示蹤劑監測技術在儲層均質性和油層連通性中的應用

曹 新，王林杰，于兆坤.

(中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452)

油田大規模注水開發過程中，由于油藏儲層的非均值性，導致注入水指進、錐進，大量注入水進入高滲透層，改變原有注入水的水驅通道。油田開發過程中，井間示蹤劑監測為獲取目標井組儲層均值性、油層連通性及周邊油井對應關系，被廣泛應用于油田增產措施作業。

1 目標井井組概況

海上某油田A13井組對該區儲層均質性[1]、油層的連通性與周邊油井對應關系的判斷不夠充分，通過對該區注水井注入示蹤劑，進一步加深對該區的認識，為后續的油田開發提供指導性建議。

A13為一口注水井，該井目前日注水量為562 m3，注入壓力為9.3 MPa。A13井對應的受益井包括A17、A7、A16、A15、A12h、A35h、A25h1、A24h、A10、A34井。

表1 A13井組生產層位Table 1 A13 production layers

2 測試井組目標示蹤劑優選

示蹤劑運移是指通過向注水井注入一種水溶性示蹤劑，示蹤劑從注水井注入后，首先隨著注入水高滲透層[2]進入生產井，中低滲透層會在高滲透層的示蹤劑從周圍監測井的水樣見劑后繼續產出示蹤劑[3-6]，示蹤劑在儲層的縱向運移如圖1、平面運移如圖2所示。

圖1 示蹤劑縱向運移機理Fig.1 Mechanism of longitudinal transport of tracer

圖2 示蹤劑平面運移機理Fig.2 Mechanism of plane transport of tracer

示蹤劑篩選原則[7]為：①示蹤劑在待注層的巖石和地層水中的含量極少；②化學穩定，生物穩定，不與待注層巖石及流體發生化學反應；③待注層巖石對示蹤劑的吸附??；④分析方法簡單可靠，靈敏度高；⑤無毒、安全。 篩選過程是：結合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》， QSY 127—2005《水驅油田井間示蹤技術規范》。本次實驗主要考察受益井的本底濃度，并開展配伍性實驗，保證監測結果的合理性及準確性。

本次實驗主要對測試井組注入水及地層水進行示蹤劑本底濃度測定，優選測試井組目標示蹤劑。由于氟苯甲酸示蹤劑為人工合成物質，其在各油田水樣中均無本底(之前施工過除外)。經取樣檢測，目前A油田CEPA平臺注入水和4口受益井的氟苯甲酸示蹤劑本底濃度均為0，符合示蹤劑篩選中要求本底濃度低的原則。

本次實驗主要檢驗地層水與示蹤劑的配伍性，如兩者配伍性不好，會有沉淀產生，導致對地層產生傷害，并會對井眼或地層造成堵塞，影響后續注水作業；如果產生某些化學變化，不但會傷害地層，而且會影響示蹤劑的有效檢出。實驗選擇以下4種示蹤劑(表2)，用注入水配制一定濃度溶液，在油藏溫度條件(65 ℃)下，試驗72 h，觀察其體系有無沉淀及化學變化，以之前應用過此類示蹤劑的油田實驗結果為例。

表2 示蹤劑配伍性及注入水本底濃度實驗數據Table 2 Experimental data on compatibility of tracer and background concentration of injected water

從配伍性實驗結果可以看出，4種示蹤劑與地層水配伍性良好且二者之間不發生干擾。參照實驗結果，考慮藥劑成本因素，確定A油田A13井組的目標示蹤劑為4-FBA。

3 工藝設計思路

3.1 示蹤劑用量計算

為保障措施成功率，用量設計時，采用最大稀釋體積法進行計算，同時考慮井網外的稀釋、示蹤劑有效檢出、地層吸附等因素。

本次測試采用的示蹤劑注入量計算公式如下[8-9]：

A=μ·MDL·V

式中μ——保障系數，其目的是消除各種天然和人工不利因素的影響，保障注入的示蹤劑可以被檢測到，其數值一般根據經驗來確定。

MDL——最低檢測濃度，可以是儀器的分析檢測限，也可以是最大本底濃度，一般取兩者中的最大值。

V——地層最大稀釋體積。

V可以表示如下：

(2)

