示踪剂监测技术在储层均质性和油层连通性中的应用

曹 新，王林杰，于兆坤.

(中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452)

油田大规模注水开发过程中，由于油藏储层的非均值性，导致注入水指进、锥进，大量注入水进入高渗透层，改变原有注入水的水驱通道。油田开发过程中，井间示踪剂监测为获取目标井组储层均值性、油层连通性及周边油井对应关系，被广泛应用于油田增产措施作业。

1 目标井井组概况

海上某油田A13井组对该区储层均质性[1]、油层的连通性与周边油井对应关系的判断不够充分，通过对该区注水井注入示踪剂，进一步加深对该区的认识，为后续的油田开发提供指导性建议。

A13为一口注水井，该井目前日注水量为562 m3，注入压力为9.3 MPa。A13井对应的受益井包括A17、A7、A16、A15、A12h、A35h、A25h1、A24h、A10、A34井。

表1 A13井组生产层位Table 1 A13 production layers

2 测试井组目标示踪剂优选

示踪剂运移是指通过向注水井注入一种水溶性示踪剂，示踪剂从注水井注入后，首先随着注入水高渗透层[2]进入生产井，中低渗透层会在高渗透层的示踪剂从周围监测井的水样见剂后继续产出示踪剂[3-6]，示踪剂在储层的纵向运移如图1、平面运移如图2所示。

图1 示踪剂纵向运移机理Fig.1 Mechanism of longitudinal transport of tracer

图2 示踪剂平面运移机理Fig.2 Mechanism of plane transport of tracer

示踪剂筛选原则[7]为：①示踪剂在待注层的岩石和地层水中的含量极少；②化学稳定，生物稳定，不与待注层岩石及流体发生化学反应；③待注层岩石对示踪剂的吸附小；④分析方法简单可靠，灵敏度高；⑤无毒、安全。 筛选过程是：结合井组示踪剂筛选原则，参考标准Q-HS 2029—2006《海上油田化学示踪剂注入及检测规范》， QSY 127—2005《水驱油田井间示踪技术规范》。本次实验主要考察受益井的本底浓度，并开展配伍性实验，保证监测结果的合理性及准确性。

本次实验主要对测试井组注入水及地层水进行示踪剂本底浓度测定，优选测试井组目标示踪剂。由于氟苯甲酸示踪剂为人工合成物质，其在各油田水样中均无本底(之前施工过除外)。经取样检测，目前A油田CEPA平台注入水和4口受益井的氟苯甲酸示踪剂本底浓度均为0，符合示踪剂筛选中要求本底浓度低的原则。

本次实验主要检验地层水与示踪剂的配伍性，如两者配伍性不好，会有沉淀产生，导致对地层产生伤害，并会对井眼或地层造成堵塞，影响后续注水作业；如果产生某些化学变化，不但会伤害地层，而且会影响示踪剂的有效检出。实验选择以下4种示踪剂(表2)，用注入水配制一定浓度溶液，在油藏温度条件(65 ℃)下，试验72 h，观察其体系有无沉淀及化学变化，以之前应用过此类示踪剂的油田实验结果为例。

表2 示踪剂配伍性及注入水本底浓度实验数据Table 2 Experimental data on compatibility of tracer and background concentration of injected water

从配伍性实验结果可以看出，4种示踪剂与地层水配伍性良好且二者之间不发生干扰。参照实验结果，考虑药剂成本因素，确定A油田A13井组的目标示踪剂为4-FBA。

3 工艺设计思路

3.1 示踪剂用量计算

为保障措施成功率，用量设计时，采用最大稀释体积法进行计算，同时考虑井网外的稀释、示踪剂有效检出、地层吸附等因素。

本次测试采用的示踪剂注入量计算公式如下[8-9]：

A=μ·MDL·V

式中μ——保障系数，其目的是消除各种天然和人工不利因素的影响，保障注入的示踪剂可以被检测到，其数值一般根据经验来确定。

MDL——最低检测浓度，可以是仪器的分析检测限，也可以是最大本底浓度，一般取两者中的最大值。

V——地层最大稀释体积。

V可以表示如下：

(2)

