井間示蹤劑技術在海上油田的研究與探索

陳 巖，黃 佳

（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452）

目前，石油行業已不滿足于PLT生產測井對注產剖面的認識，示蹤劑技術也已經得到高度關注和廣泛應用。初期的油田示蹤劑技術僅是對地層注入水的流動方向及油藏的非勻質性做定性描述，隨著技術的研究發展和油田開發設計及后期調整的相關需求，示蹤技術已逐步發展為油田二次及三次采油過程中的一種重要的油藏動態監測手段，并被廣泛推廣應用。各大油田對示蹤劑的篩選、監測方案設計、監測油井取樣分析，以及數據綜合解釋等方面進行了系統性的研究與探索。

如何保證高質量的施工工藝流程，示蹤劑的有效產出以及低成本的測試理念，在指導后續取樣井調整和提高剖面改善措施針對性中有著突出意義。

1 技術原理

井間示蹤劑技術是在注入井中加入與注入流體性態同步的物質，在采出井檢測該物質的產出情況，據此研究被示蹤流體的運動狀況，從而判斷井間連通性并完成井間參數分析與解釋的一種技術。

1.1 井間示蹤技術的應用價值

（1）了解注入井與采油井的目前連通情況；

（2）了解注入流體推進方向、驅替速度、注采流線、波及參數（面積、體積、系數）等信息；

（3）確定油層平面，縱向上的儲層非均質性，以及剩余油飽和度分布；

（4）確定孔道大小，為調剖堵水劑篩選及用量提供參數；（5）評價工藝措施效果。

1.2 發展歷程

對于化學（無機鹽類）示蹤劑，興起于20世紀50年代，目前常用的產品有硝酸鹽、硫氰酸鹽、溴化鈉、碘化鉀，異丙醇等物質，來源廣泛，檢測方法便捷，可實現現場檢測，但檢測誤差較大，用量大，成本較高，同時會影響地層水礦化度。70年代，出現放射性同位素示蹤劑，以氚及氚化物為代表，測試精度高，在注入剖面測試中應用廣泛，但對地層會產生放射性污染，HSE控制較為嚴格。20世紀80年代應用的穩定性同位素示蹤劑，將化學物質標記上非放射性同位素元素，氘及其化合物為代表，需用中子活化法測量其放射性活度，具有操作局限性。對于20世紀80年代以后發展起來的微量物質示蹤劑，其主要成分是將稀土元素經過各種化學反應形成的絡合物，種類多，彼此無干擾，且無毒、無放射性，具有極強的熱穩定性及生物穩定性，具有測試技術完善、精度高的優勢，但成本較高。

有機微量物質示蹤劑是一種新型示蹤劑，目前已在各大油田規模應用。具有成本低、穩定性好、無吸附性、精度高等特點，其種類多（10種以上，常用8種）[1]，可滿足多井組、多層位同時注入。表1為示蹤劑技術發展歷程。

表1 示蹤劑技術發展歷程

1.3 檢測設備

（1）無機鹽類示蹤劑檢測設備為UV可見紫外分光光度計及便攜式分光光度計；

（2）非放射性（穩定性）同位素示蹤劑品種較少，取樣后仍需通過室內的原子反應堆激活，用中子活化法測量其放射性活度，而且只能由原子能機構進行室內檢測操作；

（3）微量物質示蹤劑檢測設備為ICP-MS（精度<10-9）檢測儀；

（4）有機微量物質示蹤劑檢測設備為Agilent G6460（精度<10-9）液相色譜-質譜聯用儀。

1.4 解釋軟件

具有多套油藏動態分析及示蹤劑解釋軟件，能夠對示蹤劑解釋進行分析，為油藏人員提供有力參數。微量物質示蹤技術是向井中注入微量示蹤劑，然后按照一定的取樣規定嚴格取樣，并利用電感禍合等離子質譜，對樣品進行分析，繪制出各個井的產出曲線。根據曲線特征進行擬合處理，從而研究分析儲層的地層參數，最后通過數學模型及綜合分析解釋，研究儲層非均質性和剩余油分布規律。微量物質示蹤技術實現了從定性到定量的轉變，能有效地反映地下流體的分布狀況和運動規律，同時可以取得相關的地層參數，從而定量地評價儲層非均質狀況。

