痕量化學示蹤劑定量評價礫巖儲層體積壓裂改造效果

水平井和大規模水力壓裂組合技術是開發致密礫巖油藏的關鍵。良好的壓裂改造效果對礫巖油藏的高產、穩產起到重要作用，然而礫巖儲層壓裂改造效果評價至今仍存在諸多問題。為此，使用理論分析和現場試驗相結合的方式，基于痕量化學示蹤劑定量評價了礫巖儲層體積壓裂改造效果，介紹了痕量化學示蹤劑的技術原理和實施方案，歸納了示蹤劑的產出曲線特征，圍繞產出貢獻、裂縫形態、井間干擾3個方面進行分析，并討論了縫網形態診斷方面的問題。研究結果表明：痕量示蹤劑產剖技術能夠有效識別水平井各壓裂段的靜態與動態產出情況，監測的3個壓裂段貢獻了全部產油量的51%；測試井共有“寬多峰”“寬峰偏態”“尖峰偏態”“尖單峰”4種特征，8個監測段均表現為“寬多峰”，反映壓裂段有多條裂縫，屬于復雜的裂縫特征；示蹤劑返排越早，裂縫的產出能力越強、滲透率越高；反之則代表裂縫導流能力較差、滲透率較低；利用示蹤劑在不同井的產出量計算了產出率，從而量化了井間連通性的強弱。研究結果可為致密礫巖油藏壓裂改造效果評價及高效開發提供重要的理論和現場指導。

礫巖儲層；示蹤劑；水力壓裂；井間干擾；裂縫形狀；產出貢獻；改造效果

中圖分類號：TE357

文獻標識碼：A

DOI： 10.16082/j.cnki.issn.1001-4578.2024.12.013

基金項目：中國石油天然氣集團有限公司項目“礫巖油藏規模增儲上產與提高采收率關鍵技術研究”（2023ZZ24）；新疆油田分公司項目“火山巖油藏有效動用與提高采收率技術”（2024HSYC）。

Quantitative Evaluation on Volume Fracturing Effect of Conglomerate

Reservoir Using Traces of Chemical Tracers

Zheng Aiping1" Song Dong1" Qin Yao2" Li Ning1" Jia Yufeng1" Zhang Wandong2

（1.Heavy Oil Development Company，PetroChina Xinjiang Oilfield Company；2.Karamay Chenguang Co.，Ltd.）

The horizontal well and extensive hydraulic fracturing combination technology is the key to developing tight conglomerate reservoirs.Good fracturing effect plays an important role in the high and stable production of conglomerate reservoirs.However，there are still many problems in evaluating the fracturing effect of conglomerate reservoirs.Therefore，based on traces of chemical tracers，the theoretical analysis and field test combination method were used to quantitatively evaluate the volume fracturing effect of conglomerate reservoirs.The technical principles and implementation plan of traces of chemical tracers were introduced，and the production curve characteristics of tracers were summarized.Analysis was conducted around three aspects： production contribution，fracture morphology，and interwell interference，and issues related to fracture network morphology diagnosis were discussed.The research results show that the production profile technology of traces of tracer can effectively identify the static and dynamic production of each fracturing section in horizontal wells，and the three monitored fracturing sections contribute 51% of the total oil production.The test well has four characteristics：“wide multiple peaks”，“wide peak skewness”，“peak skewness”and“single peak”.All eight monitoring sections show“wide multiple peaks”，reflecting the presence of multiple fractures in the fracturing section，which belong to complex fracture characteristics.The earlier the tracer flows back，the stronger the fracture production capacity，and the higher the permeability is.On the contrary，it represents poor fracture conductivity and low permeability.Finally，the production rate was calculated using the production of tracers in different wells，thus quantifying the strength of interwell connectivity.The research results provide important theoretical and field guidance for the fracturing effect evaluation and efficient development of tight conglomerate reservoirs.

conglomerate reservoir；tracer；hydraulic fracturing；interwell interference；fracture shape；production contribution；stimulation effect

