水平井壓裂稀土元素示蹤監測技術

梁金慧，鄔傳威，張夢麟，管璐，陳馥涵(.天津大港油田圣達科技有限公司，天津 0080； .中國石油青海油田采油三廠，甘肅 敦煌 7600； .西南科技大學，四川 綿陽 600)

0 引言

水平井壓裂技術，就是向油藏中注入高壓液體，在油藏中制造人工裂縫以提高其滲透性，從而提高注采速度的技術。通常壓裂都是分層壓裂，各層段壓裂結束后再一起返排，只能了解整體壓裂效果，無法判斷各層段壓裂液返排情況，壓裂液對各層段的壓裂效果也就不得而知。水平井壓裂稀土元素示蹤監測方法，是通過在不同壓裂層段加入不同的示蹤劑，示蹤劑隨著壓裂液注入水平井后，首先沿壓開的裂縫進入地層，通過壓裂液驅動，向遠端運移。燜井結束后在生產壓差的作用下示蹤劑伴隨地層流體向井筒回流，由于壓裂效果和油層物性的不同，各壓裂層段示蹤劑的產出情況也會有所不同，通過檢測返排液中不同示蹤劑濃度可以判斷各層段壓裂返排效果[1]。

1 示蹤劑的選擇

對于多層段壓裂的壓裂液返排監測，采用稀土元素示蹤劑，其具備以下特點：

(1)地層背景濃度低；

(2)能很好地溶入注入流體，且以流體的速度運移；

(3)吸附量小，穩定性好，不與地層流體及巖石中礦物反應；

(4)分析精度高，用量少，與其他分析手段相比，而質譜分析最高可達 10-15級；

(5)示蹤劑種類多達15種，能夠滿足分層測試、多段壓裂測試的要求；

(6)在各壓裂層段之間注入不同的示蹤劑時彼此無影響，在取樣分析時彼此無干擾；

(7)安全性好，便于操作，適合壓裂施工環境。

2 示蹤劑的用量

示蹤劑的注入量，取決于需要跟蹤返排率的壓裂液的體積[2]。

示蹤劑注入量的計算公式是：

式中：Q為示蹤劑注入量；V為壓裂液設計體積；C為示蹤劑最大產出濃度；μ為經驗系數。

3 現場施工

壓裂施工時，從混砂車加入示蹤劑，不同的層段加入不同的稀土元素示蹤劑，現場根據不同的施工排量均勻調整注入速度，以便保證示蹤劑在壓裂液中的均勻分布。

4 樣品采集

開井返排后開始取樣監測，依據壓裂體積量以及返排時間規劃，制定合適的取樣間隔。取樣時須保證取樣容器內取夠足夠的水量以滿足檢測的要求。取樣容器盡可能使用專用容器，以減少交叉污染；容器材質應為惰性的材料，防止容器與樣品發生化學反應和吸附。

5 樣品檢測

準確量取定量的樣品放入微波消解罐中，同時加入4 mL濃硝酸和1 mL濃鹽酸，在固定的消解溫度和消解時間內對樣品進行消解。消解完成后，定容，搖勻，用濾膜過濾，收集濾液待測。使用電感耦合等離子體質譜儀對樣品進行檢測，記錄樣品中相應稀土元素的濃度。

6 現場實例

6.1 示蹤劑見劑情況

XXX井為一口多層段壓裂水平井，在現場確認具備施工條件后，于該井四個壓裂層段依次注入含鐿、鈥、鉺、銩四種稀土元素的壓裂示蹤劑。以下為XXX井第3、4層段的示蹤劑產出曲線(該井后期關井進行重復壓裂作業導致示蹤劑產出曲線不完整)。 XXX井第3段示蹤劑檢測曲線圖如圖1所示，XXX井第4段示蹤劑檢測曲線圖如圖2所示。

圖1 XXX井第3段示蹤劑檢測曲線圖

圖2 XXX井第4段示蹤劑檢測曲線圖

總體上看，返排初期層段間主要受裂縫異常高壓控制，各段見劑時間不同步。隨著地層壓力下降，各層段示蹤劑陸續排出，層段間更多受壓裂效果和地層物性影響，各段的峰值到達時間出現明顯差別。從關井之前的曲線形態來看，3段、4段的示蹤劑檢測曲線都長時間維持在峰值附近水平，特別是當該井壓力下降后，各段都沒有出現明顯的濃度變化，可能是裂縫閉合導致地層滲流能力減弱，壓裂液的返排速度降低所導致的。另外，第4段的曲線峰值到達時間明顯快于其他3段，說明第4段壓裂初期取得效果也好于第3段。

6.2 示蹤劑回采率分析

示蹤劑回采率是指示蹤劑回采量與注入量之比，該參數是評價壓裂效果和地層物性的重要指標。當攜帶示蹤劑的壓裂液全部返排后，應有效排出大部分示蹤劑，對于壓裂示蹤劑能否獲得較高的示蹤劑返排率，受地層物性、壓裂效果等多方面因素影響。截止到關井前，四個壓裂段的示蹤劑回采率依次為7.60%、11.81%、14.39%、22.72%，通過各段回采率可知，總體上4個壓裂段的回采率都不高，說明大部分示蹤劑滯留在地層中，整體壓裂效果不理想。從各段回采率增長速度來看，每個壓裂層段示蹤劑都是回采率前期增加較快，后期增加緩慢，也反映出XXX井在投產初期壓裂液有較好的返排量，后期可能存在裂縫閉合的情況導致返排量不理想。XXX井各段示蹤劑回采率累積圖如圖3所示。

圖3 XXX井各段示蹤劑回采率積累圖

6.3 示蹤劑產液貢獻率分析

經回采率折算各段的產液貢獻率，四個壓裂段單段產液貢獻率分別為13.45%、20.89%、25.46%、40.20%。在監測期間各段的產液貢獻率存在明顯差距，這種差距一般是壓裂效果和地層物性導致的，但結合本井的實際情況，也可能是壓力、產液快速下降所導致的。從單壓裂段產液貢獻率來看，XXX井中第4壓裂段產液貢獻率40.20%，為主產液段，通常情況下也可以認為主產油段，因此第4壓裂段潛力最大，第3段和第2段次之，第1段最低。

6.4 示蹤劑監測結果應用

根據稀土元素示蹤劑監測結果，XXX井中第4段產液貢獻率最高，后期XXX井在第4段進行了重復壓裂，壓裂后該井平均日增油10 t左右，取得了較好的效果。

7 結語

(1)現場試驗表明，稀土元素示蹤劑可以作為壓裂示蹤劑，在不同壓裂層段分段投放。

(2)通過稀土元素示蹤劑監測，采用質譜分析法檢測不同層段稀土元素示蹤劑濃度，可以準確的得到各層段的示蹤劑回采率。

(3)通過示蹤劑檢測結果，結合具體油井的生產情況，可以計算各個壓裂層段的產液貢獻率，可以解決常規方法無法解決的問題，從物質監測角度對水平井分段壓裂效果進行評估，并為油田開發方案調整優化提供直觀有效的手段。