微量物质示踪剂用量设计研究

2018-06-13代向辉山金城张延旭

钻采工艺 2018年3期

代向辉，郑举，山金城，张延旭，李虎

(中国石油(中国)有限公司蓬勃作业公司)

经过多年的发展，微量物质示踪剂已成为油田井间示踪监测技术的主要产品。常用的微量物质示踪剂包括稀土元素络合物以及氟苯甲酸类物质[1-2]等，由于具有种类多、测试精度高、用量少、性质稳定、示踪性能良好等优点，已在国内外各大油田得到广泛使用。在微量物质示踪剂测试过程中，用量设计是决定后续见剂判断及结果解释的关键技术环节。目前常用的设计方法中需要人为设定保障系数对示踪剂运移过程中的干扰因素进行消除。在设计过程中不确定性较大，若保障系数赋值较小将导致示踪剂产出峰值不明显，难以判断见剂；若保障系数赋值过大，会导致用量过大造成药剂的浪费。本文对用量设计公式中的不确定因素进行探讨，得到各参数确定方法，并通过现场应用效果统计对改进方法进行了验证。

一、均匀稀释模型公式

均匀稀释模型公式为微量物质示踪剂常用用量设计方法[3]，其表达式为：

Vp=πR2hφSw

(1)

A=μ·MDL·Vp·10-6

(2)

式中：A—示踪剂有效物质加入量，kg；

μ—保障系数；

MDL—微量物质示踪剂设备最低检测限，μg/L(不同种类示踪剂具有不同的MDL，通常为0.01～0.5 μg/L)；

Vp—目标井组预期的最大稀释体积，m3；

R—目标井组注采井网的平均井距，m；

h—目标层位平均有效厚度，m；

Sw—目标井组目前的含水饱和度，小数。

式(1)、式(2)在计算过程中，主要考虑在注入水可能波及到的所有体积内，示踪剂即使完全稀释，也可以达到设备最低检测限的数倍。因此，理论上利用该公式计算出的微量物质示踪剂用量是足够的。

但该公式在实际运用过程中存在以下问题：

(1)预期最大稀释体积Vp计算仅考虑的是单层注入，不适用于多层注入时体积的计算。

(2)目前对于保障系数μ的选择主要是综合考虑稀释、吸附、检测等因素[4]，但需依靠经验确定，无理论定量依据，不确定性较大，例如文献中保障系数取10～20，文献中取500～1 500，文献中要求保障系数大于10即可，文献中提出保障系数取100～1 000。针对上述问题，本文对最大稀释体积Vp及保障系数μ两个参数进行探讨。

二、参数确定

1.预期最大稀释体积Vp

若某个井组有n个小层需要注入示踪剂，需要计算第i小层的最大稀释体积，再进行加和，预期最大稀释体积可由式(3)表示：

(3)

式(3)适用于注水井多层注入或部分层位注入示踪剂的情况。

2.保障系数μ

为保证注水井注入示踪剂能够在油井中有效检测，需对影响示踪剂产出检测的多个因素进行分析，主要包括：

(1)井筒内稀释作用。示踪剂目标注入井开展分层注入示踪剂时(即不同层位注入不同的示踪剂)，每种示踪剂在受益油井产出时，可能受到其它非该示踪剂目标层位产出水的稀释。

(2)井网外稀释作用。示踪剂目标井组的受益油井会受到周围注水井或天然能量的影响，示踪剂的产出受到其它井组注入水或边底水的稀释。

(3)地层吸附作用。示踪剂在地层中发生吸附，造成示踪剂损失。

(4)检测干扰。由于受到地层产出水中无机盐、有机物等影响，需在最低检测限上增加一个系数，以保证有效的检出。

综合考虑上述四个因素，本文首次提出将保障系数μ分解为井筒内稀释系数μdi，井网外稀释系数μdo，地层吸附系数μad以及检测校正系数μde，由式(4)表示。

μ=μdi·μdo/μad·μde

(4)

2.1 井筒内稀释系数μdi

该系数主要消除监测油井中非示踪剂注入目标层位产出水对示踪剂的稀释作用，可用注入井的全部的吸水量除以示踪剂目标层位吸水量表示，若无吸水量数据可用地层系数计算，见式(5)、式(6)：

μdi=Qt/Qn

(5)

μdi=Kht/Khn

(6)

