氣體示蹤劑判識(shí)杜66塊火驅(qū)火線方向

張寶龍

中國(guó)石油遼河油田分公司，遼寧盤(pán)錦 124010

火驅(qū)是稠油油藏提高采收率的重要技術(shù)之一。已在新疆、遼河、勝利等油田開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，并取得了較好的效果[1-4]，同時(shí)也出現(xiàn)了諸如平面上燃燒波及面積小，縱向上燃燒不均勻等問(wèn)題，其中燃燒程度、火線方向、推進(jìn)速度及燃燒波及體積等技術(shù)參數(shù)是非常重要的。現(xiàn)主要采用井底測(cè)溫、采出流體分析、數(shù)值模擬、取芯井分析以及效果預(yù)測(cè)等方法判識(shí)火驅(qū)火線方向、波及體積，而這些方法都存在局限性，如流體分析、溫控監(jiān)測(cè)等方法，僅在火驅(qū)效果較好時(shí)才適用；取芯井分析雖然直接，但費(fèi)用昂貴無(wú)法大規(guī)模使用[5-8]。采用氣體示蹤劑技術(shù)，可直接判識(shí)火線方向、注氣速度、波及體積，并與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、采出流體分析相結(jié)合，可為火驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤預(yù)測(cè)提供技術(shù)支持。

1 監(jiān)測(cè)井區(qū)地質(zhì)概況

遼河油區(qū)杜66斷塊區(qū)構(gòu)造上位于遼河斷陷盆地西部凹陷西斜坡中段曙光油田西北部。開(kāi)發(fā)目的層為古近系沙河街組沙四上段杜家臺(tái)油層。杜66火驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)位于杜66北塊開(kāi)發(fā)區(qū)西北部油層發(fā)育構(gòu)造高部位，目的層走向平緩，地層傾角一般為5°～10°。儲(chǔ)層巖性主要為含礫砂巖及不等粒砂巖，分選中等偏差；屬于中高孔、中高滲儲(chǔ)層。油層產(chǎn)狀主要為薄～中厚層狀，油藏類(lèi)型為層狀邊水油藏。為曙一區(qū)杜家臺(tái)油層。埋深808～1 298 m，分為杜Ⅰ、杜Ⅱ、杜Ⅲ三套油層組，平均厚度分別為14.6、21.7、6.6 m的 30個(gè)小層，分上、下2套層系開(kāi)發(fā)，火燒層位在杜Ⅰ～杜Ⅱ4上層系，是典型砂巖稠油薄互層油藏。該區(qū)探明含油面積9.41 km2，石油地質(zhì)儲(chǔ)量5 935.2×104t。油藏溫度42.3 ℃，20 ℃原油密度為0.900 1～0.950 4 g/cm3，50 ℃時(shí)地面脫氣原油黏度為325～2 846 mPa·s，為普通稠油。三井組重點(diǎn)監(jiān)測(cè)井靜態(tài)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 三井組重點(diǎn)監(jiān)測(cè)井靜態(tài)數(shù)據(jù)

2 氣體示蹤劑現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 氣體示蹤劑篩選

經(jīng)過(guò)大量室內(nèi)試驗(yàn)，篩選出2種適用于曙光油田杜66塊火驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)的氣體示蹤劑QT-1、QT-2。其物性均無(wú)色、無(wú)味、無(wú)腐蝕性，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為氣體，易液化，便于注入；化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，800 ℃高溫仍然穩(wěn)定，在油藏巖石表面吸附量很小，在水中溶解度極低，檢測(cè)靈敏度高，無(wú)生物毒性，氣體示蹤劑可同時(shí)檢測(cè)分析。

2.2 示蹤劑用量設(shè)計(jì)

示蹤劑的注入量，從根本上來(lái)講，取決于被評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的體積、本底和分析儀器的最低檢測(cè)限，當(dāng)本底數(shù)值較大時(shí)，示蹤劑的注入量主要由能否掩蓋本底數(shù)值來(lái)決定。 為了確保監(jiān)測(cè)采油井全部見(jiàn)劑，且具有足夠高的峰值濃度，在經(jīng)濟(jì)條件允許范圍內(nèi)采用保守算法，盡量增大示蹤劑的用量，以確保測(cè)試的成功。

首先計(jì)算注入地層的最大稀釋體積：

Vp=πγ2hφSw

(1)

式中，Vp為最大稀釋體積，m3；γ為井組內(nèi)注入井與采出井間的最大距離，m；h為注入井射孔厚度，m；Sw為井組含水飽和度；φ為井組平均孔隙度。

其次，計(jì)算示蹤劑投加量：

A=μ·MDL·Vp

(2)

式中，A為氣體示蹤劑用量，kg；MDL為最低檢測(cè)濃度，可以是儀器的定量分析檢測(cè)限，也可以是最大本底濃度，一般取兩者中的最大值；μ為保障系數(shù)，一般取50～100，特殊情況下可取至1 000。3井組氣體示蹤劑用量詳見(jiàn)表2。