式中n——待注層內小層數；

Ri——注入井與周圍油井在待注層內i小層上的平均井距的數值，m；

hi——待注層內i小層的平均厚度的數值，m；

φi——待注層內i小層的平均孔隙度的數值；

Swi——待注層內i小層目前平均含水飽和度的數值。

3.1.1 注、采井井距L

注、采井井距根據井組內各井坐標計算得出，見表3。

3.1.2 油層平均厚度h

主要通過測井解釋的結果，統計出有效油層厚度，具體統計結果見表4。

表3 A13井組各層平均井距Table 3 Average distance of A13 well group at each level

3.1.3 平均孔隙度Ф

主要通過測井解釋的結果，統計出各井孔隙度，具體統計結果見表5。

3.1.4 儲層平均含水飽和度Sw

目前平均含水飽和度取70%。

3.1.5 各層目前水體體積的計算

計算結果見表6。

3.1.6 最低檢測濃度MDL

MDL與示蹤劑的本底濃度、儀器最低檢測限有關：當地層中本底濃度很低時(或者幾乎沒有)，MDL主要參考化驗儀器的靈敏度；當地層中本底濃度較高時，高于檢測儀器的最低檢測濃度，要參考地層中的本底濃度。氟苯甲酸示蹤劑取最低檢測濃度，4-FBA為0.3 μg/L 。

表4 A13井組各層厚度Table 4 Thickness of A13 well group at each level

表5 A13井組各層孔隙度Table 5 Porosity of A13 well group at each level

表6 A13井組各層水體體積Table 6 Volume of water bodies of A13 wells at each level

3.1.7 保障系數μ

保障系數的選取主要考慮二線井情況、示蹤劑的有效產出、地層吸附、井網外稀釋作用。

參數確定后，計算A13井組示蹤劑的藥劑用量，結果見表7。

3.2 注入段塞設計

(1)注入示蹤劑過程中，保持注入井正常的注入速度和注入壓力，與注水井注水量及壓力保持一致。如果平臺注水量過大，可以采取調小注水量在線注水方式進行示蹤劑溶液注水(示蹤劑注入速度+調整后的注水速度=該井的油藏配注速度)。目前A13井油藏配注562 m3/d，為23.4 m3/h，注入量過大，考慮采用不停注水在線注入方式。

表7 A13井組示蹤劑用量計算結果Table 7 Calculated results of tracer dosage of A13 wells

(2)控制示蹤劑的注入排量及注入時間大于12 h，確定示蹤劑溶液注入量為5 m3/h，調整平臺注入水排量為18.4 m3/h，保證示蹤劑能進入地層的高滲透層的同時，中低滲透層也能有示蹤劑的進行，確保后期示蹤劑解釋的準確性。

示蹤劑注入段塞設計見表8。

表8 示蹤劑注入段塞設計Table 8 Design of tracer injection plugs

4 現場施工及檢測

4.1 優化注入方式

A13井于2017年3月10日完成現場注入。注入過程采用在線注入方式，保證注入速度與平臺注水時的速度一致，即作業過程中調整平臺油藏注水量由原來的23.4 m3/h到18.4 m3/h；示蹤劑藥劑注入速度為5 m3/h，持續注入12 h。小排量、長時間、同平臺注水量注入一致的情況下，保證示蹤劑藥劑在注入過程中進入儲層的高滲透層的同時，中、低滲透層也有藥劑進入，確保后期監測結果的準確性。

