氣體示蹤在非均質(zhì)特低滲透油藏二氧化碳驅(qū)氣竄監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

陳龍龍，白 遠(yuǎn)，云彥舒，謝旭強(qiáng)，田 豐，王維波，江晨碩

(1陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院 2陜西省二氧化碳封存與提高采收率重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 3延安職業(yè)技術(shù)學(xué)院 4 新疆大學(xué))

靖邊油田喬家洼長(zhǎng)6油藏埋深1 400～1 600 m，原始地層壓力12.9 MPa，壓力系數(shù)0.8，滲透率0.75 mD，屬于典型的特低滲透低壓油藏。2014年6月開(kāi)始對(duì)45543-9井組注CO2，周圍采油井共有11口，為了掌握CO2在地下的運(yùn)移情況，2016年9月開(kāi)展了注氣井氣體示蹤監(jiān)測(cè)，對(duì)11口采油井進(jìn)行了井口取樣監(jiān)測(cè)，目的是研究注氣井與采油井的連通關(guān)系和氣竄突破時(shí)間和突破速度，為下一步氣驅(qū)方案的有效實(shí)施和調(diào)整提供依據(jù)。

一、氣相示蹤劑的篩選

1.氣相示蹤劑初選

目前氣相示蹤劑包括：放射性氣體示蹤劑、穩(wěn)定同位素類氣體、無(wú)機(jī)類氣體(六氟化硫)、氟氯代烴(氟利昂類1996年被禁用)以及氟代烷烴類氣體等。放射性氣體示蹤劑對(duì)人身安全和生態(tài)環(huán)境的影響，限制使用；穩(wěn)定同位素類氣體的價(jià)格昂貴和檢出限高等問(wèn)題，本文選取六氟化硫和價(jià)格較低的氟氯代烷烴類氣相示蹤劑進(jìn)行性質(zhì)比較和監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)的示蹤劑包括：六氟化硫、三氟溴甲烷、四氟甲烷、六氟乙烷和八氟環(huán)丁烷。CO2在地層中超臨界狀態(tài)，篩選的示蹤劑性質(zhì)應(yīng)與CO2性質(zhì)相近，通過(guò)氣相示蹤劑與CO2物性相比較(表1)，除八氟環(huán)丁烷較難實(shí)現(xiàn)超臨界，其余4種示蹤劑均在油藏條件下，處于超臨界狀態(tài)，分子非極性或弱極性，可以作為CO2流體的示蹤劑[1-5]。

表1 氣相示蹤劑與二氧化碳物性表

現(xiàn)有監(jiān)測(cè)設(shè)備SP3402氣相色譜儀(配ECD監(jiān)測(cè)器)對(duì)六氟化硫和三氟溴甲烷進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)設(shè)定一定的監(jiān)測(cè)條件下，兩種氣體的加標(biāo)回收率均大于90%，備選六氟化硫和三氟溴甲烷這兩種氣體作為靖邊CO2驅(qū)油先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)氣相示蹤劑。

2.井組氣相示蹤劑確定

2.1 背景濃度分析

在注入選擇的氣體示蹤劑前，首先對(duì)監(jiān)測(cè)井的產(chǎn)出氣進(jìn)行取樣，測(cè)定各監(jiān)測(cè)井示蹤劑背景濃度，目的是判斷對(duì)比注入示蹤劑是否在周圍油井中突破。2016年3月17～19日對(duì)各監(jiān)測(cè)井取樣，11口采油井產(chǎn)出氣中六氟化硫和三氟溴甲烷濃度均為零。

2.2 示蹤劑的配伍性實(shí)驗(yàn)

氣相示蹤劑的配伍性實(shí)驗(yàn)主要是示蹤劑加入到監(jiān)測(cè)井的氣樣中，監(jiān)測(cè)示蹤劑的回收率，回收率接近1，認(rèn)為示蹤劑與產(chǎn)出氣配伍。篩選的兩種氣相示蹤劑在兩井組的背景含量為零，添加到監(jiān)測(cè)井的產(chǎn)出氣中，加標(biāo)回收率接近1，說(shuō)明六氟化硫和三氟溴甲烷兩種氣相示蹤劑均適用兩個(gè)井組(表2)。井組中沒(méi)有交叉井，六氟化硫的監(jiān)測(cè)靈敏度又比三氟溴甲烷的高，用量相對(duì)少，且六氟化硫比三氟溴甲烷價(jià)格低，確定45543-09井組用六氟化硫作為氣相示蹤劑投放用料。

表2 45543-1井組氣相示蹤劑的加標(biāo)回收率結(jié)果

二、氣相示蹤劑用量計(jì)算

示蹤劑的注入量根據(jù)監(jiān)測(cè)油藏的體積和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的最低監(jiān)測(cè)限來(lái)確定，首先計(jì)算注入地層的最大稀釋體積：

Vp=πR2hφSwEr

(1)

式中：Vp—最大稀釋體積，m3；R—注入井與觀察井間的距離，m；h—注入井有效厚度，m；φ—孔隙度，%；Sw—含水飽和度，%；Er—連通系數(shù)(取值0.1～0.3)。

根據(jù)井組的基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)，計(jì)算井組示蹤劑最大稀釋體積，其結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 示蹤劑最大稀釋體積計(jì)算表

再利用式(2)可求得所投放示蹤劑的用量：

A=μSVp

(2)

