井間示蹤監(jiān)測(cè)技術(shù)在定邊采油廠O井組中的應(yīng)用

喬曦，董軍堂，邵婷婷

（延安大學(xué)物理與電子信息學(xué)院，陜西 延安 716000）

油藏連通性研究是油藏評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容，也是制定、調(diào)整油田開(kāi)發(fā)方案的重要依據(jù)［1］。井間示蹤監(jiān)測(cè)技術(shù)是一種重要的油藏工程方法，能夠準(zhǔn)確得到實(shí)驗(yàn)井組中注入井的注水水流方向、推進(jìn)速度及注采井間流通參數(shù)和波及參數(shù)，可還原油藏狀況并為調(diào)整注水方案提供有效依據(jù)［2-4］。示蹤劑解析技術(shù)最早起源于國(guó)外，是由BRIGHAM等［5］提出的一種通過(guò)水溶性示蹤劑研究井間流通狀況的定性方法，該方法通過(guò)分析示蹤劑產(chǎn)出曲線的峰值濃度以及各個(gè)生產(chǎn)井的示蹤劑突破時(shí)間，理論分析井間連通狀況，為日后示蹤劑解析技術(shù)由定性轉(zhuǎn)為定量分析奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)70年代，通過(guò)對(duì)示蹤劑分配系數(shù)和殘余油飽和度的定量分析，提出了確定油層分層特性的方法［6］。ABBASZADEH等［7］利用示蹤劑注入濃度、示蹤劑產(chǎn)出濃度等參數(shù)，使用示蹤劑分析軟件對(duì)輸入?yún)?shù)進(jìn)行迭代計(jì)算，得到了生產(chǎn)井各層孔隙度與厚度乘積。

國(guó)內(nèi)相較于國(guó)外研究起步較晚，20世紀(jì)90年代在大慶油田和勝利油田進(jìn)行了示蹤劑監(jiān)測(cè)研究［8-9］，從示蹤劑的選取、用量到生產(chǎn)井所用示蹤劑種類、背景、濃度等進(jìn)行了一系列研究，油田示蹤技術(shù)取得了較大進(jìn)展。1994年，陳月明等［10］詳細(xì)論述了示蹤劑產(chǎn)出曲線的物理模型和計(jì)算方法并在埋東汕田西區(qū)進(jìn)行示蹤劑實(shí)驗(yàn)，利用該模型和計(jì)算方法對(duì)示蹤劑產(chǎn)出曲線定量分析，解釋了油藏平面和縱向上的非均質(zhì)情況；2008年劉同敬等［11］優(yōu)化了傳統(tǒng)示蹤劑解析方法，簡(jiǎn)化了數(shù)值運(yùn)算過(guò)程、提高了模擬精度，編寫(xiě)了對(duì)應(yīng)的數(shù)值分析軟件；2016年蒲春生等［12］針對(duì)不同裂縫的水淹層特性建立了3種裂縫解析模型，將復(fù)雜的非均質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行了分類處理，為研究低滲透裂縫油藏提供了理論基礎(chǔ)；2019年陳文若等［13］利用ECLIPSE軟件示蹤劑模塊對(duì)油藏內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行了定量描述，并且建立平面和縱向上注采關(guān)系及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，使注采井間關(guān)系分析逐步標(biāo)準(zhǔn)化和智能化；2021年鄒寧等［14］針對(duì)孔隙型層狀油藏示蹤劑解釋模型無(wú)法適用于縫洞油藏的問(wèn)題，提出了縫洞型油藏單峰、獨(dú)立多峰和連續(xù)多峰3種模型，為這類油藏進(jìn)行示蹤劑解釋提供了借鑒。

集上實(shí)例，本文以定邊采油廠O井組為研究目標(biāo)，對(duì)示蹤劑種類進(jìn)行了篩選，分析并確定了示蹤劑投放量，利用示蹤監(jiān)測(cè)軟件對(duì)示蹤劑濃度曲線進(jìn)行擬合并進(jìn)行解釋說(shuō)明，明確了該區(qū)油田的整體注水連通情況和注入水突進(jìn)信息，并獲得井間水竄通道滲透率、體積等參數(shù)，為油藏人員調(diào)整開(kāi)發(fā)方案以及制定增產(chǎn)措施提供依據(jù)。