0" 引" 言

準噶爾盆地之中的瑪湖凹陷蘊藏著世界上最大的礫巖油田，具有廣闊的開發前景［1］。與常規砂巖儲層不同，礫巖儲層具有較強的非均質性、復雜的孔隙結構及雜亂的礫石分布，使得礫巖油藏的滲流規律表現出諸多的異常特征，如不同層之間的排驅壓力差異大等，這加大了礫巖油藏開發的難度［2-3］。薛晶晶等［4］提出準噶爾盆地二疊系致密礫巖屬于低-特低孔、低-特低滲致密儲層，裂縫發育、成巖效應以及異常高壓是致密礫巖儲層形成有效儲層的有利條件。常天全等［5］認為取樣巖心水敏傷害后滲透率明顯下降，下降幅度與儲層敏感性黏土礦物的含量呈正相關，膠結造成巖心孔隙度及分布頻率與原始狀態比較表現出一定的差異，水敏系數同伊/蒙層黏土在石英和黏土中占比的相關性最好。崔雁虎等［6］試驗得出滲透率、孔隙度與可動流體飽和度呈正相關，孔喉連通性越好、物性越好，可動流體含量越高；黏土礦物填充減小孔隙空間，導致束縛流體含量增加。前人的研究在礫巖儲層沉積、滲流及流體動用方面取得了一定的進展，為制定合理的致密礫巖開發方案奠定了相應基礎。

鄭愛萍，等：痕量化學示蹤劑定量評價礫巖儲層體積壓裂改造效果

截至目前，水平井和大規模水力壓裂仍然是開發致密礫巖儲層的主體技術［7-9］。唐慧瑩等［10］通過試驗、有限元、邊界元綜合方法得出：致密礫巖儲層在地應力差下表現為繞礫和分叉，高應力差下會形成穿越礫石、轉向的規律，基于現場壓裂裂縫擴展模擬，驗證了宏觀裂縫形態的合理性。鄒雨時等［11］開展了致密礫巖加砂壓裂與裂縫導流能力試驗，通過3D打印對礫巖壓后的粗糙縫面進行了重構，分析了縫面參數對裂縫導流能力的影響，因基質含量高、硬度較低，使雜基支撐的細礫巖縫內支撐劑嵌入較為嚴重。任廣聰等［12］基于井組最優累計產油量優化了礫巖儲層水平井組重復壓裂的時機，加密井不生產，井組重復壓裂時機為最晚投產井投產后第4年；加密井生產，井組重復壓裂時機選擇為最晚投產井投產后的第3年。然而，致密礫巖油藏壓裂效果是實現其經濟高效開發的關鍵，對壓裂改造效果進行評價顯得尤為重要。壓裂后形成的裂縫網絡能夠控制單井產量，壓后形成縫網的情況如何決定著致密礫巖油藏的開發效果。目前監測縫網的方法有微地震法［13］、壓裂液返排信息反演法［14］及生產動態分析法［15］。上述方法均存在較大的局限性，如微地震法成本較高，很難做到對每口井進行施工評價，壓裂液返排受施工工序影響較嚴重，生產動態分析存在著多解性。

伴隨著壓裂改造效果評價的需要，壓裂時常向壓裂液中添加一定量的示蹤劑，示蹤劑跟隨壓裂液進入裂縫內，壓裂施工結束后進行壓裂液返排，示蹤劑也被返排至地面，用以評價每段產業貢獻率和壓裂改造效果［16-22］。A.SALMAN等［23］基于示蹤劑返排曲線的特征，給出了壓裂裂縫復雜程度和示蹤劑曲線之間的對應關系，評價了壓裂改造效果。李華洋等［24］綜述了示蹤劑在國內外的發展歷史、分類、作用、解釋技術等，按理化性質將示蹤劑分為化學類示蹤劑、放射性同位素類示蹤劑、穩定性同位素類示蹤劑及微量物質類示蹤劑。微量物質類示蹤劑具有成本低、用量少、無放射性等優點，目前在油田的示蹤技術研究上應用較為廣泛。

本文基于痕量化學示蹤劑定量評價了礫巖儲層體積壓裂改造效果；介紹了痕量化學示蹤劑的技術原理、實施方案，歸納了示蹤劑的產出曲線特征，結合產出貢獻、裂縫形態、井間干擾3個方面進行了分析，并討論了縫網形態診斷方面的問題。研究結果可為礫巖油藏壓裂改造效果評價提供一定指導。