表2 3井組氣體示蹤劑種類(lèi)及用量表

2.3 注入裝置

用常規(guī)的泵車(chē)、注入泵不能實(shí)現(xiàn)氣體示蹤劑的注入，必須采用專(zhuān)用注入裝置。該裝置主要由電動(dòng)液壓泵、轉(zhuǎn)換閥、油箱、進(jìn)出液管路、儲(chǔ)能器組、截止閥、撬裝底盤(pán)、電控柜組成，在全密閉狀態(tài)下工作，注入速度為10～30 L/min，注入壓力隨機(jī)調(diào)整，操作簡(jiǎn)便，安全可靠，該裝置獲得實(shí)用新型專(zhuān)利。

2.4 注入工藝

氣體示蹤劑注入施工前根據(jù)氣體示蹤劑注入量將鋼瓶中的氣體示蹤劑倒入氣體示蹤劑注入裝置上的一只或幾只儲(chǔ)能器內(nèi)，由注入管線連接到注入井井口，打開(kāi)注入閥、開(kāi)啟電動(dòng)液壓泵，液壓油充入儲(chǔ)能器底部，壓力升高，氣體示蹤劑注入井下，注完氣體示蹤劑，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換閥將頂替液直接注入井下，停泵后放壓，恢復(fù)注入井原有生產(chǎn)狀態(tài)，恢復(fù)正常注氣生產(chǎn)。

2.5 氣體示蹤劑分析檢測(cè)與解釋

由于采出氣樣中氣體示蹤劑的含量很低，通常只有10-9～10-11g/L，且干擾成分較多，主要為石油氣，直接測(cè)定濃度，大量的石油氣會(huì)掩蔽示蹤劑濃度，給示蹤劑濃度分析帶來(lái)很大誤差，從而影響最終驅(qū)替效果的判斷，若稀釋樣品，則造成示蹤劑濃度檢測(cè)不出，因此采用常規(guī)的分析方法無(wú)法準(zhǔn)確分析氣體示蹤劑的濃度，因此采用預(yù)處理后再進(jìn)行分析的方法，大大提高了檢測(cè)下限。分析流程為：采樣-試樣預(yù)處理(凈化、富集)- 氣相色譜法分析。

1)試樣分析

氣體示蹤劑濃度采用安捷倫7890B氣相色譜儀進(jìn)行分析。將富集、凈化后的氣樣注入氣相色譜儀中，采用特制的色譜柱、ECD檢測(cè)器，在優(yōu)化出的色譜分析條件下進(jìn)行樣品濃度分析，可實(shí)現(xiàn)多種氣體示蹤劑的同時(shí)分析，分析下限可以達(dá)到10-15g/L。色譜分離柱：柱長(zhǎng)3 m，柱內(nèi)填充進(jìn)口固體吸附劑Poropak Q填料。檢測(cè)器：電子捕獲檢測(cè)器(ECD),色譜條件：柱溫：85 ℃；進(jìn)樣溫度：100 ℃；檢測(cè)器溫度：250 ℃；載氣：N2(99.99%)；載氣流速：25 mL/min；進(jìn)樣量：0.8 mL。

2)氣體示蹤劑解釋方法

通過(guò)建立不同井網(wǎng)體系示蹤劑流動(dòng)地質(zhì)模型，與中國(guó)石油大學(xué)(北京)合作開(kāi)發(fā)了一套氣體示蹤解釋軟件。通過(guò)對(duì)氣體示蹤劑監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行擬合計(jì)算，可得到諸如注采井間的連通情況、井間主流通道參數(shù)、儲(chǔ)層的非均質(zhì)性等資料，為下步方案實(shí)施及措施調(diào)整提供依據(jù)。

2.6 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

2015年8月21日在曙1-46-033、曙1-46-035、曙1-46-K037三井組分別注入氣體示蹤劑QT-1和QT-2，相關(guān)油井每天取樣2次，監(jiān)測(cè)取樣時(shí)間自2015年8月22日至2015年11月22日，共取樣5 900個(gè)，分析試樣5 900個(gè)。

