參數表

從表5中可以看出，45543-09井組中，喬46-02井突破時間最快為22 d，計算出的滲透率是185 mD，喬46-01井突破時間為58 d，計算出的滲透率是17 mD，通過對滲流通道滲透率和厚度大小分析，井組儲層通道的類型為低滲層，局部儲層有高滲透條帶特征。

五、結論與建議

(1)SF6物性與CO2相似，通過背景濃度及配伍性分析，適合作為非均質特低滲透油藏CO2非混相驅的監測示蹤氣體。

(2)氣體示蹤能有效分析氣驅過程中的推進速度和氣驅方向，同時有助于對井間氣竄滲流通道特征的解釋，為有效抑制氣竄的進一步擴大提供治理依據。

(3)建議45543-09井組中，對喬46-02井應及時實施調堵作業，提高氣驅波及效率；或調整注氣井網，或適當降低注氣速度和規模。