液体示踪剂流动状态实验研究

(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江 大庆 163453)

·仪器设备与应用·

液体示踪剂流动状态实验研究

张巍

(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江 大庆 163453)

介绍了为应对液体示踪剂载体研究需求所搭建的模拟实验装置。并在实验装置上采用非水溶性示踪剂载体进行了模拟测井实验，与传统的水和聚合物示踪剂载体实验结果进行了视频数据处理分析比对，获得了一系列示踪剂载体在注入井内运动的规律。给示踪流量测井方法扩大适用范围和提高解释精度给出意见。为放射性源在室内测井实验分析提供了一种新的处理方法。

非水溶性；示踪剂载体；视频数据处理；放射性

0 引 言

在油田动态监测中,注入剖面示踪相关测井技术应用十分广泛,示踪剂载体的性能是影响示踪测井质量的关键要素[1,2]。现有的液体示踪剂载体为水或聚合物溶液,测井时容易出现以下问题：示踪剂载体与注入液的密度存在差别从而引起跟随性的差别；聚驱和三元复合驱的规模化应用造成的注入流体粘度上升，使得液体同位素释放后扩散、拖尾等现象明显。随着注聚井数量的增多，传统的液体同位素载体示踪法的注入剖面测井技术已难以适应对高黏度聚合物的测量，所测资料不能准确反映吸水剖面问题。本文通过室内实验研究，运用视频图像处理[3]方法，对比分析了非水溶性液体示踪剂载体和水溶性液体示踪剂载体在井内的流动状态[4]。寻找出了解决液体示踪剂释放后存在浓度扩散、流动稀释、失踪等现象的方法，进而提高液体示踪同位素[5]注入剖面解释成果的可靠性, 为油田动态监测提供更有价值的动态资料。

1 实验装置

注入井内部结构复杂，为了开展示踪剂井下流动模拟实验，需要建立一套能够在一定程度上模拟井下运行情况的实验装置。藉此在该装置上进行示踪剂流动跟随性研究。

实际油井套管内壁直径124 mm，模型采用内径125 mm的有机玻璃定制管，实际油管内壁直径53 mm，外径63 mm，模型采用内径55 mm，外径65 mm的成品有机玻璃管。而配水器的尺寸也严格按照井下常用配水器的实际尺寸进行了设计，内部最小通道直径46 mm，最大外部直径113 mm。这种严格的一致性保证了实验模拟结果的可靠性与准确性。

真实套管管壁存在沟通注入井和地层的螺旋射孔，而在本装置中也非常忠实地反映了这一结构。在套管外壁通过螺旋式等距排布了出水孔，孔间旋转角90°，各孔垂直距离70 mm，单节套管配置7个出水孔，其排布密度与真实井况一致,出水孔的直径为10 mm，与射孔尺寸相当，如图1所示。

图1 套管外壁螺旋排布的出水孔示意图(左) 和实物模型(右)

2 液体示踪剂载体的随流实验

在模拟实验装置上开展了大量实验，系统性地研究了三种不同示踪剂载体(墨水、聚合物染液、新型非水溶性示踪剂载体)在不同井型(笼统上返井、分层配注井)不同注入液(注聚、注水)与不同注入量(5～20 m3/d )的跟随特性与扩散规律。

2.1 笼统注水井环境下不同示踪剂比较

以墨水为示踪剂释放在纯水环境中10 m3/d 流量速度为例。图2(a)视频截图中t=0 s，示踪液尚未释放；图2(b)视频截图中t=4 s，示踪液开始释放；图2(c)视频截图中t=12 s，示踪液在油管中向下运动(图像中向左运动)；图2(d)视频截图中t=30 s，示踪液在油管底部折返；图2(e)视频截图中t=45 s，示踪液在环套空间中上返(图中向右运动)；图2(f)视频截图中t=80 s,示踪液自最上方射孔排出管路。

图2 笼统注水环境下不同时间的视频截取照片

通过视频处理可以获得每个时刻的示踪剂浓度分布，将单一时刻的浓度分布曲线转变为一条直线，用直线的明暗来表示浓度的大小，浓度高则为白反之为黑。随后将所有时刻获得的浓度直线自上而下按时间顺序排布在一起，即形成了示踪剂在井内运动的xt图，如图3所示。图中横向为位置坐标，纵向为时间坐标，以明暗表示光强积分，亮度越大，表示该位置该时刻示踪剂浓度越大。从图中可以直观的看出示踪剂在模拟井中运动的整个过程。图中不同区域反映了示踪液流动不同阶段的运动形态。

图3 示踪剂在井内 运动的xt图

(a)初始状态t=0 s；(b)示踪液注入过程：示踪液自上方(图中右侧)注入，在xt图中表现为自右上向左下发展的白线，强度不断增强，宽度逐渐增加；(c)示踪液在油管中向下运动：在注入之后，经过模拟井上节，在模拟井中节，示踪剂向下运动，图中表现为白线向左下延伸，宽度基本不变略有增加；(d)示踪剂折返过程：示踪剂在油管中流入模拟井下节，由于向下和向上流动同时存在二者叠加使得此处亮度极高。同时，部分示踪剂难以上返，一直聚集在模拟井下节形成白色竖线一直延伸至xt图下方，表明这些残留的示踪剂基本不运动，同时亮度降低，表明其在逐步扩散；(e)示踪剂上返过程：示踪剂在环套空间中向上运动，图中表现为白线簇向右下方延伸，相对于油管中的白线，此时白色区域更宽，且亮度降低，表明此时示踪剂扩散范围较大；(f)示踪剂流出过程：示踪剂自油套空间上方出口流出，此时白线继续向右下延伸，且亮度逐步变暗，表明示踪剂正在从模拟井中流出。

