井間示蹤測試中篩選示蹤劑的方法

董蘭屏，龐巨豐，韓燾，王迎輝，范斐，徐佳

（1 西安石油大學 陜西 西安； 2 中國石油集團測井有限公司長慶事業(yè)部 陜西 西安）

0 引言

井間示蹤技術是一種直接測定油層特性的方法，生產(chǎn)井檢測到的示蹤劑濃度突破曲線，反饋了有關油層特性及開采狀況的信息。這樣我們就可以通過觀察示蹤劑在采油井中的開采動態(tài)，如示蹤劑在生產(chǎn)井的突破時間，峰值大小及個數(shù)、相應注入流體的總量等參數(shù)，進一步研究和認識注入流體的分布及其運動規(guī)律，和油藏的非均勻特性。在綜合研究基礎上，制定可行的提高油田最終采收率的調(diào)整措施。

目前我國的石油產(chǎn)量多數(shù)來源于陸上油田，其中約80%采用注水開發(fā)、12%采用注聚合物開發(fā)、8%采用熱采、氣驅(qū)和混相驅(qū)等其它三次采油技術，注水井和三次采油注入井約占采油井的三分之一，綜合含水已經(jīng)達到85%，而且還有繼續(xù)上升的勢頭。許多油田的綜合含水已經(jīng)超過90%甚至更高。這種嚴峻的形勢，說明我國油田注水開發(fā)的成本和難度都在日益加大，已經(jīng)進入注水開發(fā)的中后期，并正在逐步進入三次采油階段。示蹤劑作為唯一能進入油藏并攜帶出流體和油藏信息的物質(zhì)，已廣泛應用在油田勘探和采油過程中，在監(jiān)測地下油層的分布及走向，聚合物投放與采油井之間的聯(lián)系等方面起著非常重要的作用。

1 井間示蹤劑的類型及應用

目前使用的示蹤劑可以分為5種類型：水溶化學示蹤劑、水溶放射性示蹤劑、氣體示蹤劑、非放射性同位素示蹤劑、穩(wěn)定同位素（Isotag）示蹤劑。

水溶化學示蹤劑又可分為以下幾種類型：無機鹽類，如SCN-、NO3-、Br-、I-、Cl-等，這些都是比較容易得到的，分析也比較簡單，但是有些油田油層流體中常含有高濃度的Cl-和Br-，而硝酸鹽常常受到細菌和油層還原環(huán)境的影響而發(fā)生分解，因此使用時，一定要注意油田的具體條件；染料類，如熒光黃、茜蘇紅、胭脂紅和若丹明等，它們?nèi)菀孜降接蛯訋r石上和分配到油相中，因此，它們不適合于需要定量解釋的示蹤測試，可以用與監(jiān)測油層是否存在裂縫；醇類，如甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇等，這類示蹤劑生物穩(wěn)定性差、投放和取樣時都需加入殺菌劑，以防止因生物降解而引起濃度變化。適用于計算殘余油飽和度。

水溶性放射性示蹤劑，如氚水、C14標記的硫氰酸鹽（14CNS），60Co(CN)6-3，35S，36Cl，22Na等，在使用放射性示蹤劑時，應采取高度安全措施，特別是γ射線的同位素，同時要特別注意環(huán)保問題。目前只有放射弱β射線，低毒性、半衰期長的氚水獲得了比較廣泛的應用。

氣體示蹤劑是指隨氣體流動，用于指示氣體的存在、流動方向和流動速度的示蹤劑。包括氚標記的烴類（如甲烷、乙烷、丙烷）、氪85，六氟化硫，氟化昂，全氟碳等。它主要在用到氣體的注氣混相驅(qū)、非混相驅(qū)和蒸汽驅(qū)中使用，如混相驅(qū)中用的到液化石油氣、富氣、干氣、二氧化碳氣、氮氣，蒸汽驅(qū)中用到的高壓水蒸汽等。

穩(wěn)定性同位素示蹤劑是低碳數(shù)的鹵化有機物，具有無高溫轉(zhuǎn)化、無放射性危害、用量少、現(xiàn)場操作簡便、測量精度高達等特點。它們在水中很容易離解生成離子核素，如果完全同巖石接觸，只有少量的相互作用。這些酸的陰離子不容易分配進入油層殘余油中，他們在熱力學上是穩(wěn)定的，而且抗細菌降解。用氣象色譜直接分析低碳素的鹵酸的最新研究成果，加速了分析速度，并降低了檢測極限，這樣就使分析大量的樣品相對簡單了。

2 示蹤劑的選擇

示蹤劑的物理化學特性及其與油層巖石和流體的相互作用程度，將直接影響示蹤劑的流動特性。它直接關系到示蹤劑能否跟蹤注入流體，反饋注入流體的流動特性，并對最終解釋結果產(chǎn)生影響。因此，選擇出適合于本油田示蹤測試的示蹤劑，是井間示蹤測試的重要環(huán)節(jié)。在選擇示蹤劑時，應考慮到示蹤劑的物理化學性質(zhì)、油藏巖石性質(zhì)、油田水及注入水性質(zhì)、經(jīng)濟以及安全和環(huán)境保護等諸多因素。