1 原理概述

1.1 示蹤劑運(yùn)移機(jī)理

示蹤劑溶液在生產(chǎn)井和注入井間流通可以看成是在流管內(nèi)運(yùn)動(dòng)，示蹤劑在這個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中遵循對(duì)流運(yùn)動(dòng)和彌散運(yùn)動(dòng)2個(gè)運(yùn)動(dòng)模式。

1）對(duì)流運(yùn)動(dòng)

示蹤劑在流動(dòng)過(guò)程中要受到對(duì)流作用的影響，將井間連通通道視為流管，示蹤劑在流管內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)主要遵循的是達(dá)西定律，這是由于示蹤劑溶液整體運(yùn)動(dòng)時(shí)存在由示蹤劑溶液和驅(qū)替溶液密度不同和注采井間壓力差引起的壓力梯度產(chǎn)生的。在示蹤劑溶液流動(dòng)過(guò)程中，壓力和重力因素都會(huì)對(duì)示蹤劑溶液在流管內(nèi)運(yùn)動(dòng)速度產(chǎn)生影響。

2）彌散運(yùn)動(dòng)

BRIGHAM等［15］提出了機(jī)械彌散和分子擴(kuò)散構(gòu)成的流體水動(dòng)力彌散。由于2種流動(dòng)液體的濃度梯度產(chǎn)生了分子擴(kuò)散，它們會(huì)從高濃度向低濃度運(yùn)動(dòng)，最后達(dá)到濃度相同的平衡狀態(tài)；機(jī)械彌散主要是由于井間通道內(nèi)復(fù)雜連通性導(dǎo)致，流體經(jīng)過(guò)不同孔隙產(chǎn)生速度和方向差，這種擴(kuò)散有時(shí)也被稱為對(duì)流擴(kuò)散。

1.2 監(jiān)測(cè)原理

向注入井注入示蹤劑溶液后注入驅(qū)替液體，大部分示蹤劑溶液在驅(qū)替液推動(dòng)作用下沿注采井間裂縫竄流至生產(chǎn)井，通過(guò)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)井采出示蹤劑濃度可以得到示蹤劑時(shí)間-濃度曲線，如圖1所示。曲線包含見(jiàn)劑時(shí)間、波峰寬度、波峰高度和波峰個(gè)數(shù)等關(guān)鍵要素，分別對(duì)應(yīng)注采井間連通通道滲透率大小、高滲層通道波及面積、井間通道厚度和水竄通道個(gè)數(shù)等信息。

圖1 示蹤劑濃度曲線示意圖

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于多旋回疊合型鄂爾多斯盆地，盆地內(nèi)部構(gòu)造簡(jiǎn)單，內(nèi)含礦物質(zhì)資源豐富，是我國(guó)重點(diǎn)開(kāi)發(fā)勘探區(qū)域。區(qū)域內(nèi)的儲(chǔ)層巖石類型以長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石-石英砂巖為主，主要礦物成分為石英，其次為長(zhǎng)石、巖屑和云母，填隙物為黏土礦物、硅質(zhì)和少量碳酸鹽巖［16］，研究區(qū)油層組油藏主要為構(gòu)造-巖性油藏和巖性油藏。研究區(qū)油田O井組包括注入井O，生產(chǎn)井A、生產(chǎn)井B、生產(chǎn)井C、生產(chǎn)井D、生產(chǎn)井E和生產(chǎn)井F，其井位分布如圖2所示。

圖2 O井組井位圖

2.2 示蹤劑選擇

油田示蹤劑可供選擇的種類有很多，主要分為化學(xué)示蹤劑、微量元素示蹤劑、同位素示蹤劑和放射性示蹤劑等［17-18］?？紤]示蹤劑的投放經(jīng)濟(jì)性、室內(nèi)分析方法等因素后，再根據(jù)井位分布情況和采油廠的要求，本文選用化學(xué)示蹤劑。

對(duì)每口實(shí)驗(yàn)井在投注示蹤劑前，分別取得油水樣本并分析，了解每口井各種離子的背景濃度。經(jīng)過(guò)2 d取樣檢測(cè)，目標(biāo)生產(chǎn)井中NO3-和PO43-離子濃度均為0，可選擇（NH4）2HPO4和NaNO3作為備選化學(xué)示蹤劑。