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果與討論

從表3、圖1可以看出，曙1-46-K037井組，僅有曙1-46-036、曙1-46-新38、曙1-45-36油井見(jiàn)到氣體示蹤劑顯示，其他監(jiān)測(cè)井末見(jiàn)，突破時(shí)間介于9～13 d，推進(jìn)速度為10～12.7 m/d，曙1-46-036、曙1-46-新38監(jiān)測(cè)井氣體示蹤劑峰值濃度在400 mg/L左右，曙1-45-36井氣體示蹤劑峰值濃度為90 mg/L左右，從推進(jìn)速度看該井組差異不大。從表3、圖2可以看出，曙1-46-035井組，只有曙1-046-035、曙1-46-034、曙1-45-35三口監(jiān)測(cè)井見(jiàn)到氣體示蹤劑產(chǎn)出，其他井均末見(jiàn)到，突破時(shí)間介于6～33 d，曙1-046-035、曙1-46-034監(jiān)測(cè)井氣體示蹤劑峰值濃度在500 mg/L左右，曙1-45-35井氣體示蹤劑峰值濃度為38 mg/L左右，推進(jìn)速度為3.6～14.2 m/d，該井組推進(jìn)速度差異較大。從表3、圖3可以看出：曙1-46-033井組，只有曙1-46-032、曙1-46-034監(jiān)測(cè)井見(jiàn)到氣體示蹤劑，其他井均末見(jiàn)到氣體示蹤劑顯示，突破時(shí)間介于11～21 d，氣體示蹤劑峰值濃度低于200 mg/L，推進(jìn)速度為4.8～8.0 m/d，該井組推進(jìn)速度差異較大。

3井組的平均突破時(shí)間為14.3 d，除曙1-45-35井外，其他見(jiàn)劑井示蹤劑突破時(shí)間均小于1個(gè)月，屬于典型的早-中期見(jiàn)劑，表明注采井間明顯存在較強(qiáng)氣竄通道。

由表3可知，3井組內(nèi)部各油井方向注入氣推進(jìn)速度差異較小，氣竄速度非均質(zhì)性總體較弱。有利于平面上火線均勻推進(jìn)，火驅(qū)效果明顯。根據(jù)常用的界限，突進(jìn)系數(shù)<2，非均質(zhì)程度弱； 2<突進(jìn)系數(shù)<3，非均質(zhì)程度中等；突進(jìn)系數(shù)>3，非均質(zhì)程度強(qiáng)，從表3可以看出：

1)示蹤劑波及體積介于360～1 242 m3之間，平均產(chǎn)出示蹤劑的波及體積為650 m3，波及體積偏小，依據(jù)以下判別標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)劑油井與對(duì)應(yīng)氣井之間存在裂縫-大孔道型氣竄通道的可能性較大。

2)示蹤劑突進(jìn)通道滲透率介于(2 814～5 812)×10-3μm2，平均滲透率為3 814×10-3μm2，處于大孔道發(fā)育初期的范圍。從主滲通道厚度大小來(lái)看，厚度較小,平均突破層厚度為51.7 cm，表明井間存在厚度較薄的高滲透層。

3)高滲通道的突進(jìn)系數(shù)介于4～8之間，表明層內(nèi)非均質(zhì)性強(qiáng)；從見(jiàn)劑情況來(lái)看,見(jiàn)劑井較少，氣竄方向性較強(qiáng)，表明油層平面非均質(zhì)也較強(qiáng)。

表3 杜66塊火驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)氣體示蹤劑推進(jìn)速度與方向

圖1 曙1-46-K037井組氣體示蹤劑采出曲線

圖2 曙1-46-035井組氣體示蹤劑采出曲線

圖3 曙1-46-033井組氣體示蹤劑采出曲線

4 結(jié)論與建議

1)通過(guò)對(duì)杜66塊火驅(qū)3井組氣體示蹤監(jiān)測(cè)，明確了火線的推進(jìn)方向、注氣推進(jìn)速度，確定了示蹤劑突破通道的等效厚度、滲透率、波及體積、等定量化解釋參數(shù)，繪制了火驅(qū)火線波及體積及方向示意圖，并對(duì)油層非均質(zhì)程度進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

2)從見(jiàn)劑方向和氣竄推進(jìn)速度來(lái)看，見(jiàn)劑井主要為一線井，說(shuō)明監(jiān)測(cè)區(qū)一線井氣竄較為嚴(yán)重，注入氣推進(jìn)速度在3.6～14.2 m/d，平均注入氣推進(jìn)速度為8.7 m/d。見(jiàn)劑井中有4口井氣竄速度都在10 m/d以上，占見(jiàn)劑井的50%。表明3井組平面上氣竄通道比較發(fā)育；從氣驅(qū)速度非均質(zhì)性評(píng)價(jià)，井組內(nèi)部各油井方向注入氣推進(jìn)速度差異較大，氣竄速度非均質(zhì)性總體較強(qiáng)，不利于平面上火線均勻推進(jìn)。

3)從示蹤劑解釋軟件擬合結(jié)果來(lái)看，氣體示蹤劑產(chǎn)出的體積偏小，說(shuō)明3井組示蹤劑波及區(qū)域較小，氣體通道所占比例很小，整體火驅(qū)開(kāi)發(fā)效果一般；井間主流通道滲透率大，屬大孔道發(fā)育初期，高滲通道的厚度較小，分析井間氣竄通道可能受大孔道控制，建議采取大孔道的封堵和調(diào)整注氣參數(shù)等措施保證火線的均勻推進(jìn)。