示蹤劑的選擇有以下標準：

(1)示蹤劑同所跟蹤的注入流體具有較好的相容性。

(2)示蹤劑不易被細菌吞噬。

(3)示蹤劑與儲層間的流體不會發(fā)生化學反應而生成沉淀物或同位素交換。

(4)示蹤物質(zhì)在注入流體和儲層流體中的本底含量水平，以接近于零為最佳，這便于正確鑒別示蹤劑。

(5)示蹤劑應具有檢驗靈敏度高，易于分析的特性（一般應在15～30min內(nèi)能夠準確的分析一個樣品）。

(6)示蹤劑的化學特性應與原油特性有較大區(qū)別，以避免該示蹤劑與原油相混而影響分析結果，即其在油水間的分配系數(shù)以接近于零為最佳。

(7)示蹤劑在油層巖石上的吸附量為零或很小，以減少示蹤劑在地層中的損失，為示蹤結果的解釋提供有利條件。

(8)化學穩(wěn)定性良好。

(9)低成本、低毒性。

3 油田實踐

以某油礦井組的井間化學示蹤劑測試為例，為進一步明確該油藏的井間連通情況、注入水的流動特性，以及井區(qū)經(jīng)過注水開發(fā)后，油藏孔隙度和物理參數(shù)的變化情況，以深化油藏認識，對油藏進行精細描述，為制訂出有更效的開發(fā)方案提供有力依據(jù)，決定對該注水井7247、7220井組開展井間化學示蹤劑監(jiān)測技術。

7247井組的受益油井主要有7247-1、7247-2、7247-3、7263、7248、7249等6口油井。

7220井組的受益油井主要有7218、7236、7222、7221、7225等5口油井。

為篩選出適應于兩井組使用的示蹤劑，按地質(zhì)提供的注水井及可能受益油井情況，對該井組油水井進行了產(chǎn)出水背景濃度監(jiān)測、示蹤劑在地層靜態(tài)吸附試驗和與地層水配伍性試驗。

(1)井組背景濃度檢測

為篩選出適應于監(jiān)測井組使用的示蹤劑，在注入示蹤劑前，對兩井組注入水及周邊對應油井產(chǎn)出水進行了取樣測定，并將該試驗數(shù)據(jù)作為投入示蹤劑后判斷所投示蹤劑是否在周圍油井中突破的對比數(shù)據(jù)。結果見表1。

表1 井組背景濃度檢測結果表 單位：mg/l

(2)地層靜態(tài)吸附試驗

該實驗是將這幾種示蹤劑溶于1000ml水中，然后將溶液中的800ml加進500g沙（該油藏沙）中，剩余的200ml作為檢測標準保存起來，沙-示蹤劑混合物在70天的時間里每天攪拌一次，在此期間，分析五次混合物樣品，同時分析五次標準樣品。根據(jù)五次樣品的檢測結果，計算出t時刻的濃度C與原始濃度C0的比值，如果不存在吸附，那么C/C0=1。該值的允許誤差因示蹤劑而異，取決于不同示蹤劑公認的分析精度。通過實驗，這三種示蹤劑在該油礦中都不存在吸附現(xiàn)象。

(3)示蹤劑與地層水配伍性試驗

配伍性試驗的目的是檢驗地層水與示蹤劑混合后是否產(chǎn)生沉淀及其它化學變化。試驗用的地層水取樣于4井回注水及表1所列各油井產(chǎn)出水。示蹤劑與地層水按體積比1:5混合，試驗時間72小時，實驗溫度60℃，觀察其變化情況。試驗結果見表2所示。

從表1、表2的實驗結果可知，井區(qū)1#示蹤劑的背景濃度均相對較低，且與地層水配伍性好，因此，可以做為本次監(jiān)測試驗所用示蹤劑。而且通過檢測，1#示蹤劑的毒性低，對環(huán)境污染小，具有長期的化學穩(wěn)定性，并結合成本、用料和監(jiān)測的互不干擾性、科學性等綜合因素，本次監(jiān)測決定在兩井組投放1#示蹤劑進行化學示蹤劑監(jiān)測。

表2 示蹤劑與地層水配伍性試驗結果表

4 結論

一般情況，在5點井網(wǎng)條件下，應篩選出多種可用的示蹤劑，有利于鑒別出可能出現(xiàn)的繞流、竄流等問題。如果僅是為了判斷是否存在裂縫或井況，或者是判斷是否存在層間或?qū)酉甸g的竄流，這時只需判斷采出液中是否有示蹤劑存在，采出量的多少不會影響最后的結果，所以可以使用吸附量較大的熒光染料或易于降解的硝酸銨或醇類示蹤劑。如果是為了確定井間剩余油飽和度，那么還應當選擇一種能夠與地層中原油相混溶，向油中分配的示蹤劑。

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