為了保證示蹤劑在使用過(guò)程中有較好穩(wěn)定性，對(duì)2種備選化學(xué)示蹤劑進(jìn)行了穩(wěn)定性試驗(yàn)。配制濃度均為10 mg/L的（NH4）2HPO4和NaNO3溶液各500 mL，使用錐形瓶分別取100 mL溶液后密封放入50℃的烘箱中，經(jīng)過(guò)30 d靜置后取出，使用25 mL容量瓶各提取10 mL溶液并測(cè)其濃度，重復(fù)試驗(yàn)3次，試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果如表1所示。可以看出，30 d后2種示蹤劑的濃度變化在5%以內(nèi)，這說(shuō)明2種示蹤劑的含量隨時(shí)間的變化很小，其穩(wěn)定性滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

對(duì)示蹤劑與注入水進(jìn)行溶解配伍性試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示?？梢钥闯觯∟H4）2HPO4和NaNO3均與注水井有較好的配伍性。在實(shí)際使用過(guò)程中，示蹤劑用量的比例相比試驗(yàn)要小的多，并且在注水過(guò)程中還不斷產(chǎn)出，所以不會(huì)在油層中產(chǎn)生沉淀和結(jié)垢現(xiàn)象。

表1 O井組示蹤劑穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果表

表2 O井組示蹤劑與注水配伍性試驗(yàn)結(jié)果表

以上試驗(yàn)表明，（NH4）2HPO4和NaNO3在該區(qū)域地層中背景濃度極低，有較好的穩(wěn)定性，與指示流體配伍性好、安全無(wú)危害，均可以作為示蹤劑?？紤]到示蹤劑的投放經(jīng)濟(jì)性和定邊采油廠O井組井位分布情況，并根據(jù)采油廠的要求后確定選用（NH4）2HPO4作為示蹤劑。

2.3 示蹤劑用量

示蹤劑理論使用量根據(jù)BRIGHAM等［5］的經(jīng)驗(yàn)公式［式（1）］進(jìn)行計(jì)算，所用參數(shù)如表3所示。

其中，G為示蹤劑使用量（t），h為地層有效厚度（m），φ為地層孔隙度，Sw為地層含水飽和度，Cp為示蹤劑采出峰值濃度（mg/L），L為井距（m），α為彌散常數(shù)。經(jīng)過(guò)計(jì)算，理論使用示蹤劑0.597 t，在實(shí)際使用過(guò)程中考慮到示蹤劑在底層內(nèi)會(huì)出現(xiàn)滯留情況，所以會(huì)提高使用量，示蹤劑實(shí)際用量按式（2）計(jì)算。

其中，T為示蹤劑實(shí)際用量，n為每摩爾示蹤劑中有效示蹤物質(zhì)的摩爾數(shù)（g/mol），M為化學(xué)示蹤劑的摩爾質(zhì)量，Ma為有效示蹤劑的摩爾質(zhì)量（g/mol），Y為示蹤劑純度。經(jīng)過(guò)計(jì)算實(shí)際示蹤劑用量為0.83 t。

表3 配制示蹤劑溶液參數(shù)表

2.4 示蹤劑監(jiān)測(cè)

注入井O日配注量為6 m3/d，在投放示蹤劑第2 d后開(kāi)始取樣，取樣過(guò)程歷經(jīng)兩個(gè)月，這段時(shí)間內(nèi)共取得示蹤劑濃度有效樣品355個(gè)。定邊采油廠O井組6口生產(chǎn)井中井B、井C和井E取樣時(shí)未見(jiàn)到示蹤劑，井A、井D、井F見(jiàn)到了示蹤劑，說(shuō)明這3口監(jiān)測(cè)井和井O存在連通通道，因此只有生產(chǎn)井A、井D、井F可繪制示蹤劑時(shí)間-濃度曲線圖，如圖3所示。

圖3 示蹤劑濃度實(shí)測(cè)曲線和解釋軟件擬合曲線圖

分析生產(chǎn)井采集到的示蹤劑時(shí)間-濃度圖，可得到相應(yīng)生產(chǎn)井的示蹤劑突破時(shí)間，從而得出注水突破速度，該速度為注水推進(jìn)速度與彌散速度疊加的結(jié)果。為了使計(jì)算出的注水推進(jìn)速度接近真實(shí)值，盡量減少?gòu)浬⑺俣葞?lái)的影響，本文采用時(shí)間-濃度圖中示蹤劑濃度達(dá)到峰值時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)間來(lái)計(jì)算注水推進(jìn)速度，O井組示蹤劑推進(jìn)情況如表4所示。