式中：A—示蹤劑的注入量，kg；S—示蹤劑監(jiān)測(cè)靈敏度；μ—余量系數(shù)(本次取2.5)。

可以得出45543-09井組所需示蹤劑的理論用量A=360 kg，該公式在計(jì)算時(shí)只是涉及到氣相示蹤劑在打入段塞前后的稀釋作用，忽略了在地層中的滯存量，因此在實(shí)際注入量計(jì)算中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)應(yīng)提高其用量10%左右，最終設(shè)計(jì)45543-09井組示蹤劑的用量為400 kg。

三、氣相示蹤劑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

1.示蹤劑產(chǎn)出結(jié)果分析

45543-09井組注完示蹤劑后取樣進(jìn)行分析，油井11口(45543-01、喬46-01、喬46-02、45544-07、45542-04、45542-05、45547-08、45545、45545-01、45545-05、45545-06),隔3 d取樣一次。樣品分析在實(shí)驗(yàn)室使用SP3402氣相色譜儀分析測(cè)定，45543-01、45545、喬46-01、喬46-02井有明顯的示蹤劑產(chǎn)出濃度峰，產(chǎn)出監(jiān)測(cè)曲線見(jiàn)圖1。

圖1 4口井示蹤劑產(chǎn)出監(jiān)測(cè)曲線圖

2.氣驅(qū)推進(jìn)速度及氣驅(qū)方向

根據(jù)示蹤劑產(chǎn)出濃度隨時(shí)間變化曲線分析示蹤劑在油井中的突破時(shí)間，進(jìn)而結(jié)合油氣井井距計(jì)算前緣氣驅(qū)推進(jìn)速度。45543-09井組示蹤劑突破時(shí)間及氣驅(qū)推進(jìn)速度結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 突破時(shí)間及氣驅(qū)推進(jìn)速度表

從表4可知，井組氣驅(qū)推進(jìn)速度為2.9～11.8 m/d，平均氣驅(qū)推進(jìn)速度為7.4 m/d，氣驅(qū)推進(jìn)速度最快的喬46-02井為11.8 m/d，其次是45545井，氣驅(qū)推進(jìn)速度9.6 m/d，喬46-01是氣驅(qū)推進(jìn)速度最慢的井，為2.9 m/d。整體看井組氣驅(qū)推進(jìn)速度差值較大，對(duì)應(yīng)單元內(nèi)部注氣突進(jìn)明顯。

四、井間氣竄滲流通道解釋

1.擬合方法

在非均質(zhì)性強(qiáng)的特低滲油藏注入層段中小層單砂體的厚度和滲透率差異大，氣體示蹤劑段塞注入注氣井后，勢(shì)必沿著高滲帶或大孔道首先突入采油井，使示蹤劑產(chǎn)出曲線出現(xiàn)峰值。有幾個(gè)高滲帶或大孔道，就出現(xiàn)幾個(gè)峰值。示蹤劑產(chǎn)出曲線是以時(shí)間為橫軸，以示蹤劑濃度為縱軸的一組包括多個(gè)濃度峰值的離散點(diǎn)。通過(guò)數(shù)學(xué)模型計(jì)算方法對(duì)離散點(diǎn)的擬合，進(jìn)而計(jì)算出高滲帶的厚度、平均滲透率及平均孔道半徑等有關(guān)參數(shù)[6-8]。對(duì)45543-09井組中見(jiàn)到示蹤劑產(chǎn)出的4口井進(jìn)行擬合，在確保實(shí)測(cè)擬合精度的基礎(chǔ)上重點(diǎn)對(duì)滲流通道氣驅(qū)參數(shù)，包括等效厚度、高滲透帶的孔喉半徑、滲透率等進(jìn)行解釋。

2.解釋結(jié)果

非均質(zhì)特低滲透油藏?zé)o論注水還是注氣，極易形成層間的高滲帶。從曲線擬合效果看，井間流線將監(jiān)測(cè)區(qū)域的流動(dòng)狀態(tài)較好進(jìn)行了反應(yīng)，說(shuō)明監(jiān)測(cè)結(jié)果經(jīng)擬合處理提供的參數(shù)是可靠的。滲流通道氣驅(qū)參數(shù)主要包括氣驅(qū)通道等效厚度、高滲透帶的孔喉半徑、滲透率等[9-15]，45543-09井組的滲流通道參數(shù)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 各監(jiān)測(cè)井組井間主滲通道參數(shù)表

從表5中可以看出，45543-09井組中，喬46-02井突破時(shí)間最快為22 d，計(jì)算出的滲透率是185 mD，喬46-01井突破時(shí)間為58 d，計(jì)算出的滲透率是17 mD，通過(guò)對(duì)滲流通道滲透率和厚度大小分析，井組儲(chǔ)層通道的類型為低滲層，局部?jī)?chǔ)層有高滲透條帶特征。

五、結(jié)論與建議

(1)SF6物性與CO2相似，通過(guò)背景濃度及配伍性分析，適合作為非均質(zhì)特低滲透油藏CO2非混相驅(qū)的監(jiān)測(cè)示蹤氣體。

(2)氣體示蹤能有效分析氣驅(qū)過(guò)程中的推進(jìn)速度和氣驅(qū)方向，同時(shí)有助于對(duì)井間氣竄滲流通道特征的解釋，為有效抑制氣竄的進(jìn)一步擴(kuò)大提供治理依據(jù)。

(3)建議45543-09井組中，對(duì)喬46-02井應(yīng)及時(shí)實(shí)施調(diào)堵作業(yè)，提高氣驅(qū)波及效率；或調(diào)整注氣井網(wǎng)，或適當(dāng)降低注氣速度和規(guī)模。