式中n——待注层内小层数；

Ri——注入井与周围油井在待注层内i小层上的平均井距的数值，m；

hi——待注层内i小层的平均厚度的数值，m；

φi——待注层内i小层的平均孔隙度的数值；

Swi——待注层内i小层目前平均含水饱和度的数值。

3.1.1 注、采井井距L

注、采井井距根据井组内各井坐标计算得出，见表3。

3.1.2 油层平均厚度h

主要通过测井解释的结果，统计出有效油层厚度，具体统计结果见表4。

表3 A13井组各层平均井距Table 3 Average distance of A13 well group at each level

3.1.3 平均孔隙度Ф

主要通过测井解释的结果，统计出各井孔隙度，具体统计结果见表5。

3.1.4 储层平均含水饱和度Sw

目前平均含水饱和度取70%。

3.1.5 各层目前水体体积的计算

计算结果见表6。

3.1.6 最低检测浓度MDL

MDL与示踪剂的本底浓度、仪器最低检测限有关：当地层中本底浓度很低时(或者几乎没有)，MDL主要参考化验仪器的灵敏度；当地层中本底浓度较高时，高于检测仪器的最低检测浓度，要参考地层中的本底浓度。氟苯甲酸示踪剂取最低检测浓度，4-FBA为0.3 μg/L 。

表4 A13井组各层厚度Table 4 Thickness of A13 well group at each level

表5 A13井组各层孔隙度Table 5 Porosity of A13 well group at each level

表6 A13井组各层水体体积Table 6 Volume of water bodies of A13 wells at each level

3.1.7 保障系数μ

保障系数的选取主要考虑二线井情况、示踪剂的有效产出、地层吸附、井网外稀释作用。

参数确定后，计算A13井组示踪剂的药剂用量，结果见表7。

3.2 注入段塞设计

(1)注入示踪剂过程中，保持注入井正常的注入速度和注入压力，与注水井注水量及压力保持一致。如果平台注水量过大，可以采取调小注水量在线注水方式进行示踪剂溶液注水(示踪剂注入速度+调整后的注水速度=该井的油藏配注速度)。目前A13井油藏配注562 m3/d，为23.4 m3/h，注入量过大，考虑采用不停注水在线注入方式。

表7 A13井组示踪剂用量计算结果Table 7 Calculated results of tracer dosage of A13 wells

(2)控制示踪剂的注入排量及注入时间大于12 h，确定示踪剂溶液注入量为5 m3/h，调整平台注入水排量为18.4 m3/h，保证示踪剂能进入地层的高渗透层的同时，中低渗透层也能有示踪剂的进行，确保后期示踪剂解释的准确性。

示踪剂注入段塞设计见表8。

表8 示踪剂注入段塞设计Table 8 Design of tracer injection plugs

4 现场施工及检测

4.1 优化注入方式

A13井于2017年3月10日完成现场注入。注入过程采用在线注入方式，保证注入速度与平台注水时的速度一致，即作业过程中调整平台油藏注水量由原来的23.4 m3/h到18.4 m3/h；示踪剂药剂注入速度为5 m3/h，持续注入12 h。小排量、长时间、同平台注水量注入一致的情况下，保证示踪剂药剂在注入过程中进入储层的高渗透层的同时，中、低渗透层也有药剂进入，确保后期监测结果的准确性。