常用解釋軟件包括：解析法軟件、數值法軟件、半解析法軟件。

2 示蹤劑監測技術工藝流程

2.1 信息收集

對目標井的地質信息、儲層性質、流體物性、生產情況、管柱結構、鉆完井過程、PLT測井等井史進行熟悉并進行信息收集。

2.2 示蹤劑評價實驗及室內篩選

取現場水樣及巖樣，開展示蹤劑篩選實驗。

（1）取注入水及油井產出水兩批，每批1L，隔一天取一次。對水井的注入水和對應油井的產出水測定示蹤劑的背景濃度，作為投放示蹤劑后判斷示蹤劑是否到達油井的對比數據；

（2）巖樣為待注層巖樣，以便分析示蹤劑的靜態及動態吸附能力；

（3）開展微量物質示蹤劑/有機微量物質示蹤劑篩選評價實驗，包括地層中背景濃度的測定、熱穩定實驗研究、配伍性實驗研究、靜態及動態吸附實驗研究。

通過室內評價設備及完善的室內評價技術，對動態驅替進行評價，對檢測譜圖進行生成，能夠針對目標油藏條件，對各種示蹤劑開展全面的室內評價及科學篩選。

2.3 工藝設計

示蹤劑用量設計，采用最大稀釋體積法計算，見式（1）。

式（1）中：μ為保障系數，選取主要考慮示蹤劑的有效產出、地層吸附、井筒內及井網外稀釋作用等；MDL為最低檢測濃度，微量物質示蹤劑取本底濃度，氟苯甲酸示蹤劑取儀器最低檢測 限[2]。2-FBA為0.4μg/L，2,6-FBA為0.1μg/L，2,3,4,5-FBA為0.05μg/L；V為最低稀釋體積。

式（2）中：R為注入井與待測油井的井間距；h為待注層的平均厚度；φ為待注層內的平均孔隙度；Sw為待注層內的原始含水飽和度。

根據經驗，微量物質示蹤劑/有機微量物質示蹤劑用量100~200kg。

2.4 注入設計

注入參數設計：

示蹤劑注入速度：與注水速度保持一致；

示蹤劑注入濃度（微量物質示蹤劑/有機微量物質示蹤劑）：（1 000~5 000）×10-9

對于海上油田，示蹤劑常用注入設備見表2。

表2 示蹤劑注入設備

2.5 礦場施工

（1）設備連接：連接注入設備，試壓，見圖1。

圖1 現場施工流程圖

（2）現場配液：示蹤劑混配后，攪拌時間應大于0.5h，保證充分溶解。

（3）現場注入：注入壓力、排量與注水壓力、排量保持一致。注入示蹤劑后，需注頂替段塞，為保障示蹤劑見劑，結合井距及注入量，需合理設計示蹤劑段塞大小，同時設計清洗段塞，防止作業過程中發生示蹤劑對非目標層的污染。

（4）若為多層示蹤，需通過鋼絲繩或電纜測調作業進行換層。

3 取樣檢測及解釋分析

3.1 取樣設計

（1）投加示蹤劑前3d，每天取監測井的水樣一次；

（2）注入示蹤劑后一周，每天在各監測油井取水樣2次（12h/次），進行油水分離并過濾，將處理后水樣裝入樣品瓶中（100mL），樣品瓶上標注日期井號，低溫環境下保存。一周后，每天取水樣1次，遇到異常現象時要加密取樣；

（3）定期將水樣返回陸地實驗室檢測；

（4）根據檢測數據，繪制示蹤劑產出曲線。示蹤劑產出曲線上峰值回到本底濃度時，即可停止取樣檢測。

3.2 樣品檢測

（1）井口取樣：監測前兩周一天兩次，后期一天一次。

（2）脫水：沉降法、離心法、加熱法。

（3）過濾：濾紙+微孔濾膜。

綜上，對于無機鹽類示蹤劑，可進行現場檢測。對于微量物質示蹤劑及有機微量物質示蹤劑，需要標注貯存后進行實驗室檢測。同時通過平行樣檢測、備樣檢測、盲樣檢測等進行質量控制。

3.3 解釋分析

目前示蹤劑解釋包括定性、定量兩方面。定性分析結果主要是利用測試數據直接獲得；定量計算是利用半解析方法對產出曲線進行擬合分析，從而得到井間各項參數。

對于注入流體推進速度與方向、井間注采連通層位、示蹤劑回采率可以通過直接測試獲取[3]，大孔道/高滲層參數、大孔道體積無效水循環比例等信息結果可以通過擬合計算獲取。

①建立多層地質模型，縱向上以“層”為最小研究單位；②應用距離加權方法進行差值計算建立數值模型，得出目前的壓力場，進而追蹤流線得到流體的流動軌跡；③在此基礎上輸入示蹤劑產出資料；④利用解析法計算每條流線上示蹤劑產出濃度；⑤調整流線上的厚度、滲透率等自變量，利用遺傳算法擬合示蹤劑產出曲線。

4 結束語

1）對于中海油井組示蹤劑篩選原則，參考標準Q-HS 2029—2006“ 海上油田化學示蹤劑注入及檢測規范”及QSY 127—2005“ 水驅油田井間示蹤技術規范”；

2）根據海上油田儲層性質和流體物性，參照實驗評價結果，綜合考慮渤海油田井組所選藥劑及其成本，確定井組目標示蹤劑，及時反饋見劑信息；

3）示蹤劑技術逐漸從單純的井間監測拓展到了水平井壓裂等領域，必將應用于更多措施中。通過多用途，多井、多層、多輪次示蹤劑的注入要求，對多種類、智能型示蹤劑進行技術攻關，來滿足油公司多元化的油水井動態監測需求。