式中：Qt—注水井全部吸水量，m3/d；

Qn—踪剂目标层位吸水量，m3/d；

Kht—注入井地层系数之和；

K—有效渗透率，mD；

h—地层有效厚度，m；

Khn—踪剂目标层位地层系数之和。

若示踪剂笼统注入，井筒内稀释系数为1。

2.2 井网外稀释系数μdo

该系数主要消除周围井组注入水或边底水对示踪剂的稀释作用，可用示踪剂目标井组受益井的产水量之和除以目标注入井的注水量表示，见式(7)：

μdo=Qp/Qinj

(7)

式中：Qp—目标井组产水量之和，m3/d；

Qinj—目标注入井注水量，m3/d；

若μdo计算结果小于1，可取1。

2.3 地层吸附系数μad

通常微量物质示踪剂具有地层稳定性好，对地层岩石吸附小的优势，该系数可通过室内静态吸附实验得到。例如常用氟苯甲酸类示踪剂在地层温度下静态吸附后浓度保留率大于80%[9]，则地层吸附系数可选择0.8。

2.4 检测校正系数μde

该系数主要用于消除油田产出水样中的杂质、有机物、无机盐等对检测的影响，增加该系数代表即使所注示踪剂全部均匀稀释至预期最大稀释体积中，示踪剂井口产出浓度仍为最低检测限的μde倍。本节利用物理模拟方法对该参数进行研究。

2.4.1 实验方法

利用图1中的驱替装置，按照表1参数，实施方案1，向1#岩心注入5 mL浓度为4.7 μg/L的2,3,4,5-四氟苯甲酸示踪剂溶液，驱替速度为0.5 mL/min，再利用蒸馏水驱替，驱替速度保持0.5 mL/min，在产出口每隔2 min，取样记录样品体积，并测试示踪剂产出浓度，直至产出浓度为0，结束方案1。重复方案2至方案5。2#岩心采用方案6～10驱替，驱替速度与1#岩心相同。

图1 示踪剂驱替实验装置

1平流泵 2六通阀 3中间容器 4精密压力表 5六通阀 6 1#岩心 7 2#岩心 8量筒 9量筒

2.4.2 实验结果

根据图2及图3可以看出，不同检测校正系数对示踪剂的见剂快慢，整个峰值的持续时间影响不大。从图4中看出，随着检测校正系数的增加，1#岩心与2#岩心的示踪剂产出曲线峰值浓度与检测校正系数的比值有小幅增加，但校正系数100～200后，该值基本趋于稳定。上述现象主要由于随着校正系数的增加，示踪剂用量增加，段塞浓度逐渐增加，岩心对示踪剂的动态吸附作用会逐渐达到平衡。即校正系数在100～200后，动态吸附作用对示踪剂产出的影响基本稳定。

根据实验结果，氟苯甲酸系列示踪剂检测校正系数μde取100～200为宜。

表1 示踪剂驱替参数表

图2 1#岩心示踪剂产出曲线

图3 2#岩心示踪剂产出曲线

图4 检测校正系数与峰值浓度/检测校正系数比值关系图

三、现场验证

结合上述讨论结果，微量物质示踪剂用量可用式(8)计算：

(8)

针对渤海某油田6个井组，分别利用原用量设计方法以及改进后用量设计方法进行氟苯甲酸示踪剂用量设计，结果如表2所示。表2中，预期最大稀释体积采用式(3)进行计算，不同的示踪剂根据检测精度确定不同的最低检测限。原方法主要参考文献，利用式(2)计算，其中保障系数选择100～1 000，并根据经验进行调整以保证用量在100～200 kg之间，因此表2中的原方法用量设计结果具有很大的不确定性。改进后方法，分别利用式(4)～式(7)根据井组情况对各系数进行计算，地层吸附系数取0.8，检测校正系数取100～200(对于断层较多的复杂井网选择200，常规井网选择100)，最终利用式(8)计算示踪剂用量，同时利用最低检测限以及检测校正系数得到设计见剂浓度。

上述各井组采用改进后示踪剂用量方案进行注入，分析对比示踪剂产出曲线发现改进方法设计见剂浓度(MDL×μde)与各井组实际产出浓度平均值相差不大，实际浓度与改进方法设计见剂浓度比值在0.4～1.8之间，如图5所示。说明改进后用量设计方法在该油田示踪剂监测应用中合理、可靠。

另外，新改进方法设计用量并非如原经验设计方法所考虑的100～200 kg之间，部分井用量低于100 kg，部分高于200 kg，说明原方法有用量设计过多或不够的现象。