1" 痕量化學示蹤劑介紹

目前，以頁巖油氣、致密油氣為代表的非常規油氣需要通過水平井和多級水力壓裂組合技術改造才能達到經濟產量。各段壓裂后需要了解壓裂液的返排情況、不同時期各段的產液狀況、生產初期產液剖面及各層的貢獻率；同時，需要評價各段的壓裂效果，以選擇合適的壓裂液、優化壓裂規模，進而降低壓裂成本，提高油氣采收率。為此，提出了一種新的非放射性示蹤劑分段壓裂監測技術，通過在不同監測段加入不同種類的示蹤劑，壓裂完成后返排時進行取樣、檢測，得到示蹤劑的產出曲線，對于監測分段壓裂改造效果具有一定的指導意義。

1.1" 技術原理及主要特點

非放射性化學示蹤劑測試技術是一種原理可靠、操作簡單的新型生產測井技術，有效解決了常規生產動態測井中存在的問題。其主要原理是在分段壓裂施工泵注過程中，將一定量對應的油、水及氣溶性示蹤劑加入壓裂液中，示蹤劑隨壓裂液進入壓裂儲層裂縫和孔隙。油、水及氣示蹤劑與每段儲層中油相、水相及氣相接觸時分別會快速溶解到油相、水相及氣相中。在地層條件下壓后返棑生產時，對應每段油、水及氣示蹤劑會跟返排液中的油、水及氣一起返排至地面。根據油、水及氣產出量解釋水平井在不同時間時，不同層段產油量、產水量、產氣量及不同層段產量貢獻率等參數。

示蹤監測技術與傳統測井工具（PLT）、分布式聲波傳感（DAS）與分布式溫度傳感（DTS）光纖測井原理不同，具有適用范圍（水平井、大斜度井、特殊管柱井、高含水井、低產液井）廣、工藝簡單、風險低、監測時間長，無需井下作業等優點，同時能夠分析井間干擾程度。具體差異如表1所示。

1.2" 技術方案及用量優化

壓裂施工井A的基本情況如下：斜深4 344.00 m，垂深2 925.98 m，水平段長1 306.00 m。根據地質工程一體化的分段分簇結果，A井在2 900.00～4 317.50 m長度內共分18段36簇，單段2簇，簇間距37.90 m，改造段長1 323.52 m。單井設計總加砂量1 265.00 m3。

示蹤劑注入基本流程設計如下：①將各段獨有的非放射性化學示蹤劑在加砂前隨壓裂液泵入地層；②返排測試階段，返排液攜帶該段特有的水示蹤劑至地面，產出油（氣）攜帶此段獨有的油（氣）溶性示蹤劑至地面；③在井口返排測試時密集采集返排液及油氣樣品；④通過室內色譜分析采集樣品中不同示蹤劑的含量，由于示蹤劑充分溶解或分散于壓裂液體或地層流體中，各段獨有的示蹤劑所占比例則為該段的返排或產油氣比例，從而獲得不同層段的儲層改造效果及產出剖面情況。

水劑的注入量取決于各層段壓裂液注入量及水溶性示蹤劑在水中飽和度。計算該層段水溶性示蹤劑投加量，計算式如下：

Qw=αCwcVp（1）

式中：Qw為單段水溶性示蹤劑質量用量，g；Cwc為水溶性示蹤劑在水中的飽和度，g/m3；Vp為單段壓裂液的總量，m3；α為水溶性示蹤劑的安全系數，無量綱。

若單段按照1 500 m3壓裂液計算，則單段水溶性示蹤劑量為3 000 g，將3 000 g配制成5 L的水溶性示蹤劑溶液，便于現場泵注。

根據各種油溶性示蹤劑在原油中的飽和度及要標記的原油總量，可以計算出每段的油溶性示蹤劑用量：

Qo=μβ（2XfhpLsφSo）Coc（2）

式中：Qo為單段油溶性示蹤劑用量，g；Xf為預期的裂縫半長，m；hp為預期有效供產儲層厚度，m；Ls為壓裂段長度，m；φ為壓裂段儲層平均孔隙度，%；So為含油飽和度，%；Coc為油溶性示蹤劑在原油中的飽和度，ng/L；β為油溶性示蹤劑的安全系數，無量綱；μ為掃及系數，%；