由表4可知，所有見(jiàn)到示蹤劑的監(jiān)測(cè)井的推進(jìn)速度普遍偏高，推進(jìn)速度的差異表明注入水的推進(jìn)是不均勻的，井組東北、東南方向的連通性強(qiáng)，其中井D的示蹤劑突破時(shí)間最早，推進(jìn)速度最快，為21.58 m/d；井D和井F推進(jìn)速度差別不大，說(shuō)明兩井與注入井連通性能相似；井組注入水沿裂縫通道到達(dá)生產(chǎn)井東北、東南方向裂縫發(fā)育較好。

2.5 參數(shù)解釋

利用示蹤劑綜合解釋軟件，對(duì)生產(chǎn)井A、D、F測(cè)得的示蹤劑濃度曲線進(jìn)行擬合，如圖3所示?？梢钥闯觯瑢?shí)測(cè)曲線和擬合曲線形態(tài)基本一致，說(shuō)明軟件解釋的波及體積、滲透率、厚度等參數(shù)與實(shí)際地層參數(shù)基本相符合，得到的相關(guān)參數(shù)能夠反映實(shí)際地質(zhì)特征，可以作為分析依據(jù)。

表4 O井組示蹤劑推進(jìn)速度表

生產(chǎn)井A為單峰型，生產(chǎn)井D、F含有多個(gè)峰值，說(shuō)明在生產(chǎn)井D、井F內(nèi)存在其他的縱向通道，通過(guò)輸入示蹤劑在各井的產(chǎn)出濃度、產(chǎn)液量、油藏的孔隙度、滲透率、飽合度數(shù)據(jù)，利用示蹤劑解釋軟件可計(jì)算出各井示蹤劑波及層的波及面積、波及體積以及波及系數(shù)，該波及系數(shù)表示各生產(chǎn)井的示蹤劑波及體積與總和的比值，可定量地表示波及體積的相對(duì)大小，計(jì)算結(jié)果如表5所示。可以看出，生產(chǎn)井A的波及體積最大，且注入水突破時(shí)間較遲，推進(jìn)速度較慢，說(shuō)明井間存在注水優(yōu)勢(shì)通道不明顯；從各生產(chǎn)井波及體積大小來(lái)看波及體積普遍偏小，表明井間存在中滲條帶。

表5 O井組井間通道波及參數(shù)

利用示蹤劑解釋軟件計(jì)算得到井A、井F、井D的井間流通參數(shù)如表6所示?？梢钥闯?，O井組井間主滲層的滲透率較大，說(shuō)明生產(chǎn)井與注入井O井間連通性非常好。儲(chǔ)層滲透率的變化是反映儲(chǔ)層非均質(zhì)性的一個(gè)方面，O井組各井計(jì)算出的示蹤劑流動(dòng)通道的平均滲透率存在差異，井組東北方向上的生產(chǎn)井A的滲透率較大，說(shuō)明層內(nèi)非均質(zhì)性較為嚴(yán)重。

表6 O井組井間流通參數(shù)

3 結(jié)論

利用（NH4）2HPO4作為示蹤劑在定邊采油廠O井組進(jìn)行了示蹤監(jiān)測(cè)，得到了該井組示蹤劑推進(jìn)速度表、井間通道波及參數(shù)、井間流通參數(shù)和生產(chǎn)井A、井D、井F示蹤劑產(chǎn)出曲線等數(shù)據(jù)，明確了該區(qū)井間通道連通特性、水驅(qū)狀況。通過(guò)對(duì)示蹤劑監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，該井組存在主要問(wèn)題為平面上受效狀況極不均勻，應(yīng)制定合理的配產(chǎn)配注方案，采取調(diào)剖、堵水等措施增加注水波及體積，以達(dá)到提高油藏在平面和縱向使用率的目的。

［責(zé)任編輯 張 香］

Application of inter-well tracer monitoring technology in O well group in Dingbian Oil Production Plant

QIAO Xi，DONG Juntang，SHAO Tingting*
（School of Physics and Electronic Information，Yan’an University，Yan’an 716000，China）