4.2 受益井取樣

結合各井的含水情況，對一、二線受益井A17、A7、A16、A15、A12h、A35h、A25h1、A24h、A10、A34采取以下取樣方案：

(1)投加示蹤劑前3天，每天測各監測井的示蹤劑本底濃度一次。

(2)開始注入示蹤劑溶液后一周，每天在各監測油井取水樣兩次，進行油水分離，將水樣標注貯存后及時返回陸地實驗室進行氟苯甲酸示蹤劑檢測。

(3)一周后，降低取樣頻率，每天取樣一次。

(4)取樣瓶做好標記，同時避免取樣及運輸過程中的污染。

(5)若產出液現場脫水困難，將產出液標注貯存后返回陸地實驗室進行脫水檢測。

(6)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。

4.3 樣品檢測

對注水井A13井組周圍10口受益井進行取樣檢測，截至2017年12月26日，共檢測樣品1 897個(檢測日期截至2017.12.7)。

表9 A13井組受益井取樣統計情況Table 9 Sample statistics for beneficiary wells of A13 well group

5 監測結果分析

5.1 受益井產出曲線分析

示蹤劑產出曲線有幾個要素，包括見劑速度、峰值個數、峰值高度、波峰寬度、示蹤劑回采率等。當注水和產出平衡、穩定，地層內壓力不發生突變時[10]，其中見劑速度反映井間高滲層/大孔道滲透率的大小，速度越快，井間水竄通道滲透率越高；波峰個數對應高滲通道的數量，通常幾個波峰對應幾個通道；峰值高度對應高滲通道的厚度，峰值越高，表明高滲通道越厚；波峰寬度對應高滲通道的波及面積，波峰越快，波及面積越大；示蹤劑回采率對應流經水竄通道的注入水量。示蹤劑產出曲線如圖3所示。

圖3 示蹤劑產出曲線Fig.3 The tracer output curve

通常情況下，由于井間大孔道的滲透率高，但其體積相對較小(厚度小、波及面積小)，其示蹤劑產出表現為見劑速度相對較快，波峰高度小，波峰寬度小，示蹤劑回采率比例低；由于高滲水淹層的滲透率相對較低，但其體積較大(厚度大、波及面積大)，其示蹤劑產出表現為見劑速度相對較慢，波峰高度大，波峰寬度大，示蹤劑回采率比例高。

5.2 A13井組檢測結果

從2017年3月8日到2017年12月26日，通過對A13井組受益井A17、A7、A16、A15、A12h、A25h1、A10、A34 、A35h、A24h共計10井次的檢測，實驗室檢測分析，A12H、A16、A17井見劑，通過示蹤劑產出曲線分析，結合見劑時間、峰值濃度、峰值寬度等參數，明確了A13井與A12H、A16、A17井連通，A13井注入水向A12H、A16 、A17井方向突進，井間存在水竄通道，突進速度為2～7 m/d，A12H井示蹤劑見劑濃度相對較高，見劑速度快，持續時間相對較長，該井與A13井間水竄相對嚴重。

表10 A13井組見劑統計Table 10 Statistics of seeing agent of A13 well group

表11 A13井組見劑解釋結果Table 11 Interpretation results of seeing agent of A13 well group

通過擬合產出曲線，得出各層的水竄通道厚度和滲透率分布圖，同時計算出各井的水竄通道位置、厚度、滲透率、孔喉半徑及水竄通道體積。

通過產出曲線擬合得出，A13井與周圍見劑井間的水竄通道主要存在于Ed3Ⅰ小層。

A13井與A17、A16、A12H井間通道的滲透率介于11 000～22 000 mD之間，孔喉半徑為18～27 μm，水竄通道厚度為32～78 cm，屬于井間高滲層，水竄通道總體積為47 378.9 m3。

6 結論及建議

(1)示蹤劑監測從藥劑注入受益井水樣取樣監測，開始見劑，到見劑峰值，到回歸本底濃度，井示蹤劑解釋報告，時間周期較長，一般為6個月左右。A13井組從2017年3月藥劑注入，到12月監測結束，周期長達9個月。如需示蹤劑監測技術指導后續措施作業，需提前安排施工。

(2)示蹤劑受益井見劑時間與作業井注水量大小有關，注入量偏小，則受益井見劑時間偏長，見劑峰值及回歸本底濃度時間相應推遲，無法在較短時間內完成該井組示蹤劑解釋報告，對后續措施作業產生影響。