若按照單段預估原油產量1 000 t，則單段油溶性示蹤劑量為4 500 g；然后將4 500 g配制成5 L的油溶性示蹤劑溶液，便于現場泵注。

1.3" 示蹤劑產出曲線特征

示蹤劑隨著壓裂液注入油井后，首先沿壓開的裂縫進入地層，通過壓裂液驅動，到達壓裂縫最遠端。壓裂結束后，在生產壓差作用下，示蹤劑伴隨地層流體向井筒回流，這時示蹤劑的產出曲線會出現峰值；同時由于壓裂效果和裂縫參數不同，曲線的形狀也會有所不同。這里通過壓裂得到了18條產出特征曲線，圖1僅列舉了部分曲線。

由圖1可以看出：各類曲線具有明顯差異，有些示蹤劑產出質量分數迅速達到峰值，之后又快速下降，如圖1i所示；有些示蹤劑見劑后，產出質量分數較快達到峰值，之后緩慢下降，質量分數下降持續時間長，如圖1c所示；有些示蹤劑產出質量分數能夠較快速達到較高水平，示蹤劑返排持續穩定時間長；有些示蹤劑快速產出，在短期內示蹤劑質量分數迅速升高，同時又迅速下降，如圖1d所示。

施工曲線形態表如表2所示，包括寬多峰、寬峰偏態、尖峰偏態、單尖峰4種類型，累計段數分別為8段、8段、1段、1段，以寬多峰和寬峰偏態為主導，尖峰偏態和單尖峰段數較少。

2" 壓裂改造效果定量評價

2.1" 產出貢獻評價

影響分段體積壓裂水平井產能的因素較多，準確分辨主要及次要因素對水平井壓裂設計具有重要意義。產油量受地質和工程2大因素影響，基于示蹤劑產出剖面，比較各個參數對體積壓裂水平井產能影響程度的強弱。

圖2為各段油和水產出剖面圖。圖2中數字代表每一段，紅色柱狀條代表產油所占的比例，藍色柱狀條代表產水所占的比例，累計貢獻率為100%。圖3為段長與累計產液的關系。結合圖2和圖3可知：有11段產油貢獻率低于1.0%；3段產油貢獻率高于2.5%，日產油量高于1 t，此3段貢獻了全部產油量的51%。各段排液產水貢獻不均衡，有5段產水貢獻率在1%以下；3段高于10%，日產水量高于5 m3，此3段貢獻了全部產水量的49.4%。段長與產油量呈負相關，過長的井段不利于地層中液體注入后裂縫的起裂，導致改造并不充分，影響壓裂效果。平均段長越短，其每米壓裂段產油量越高，過短會影響壓裂液的效率。該結論驗證了目前壓裂設計施工中所采用的“密切割”的做法。對于無法實現復雜裂縫的改造，通過“密切割”也可以起到較好的效果。綜合來看，段長為60～75 m時，產油量較高。

圖4和圖5分別為入地總液量、用液強度與累計產油量的關系。隨著入地用液量的增加累計產油增加。隨著入地用液強度的增加累計產油量增加，但也存在著異常，可能是壓裂液過度濾失導致。總體來說，入地總液量、用液強度與產油量呈正相關。

fluid and cumulative oil production

cumulative oil production

2.2" 裂縫形態評價

對油水示蹤劑按照產出物質量歸一化處理，得到產出質量分數曲線，如圖1所示。根據示蹤劑質量分數歸一化產出曲線可劃分4類示蹤劑產出形態，如圖6所示。

圖6中模坐標為示蹤劑產出時間t。尖峰偏態曲線為壓開1條或多條主裂縫的同時形成大量微縫，示蹤劑滲流通道初期以主縫動用為主，后期微縫、基質網絡持續動用。寬峰偏態反映為較為均勻的縫網系統，此類型曲線反映滲流以微裂縫為主，主裂縫發育為輔。寬多峰曲線表示壓裂段有多條裂縫，各級別裂縫導流能力差異較小。尖單（多）峰是以單一裂縫為主的裂縫系統中滲流，壓后返排階段，由于示蹤劑的主要滲流通道是單一裂縫，所以快速產出，短期內示蹤劑質量分數迅速升高后又迅速下降，曲線關于峰軸基本對稱，半幅度峰寬一般大于峰基底寬度的30%，表現為尖單峰形態，此類型曲線反映壓裂段為單一主裂縫發育。