4.2 受益井取样

结合各井的含水情况，对一、二线受益井A17、A7、A16、A15、A12h、A35h、A25h1、A24h、A10、A34采取以下取样方案：

(1)投加示踪剂前3天，每天测各监测井的示踪剂本底浓度一次。

(2)开始注入示踪剂溶液后一周，每天在各监测油井取水样两次，进行油水分离，将水样标注贮存后及时返回陆地实验室进行氟苯甲酸示踪剂检测。

(3)一周后，降低取样频率，每天取样一次。

(4)取样瓶做好标记，同时避免取样及运输过程中的污染。

(5)若产出液现场脱水困难，将产出液标注贮存后返回陆地实验室进行脱水检测。

(6)根据检测数据，绘制示踪剂产出曲线。示踪剂产出曲线上峰值回到本底浓度时，即可停止取样检测。

4.3 样品检测

对注水井A13井组周围10口受益井进行取样检测，截至2017年12月26日，共检测样品1 897个(检测日期截至2017.12.7)。

表9 A13井组受益井取样统计情况Table 9 Sample statistics for beneficiary wells of A13 well group

5 监测结果分析

5.1 受益井产出曲线分析

示踪剂产出曲线有几个要素，包括见剂速度、峰值个数、峰值高度、波峰宽度、示踪剂回采率等。当注水和产出平衡、稳定，地层内压力不发生突变时[10]，其中见剂速度反映井间高渗层/大孔道渗透率的大小，速度越快，井间水窜通道渗透率越高；波峰个数对应高渗通道的数量，通常几个波峰对应几个通道；峰值高度对应高渗通道的厚度，峰值越高，表明高渗通道越厚；波峰宽度对应高渗通道的波及面积，波峰越快，波及面积越大；示踪剂回采率对应流经水窜通道的注入水量。示踪剂产出曲线如图3所示。

图3 示踪剂产出曲线Fig.3 The tracer output curve

通常情况下，由于井间大孔道的渗透率高，但其体积相对较小(厚度小、波及面积小)，其示踪剂产出表现为见剂速度相对较快，波峰高度小，波峰宽度小，示踪剂回采率比例低；由于高渗水淹层的渗透率相对较低，但其体积较大(厚度大、波及面积大)，其示踪剂产出表现为见剂速度相对较慢，波峰高度大，波峰宽度大，示踪剂回采率比例高。

5.2 A13井组检测结果

从2017年3月8日到2017年12月26日，通过对A13井组受益井A17、A7、A16、A15、A12h、A25h1、A10、A34 、A35h、A24h共计10井次的检测，实验室检测分析，A12H、A16、A17井见剂，通过示踪剂产出曲线分析，结合见剂时间、峰值浓度、峰值宽度等参数，明确了A13井与A12H、A16、A17井连通，A13井注入水向A12H、A16 、A17井方向突进，井间存在水窜通道，突进速度为2～7 m/d，A12H井示踪剂见剂浓度相对较高，见剂速度快，持续时间相对较长，该井与A13井间水窜相对严重。

表10 A13井组见剂统计Table 10 Statistics of seeing agent of A13 well group

表11 A13井组见剂解释结果Table 11 Interpretation results of seeing agent of A13 well group

通过拟合产出曲线，得出各层的水窜通道厚度和渗透率分布图，同时计算出各井的水窜通道位置、厚度、渗透率、孔喉半径及水窜通道体积。

通过产出曲线拟合得出，A13井与周围见剂井间的水窜通道主要存在于Ed3Ⅰ小层。

A13井与A17、A16、A12H井间通道的渗透率介于11 000～22 000 mD之间，孔喉半径为18～27 μm，水窜通道厚度为32～78 cm，属于井间高渗层，水窜通道总体积为47 378.9 m3。

6 结论及建议

(1)示踪剂监测从药剂注入受益井水样取样监测，开始见剂，到见剂峰值，到回归本底浓度，井示踪剂解释报告，时间周期较长，一般为6个月左右。A13井组从2017年3月药剂注入，到12月监测结束，周期长达9个月。如需示踪剂监测技术指导后续措施作业，需提前安排施工。

(2)示踪剂受益井见剂时间与作业井注水量大小有关，注入量偏小，则受益井见剂时间偏长，见剂峰值及回归本底浓度时间相应推迟，无法在较短时间内完成该井组示踪剂解释报告，对后续措施作业产生影响。