用同样的方法处理后得到图4中三种不同示踪剂载体工作情况的xt图和表1，从中可以观察到以下现象。

图4 水环境10 m3/d流量条件下示踪剂运动情况xt图

1)油管内各示踪剂均较强，形成的段塞较为明显，强度集中。

2)油套空间中，示踪剂段塞浓度下降，墨水和聚合物示踪剂都有较强的扩散性亮线簇宽度较大，非水溶性示踪剂则扩散速度较慢。根据视频计算得到表1。

3)图片最左侧反映示踪液在井底的残留情况，水和聚合的残留较多，非水溶性示踪剂残留较少。

表1 水流量10 m3/d 示踪剂运动速度 m·s-1

2.2 笼统注聚合物井环境下不同示踪剂的比较

分别采用墨水、浓度为0.8 g/L的聚合物溶液以及非水溶性液体作为示踪剂，在0.8 g/L聚合物溶液下注入模拟井，观测其运动的情况。在聚合物溶液中，根据图5中三种不同示踪剂载体工作情况的xt图和表2，从中看出各示踪剂的流动具有鲜明的特点。

图5 聚合物环境10 m3/d流量条件下示踪剂运动情况xt图

m·s-1

相较于水环境，聚合物环境下在油管中各示踪剂的扩散速度均下降。在油套空间的示踪剂上返过程中，与水中情况类似，各种示踪剂的上升沿信号均比较清晰，墨水信号的后边缘较为模糊，其中墨水由于残留非常严重，难以辨别信号下降沿。聚合物示踪剂和非水溶性示踪剂信号下降沿较为明显。上返过程中的各示踪剂扩散速度差别较大。由于沿途残留严重，墨水示踪剂的扩散速度最快，聚合物示踪剂次之，而非水溶性示踪剂上返过程表现为一条亮线，说明上返的为一个液滴，此时没有扩散的效果，且信号强度不会衰减，对于信号的获取来讲，效果最好。

2.3 分层配注过程中示踪剂的运动情况

分层配注过程为示踪剂在油管中心的释放器释放后，沿油管向下流动。随后通过水嘴，分为两部分，一部分在环套空间中向上运动，至上方射孔流出；另一部分则向下运动至底部射孔流出。总注入量10 m3/d 条件下，示踪剂运动xt图，如图6所示。

从xt图中反映出，各种不同工况条件下，示踪剂均有很多残留，主要原因是水嘴会对各种示踪剂进行剧烈的扰动和分散，使示踪剂段塞明显拉长。与笼统注井相比，分层配注中示踪剂浓度信号同样是上升沿较为清晰，下降沿较为模糊。从不同示踪剂反映的情况来看，墨水扩散情况最严重，非水溶性示踪剂扩散较小，可以测量到明显的波峰。

图6 水环境10 m3/d流量条件下示踪剂运动情况xt图

3 结 论

1)非水溶示踪剂的扩散速度远远小于聚合物示踪剂和墨水，相对于实际运用中的井内流速其扩散速度可忽略不计。

2)在聚合物溶液中，墨水和聚合物示踪剂都存在较大的残留，示踪剂段塞扩散速度较快，而非水溶示踪剂克服了墨水和聚合物示踪剂发生浓度扩散和流动稀释的缺点，残留较少，具有更好的示踪效果。

3)采用摄像机拍摄的视频可以直观的反映各种不同示踪剂在模拟井中的传播和扩散情况。继而对所得视频进行处理，还可以获得示踪剂在模拟井中的浓度变化情况，间接地获得放射性源的强度变化情况。为放射性源在室内实验分析提供了一种新的方法。

从以上结论中，可以判定出非水溶性示踪剂载体具有不溶于水,不发生浓度扩散的特性，适合在水驱、聚驱和三元复合驱笼统井中推广应用。利用非水溶性示踪剂作为载体能够提高液体示踪同位素注入剖面解释成果的可靠性, 为油田动态监测提供更有价值的动态资料。

[1] 陈庆新.放射性示踪相关测井对分层注聚井适应性的分析[J].测井技术,2009,33(2):153-156.

[2] 李 勇.一种新型同位素示踪剂载体及应用[J].测井技术,2003,27(5):427-431.

[3] 吴 炜.视频图像处理技术的发展应用探析[J].硅谷,2014,12(1):107-107.

[4] 褚人杰.流体在井筒中的流动状态[J].测井技术,1986，9(4):55-64.

[5] 吴锡令.生产测井原理[M].北京:石油工业出版社,1997:135-136.

ExperimentalStudyonFlowofLiquidTracer

ZHANGWei

(LoggingandTestingServicesCompany,DaqingOilfieldCo.Ltd.,Daqing,Heilongjiang163453,China)

A simulation experimental device set up to meet the demand of the research on liquid tracer carrier was introduced. The water-resisting tracer carrier was adopted in the experimental device to simulate the logging experiment, the test results were compared with that of the traditional water-polymer tracer carrier experiment by video data processing analysis, and the law of motion of a series of tracer carriers in injection well was obtained. Some suggestions are given to improve the scope of application and interpretation accuracy of tracer flow logging. A new method was provided to analyze the radioactive source in the laboratory logging analysis.

water-resisting； tracer carrier； video data processing； radioactive

张 巍，男，1980年生，工程师，2002年毕业于大庆石油学院应用地球物理专业，现从事注产剖面测井方法研究工作。E-mail：dlts_zhangw@petrochina.com.cn

P631

A

2096-0077(2017)06-0087-03

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.06.022

2017-05-24

屈忆欣)