2.3" 井間干擾評價

壓裂施工井A在施工過程中與先前壓裂井B形成了井間干擾，根據示蹤劑返出數據分別統計2井檢測到的示蹤劑型號，確定這些示蹤劑是從壓裂施工井A哪些壓裂段注入的，也就確定了壓裂裂縫連通段的位置，即壓裂施工井A哪些段壓裂裂縫與先前壓裂井B裂縫連通。圖7為井間串通示蹤劑監測結果。由圖7可知，先前壓裂井B的高質量分數見劑層段，也是壓裂施工井A的高產出部位，說明2井之間存在顯著連通。

為進一步驗證井間干擾情況，做先前壓裂井B井口壓力隨著累計產液變化的相關曲線，如圖8所示。壓裂施工井A施工前，先前壓裂井B井口壓力及流壓與產量存在顯著線性關系；壓裂施工井A投產后，先前壓裂井B井口壓力曲線向下偏移，斜率加大，進一步說明2井之間存在干擾。

基于不同種類示蹤劑在本井和鄰井產出濃度，確定各示蹤劑產出量對比值，從而判斷井間連通強

弱。分2個部分：①單井油（水）溶性示蹤劑采出總量占全部井油（水）溶性示蹤劑采出總量比例；②單段的油（水）溶性示蹤劑在所有鄰井采出總量占該段油（水）溶性示蹤劑在所有井采出總量比例，如表3和表4所示。水溶性示蹤劑在壓裂施工井A產出率為99.1%，先前壓裂井B產出率0.9%；油溶性示蹤劑在壓裂施工井A產出率為92.1%，先前壓裂井B產出率7.9%。

3" 討論與建議

痕量化學示蹤劑為實驗室合成有機化合物，在自然界中不存在、非常惰性，基本不與任何物質發生化學反應。油溶性示蹤劑主要為環烴；氣溶性示蹤劑主要為芳烴；水溶性示蹤劑主要為有機氟鹽。因此，痕量化學示蹤劑可以強化地質-工程一體化認識。后期采用痕量化學示蹤劑在新投井區開展測試，為后續優化水平井參數設計、分析地質工程甜點位置和壓裂設計等提供有效依據。結合痕量化學示蹤劑數量化了裂縫流動特征，反映裂縫復雜程度及非均質性。造縫復雜程度不足，或流動單元非均質性過強都屬于不利于產出條件。

在水平井示蹤劑產液剖面監測的過程中，對監測井下入永置式壓力計，利用產量不穩定分析方法不需關井，取得地層壓力、油藏模型、地質參數，劃分不同時間的流動特征，并與動態示蹤劑產液剖面結合分析，能夠取得更好的分析效果。

4" 結" 論

（1）痕量示蹤劑技術能夠有效識別水平井各壓裂段的靜態與動態產出情況，明確各段貢獻程度。測試井不均勻產油特征顯著，各段產油貢獻不均衡，監測期間有11段產油貢獻率低于1%，3段產油貢獻率高于2.5%，日產油量大于1 t，此3段貢獻了全部產油量的51%；各段排液產水貢獻不均衡，有5段產水貢獻率在1%以下，3段高于10%，日產水量大于5 m3，此3段貢獻了全部產水量的49.4%。

（2）測試井共有“寬多峰”“寬峰偏態”“尖峰偏態”“尖單峰”4種特征。“寬多峰”反映壓裂段有多條裂縫，屬于復雜的裂縫特征，其產液量及產油量也相對較高。越早見油則其累計產油量越高，示蹤劑返排越早，裂縫產出能力越強、滲透率越高；反之裂縫導流能力較差、滲透率較低。

（3）壓裂施工井A與先前壓裂井B存在較為顯著的連通關系，先前壓裂井B的高質量分數見劑層段，也是壓裂施工井A的高產出部位，主要連通部位在中部和趾端，距離較遠的跟端見劑較少。通過示蹤劑在不同井的產出率，量化了井間連通性的強弱。

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第一鄭愛萍，女，教授級高級工程師，生于1973年，現從事重油開發研究工作。地址：（843000）新疆維吾爾自治區克拉瑪依市。email：zap_zy@petrochina.com.cn。

通信作者：宋棟，工程師。email：songdong66@petrochina.com.cn。2024-08-27王剛慶