气相示踪技术在延长油田特低渗透油藏CO2驱中的应用

杨 红，赵习森，陈龙龙，王 宏，王 伟， 赵 洋，李 剑，黄春霞

(1.陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西 西安 710075； 2.陕西省二氧化碳封存与提高采收率重点实验室，陕西 西安 710075)

随着我国油田勘探开发工作的逐步深入和陆上各大油田逐渐进入开发中后期，目前新投入开发的油田中低渗透等难以动用的储量所占比重逐年增加[1-3]，常规的注水开发方式在该部分储层中由于存在注入性差和波及范围有限等问题而开发效果不明显，CO2驱因其具有改善油水流度比、溶解膨胀、降低油水界面张力等作用可以大幅提高水驱难以动用储层的采收率而备受关注[4-6]。在CO2驱过程中，尽管不同储层物性不同，但由其非均质性所引起的CO2气窜问题却均不同程度存在，且一直是学者研究的焦点。针对CO2气窜的问题，通常采用水气交替注入、泡沫调剖和凝胶封堵的防控措施来扩大CO2波及体积以提高驱油效果；然而，在利用此类措施前，准确识别实际储层中窜流通道方向和确定其物性参数是确保上述措施行之有效的必要前提[7-9]。气相示踪技术可用于判断注入井和生产井的井间连通性和确定储层非均质性，近年来已在我国多个油田开展了现场应用，其主要是通过在注入井中注入具有性质稳定、混溶性强、在地层中滞留率低、安全环保等特征的气相物质，并在周围生产井对其产出浓度进行动态监测[10-14]。

延长油田乔家洼油区属于典型的低孔、特低渗透油藏，油区于2012年开始注气开发，并在试验初期取得了良好的CO2驱油效果，与此同时，随着CO2注入量的增大和试验区注气压力的升高，目前现场已有多口受益油井出现不同程度的气窜，且具有一定的方向性。为进一步提高试验区CO2驱油效果，准确判断气窜井CO2来源和识别CO2窜流通道，并以此为基础针对性的开展调剖封堵措施成为必然。为此，在分析目标区域CO2驱油效果和气窜情况的基础上，以45543-09井作为注入井开展了气相示踪剂的现场监测与数值分析，并以此为依据对现场注入井注入工艺进行了调整(图1)。

图1 试验区45543-09井位连通方向示意图Fig.1 Connecting direction schematic diagram of well 45543-09 in test area

1 CO2驱油概况

乔家洼油区位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡的中北部，其主力含油层位为延长组长62油层，储层岩性为细-中砂岩，储层具有低孔、特低渗、微细喉、低饱和、层状岩性油藏的特点，其平均孔隙度为12.8%，平均渗透率为1.2×10-3μm2，平均含油饱和度为42.2%，油藏平均埋深1 617 m，有效厚度约12 m，含油面积8.3 km2，探明地质储量249×104t。

油区于2012年9月开始CO2驱油试验，目前有二氧化碳注入井共5口，受控油井33口，其中一线受益井23口。截至目前，地层压力已由CO2注入前的3.8 MPa恢复到目前的8.2 MPa，注气区产量呈现“两升一稳”的良好生产态势：日产液由0.50 t/d上升至1.17 t/d，日产油由0.17 t/d上升至0.35 t/d，综合含水稳定在60%左右。

在注气效果逐步显现的同时，油区部分生产井陆续出现不同程度的气窜情况，且CO2气窜呈现较为明显的方向性。具体表现为：随着目标井区CO2的不断注入，先后有6口受益油井出现不同程度的气窜情况，其中乔44-2井见气时间较其他受益油井更为提前，目前6口气窜井产出气中CO2气体相对浓度为50%～100%。同时，CO2气窜方向主要表现为“北东-西南”向的特征。

2 气相示踪剂监测

2.1 实验材料与仪器

SP3402气相色谱仪(配ECD监测器)。

空气为平衡气、六氟化硫标准气体质量浓度为10.0 μg/L、纯度为99.99%的氮气(载气)。

色谱柱：石英毛细柱30 m；柱前压力0.08 MPa、分流流量100 mL/min、监测器温度250 ℃、柱箱温度100 ℃、进样器温度100 ℃。

2.2 示踪剂注入

1) 关停注气井，连接好注入管线并试压，确保注入井口及管线不漏气。

2) 开启盛有气相示踪剂的高压容器，启动注入泵，注入气相示踪剂。

3) 记录气相示踪剂注入压力和注入量(现场注入压力为9 MPa，注入量为400 kg)。

4) 注入结束，开启正常注气，并开展采油井定期取样监测。

2.3 监测结果分析

以45543-09井作为气相示踪剂注入井，选取9口受益油井作为监测井。9口监测井的示踪剂产出动态显示：其中5口井没有气相示踪剂的产出，45543-01井、乔46-01井、乔46-02井和45545井的示踪剂产出动态和具体参数分别见图2和表1。其中，双峰曲线的峰值浓度和峰值时间均按第一个峰值进行计算。

由图2可知，4口井的示踪剂产出动态均有所不同，45545井和45543-01井示踪剂产出曲线呈现单峰的形态，乔46-01井和乔46-02井则呈双峰的形态。具体表现为：45543-01井曲线主体表现出示踪剂突破后其浓度值上升缓慢，待达到峰值后迅速降至本底的特征，这说明该井与注入井间优势通道厚度薄、体积小，通道主要以高渗透“小夹层”的形态出现；45545井示踪剂产出曲线与45543-01井相似，结合表1可知，该井气体前缘推进速度较快，为9.6 m/d，这说明该井与注入井优势通道渗透率较45543-01井高；乔46-01井示踪剂产出曲线呈双峰的形态，两个峰值均呈快速突破和快速降至本底的特征，且峰值浓度均较低，结合表1可知，其气体前缘推进速度最慢，达到3.7 m/d，这说明该井与注入井间仅存在两个物性较差的优势通道，优势通道以多个“小夹层”的形式存在；乔46-02井示踪剂产出曲线表现出第一个峰值浓度突破较慢、峰值浓度高且下降缓慢的特征，第二个峰值浓度突破迅速、峰值浓度极高且下降迅速，结合表1可知，两个峰值浓度分别达到1 910.0 μg/L和5 754.0 μg/L，其气体推进前缘速度最快，达到11.8 m/d(现场观察到该井气窜较严重也验证了这一点)，这说明该井与注入井间存在两个大的优势通道，且两个优势通道的差异较大，非均质性较强。

2.4 数值分析

利用半解析示踪解释软件对各井的示踪剂产出曲线进行了拟合。比较图2中4口井的实测曲线和拟合曲线可知，4口井的实测曲线和拟合曲线一致性较好。从表2示踪剂解析参数表可知，45543-01井和45545井与注入井间均存在单一优势通道，其厚度相近，但通道渗透率差异较大，这是造成两者气体前缘推进速度差异的主要原因。乔46-01井和乔46-02井均存在两个优势通道， 但前者主要以“小夹层”的形式存在，主要表现出厚度薄、渗透率低的特征，其渗透率分别为9.54×10-3μm2和17.02×10-3μm2；乔46-02井优势通道发育最为明显，两个通道厚度均较大，渗透率均较高，这造成该井示踪剂产出浓度大大高于其他井，并成为现场注入示踪剂产出的主要井。

图2 气相示踪剂产出动态Fig.2 Production performance of gas phase tracer

表1 监测井示踪剂产出参数Table 1 Parameters of tracer production in monitoring well

注入井监测井井距/m突破时间/d峰值时间/d峰值浓度/(μg/L)前缘推进速度/(m/d)45543-01280526675.65.445543-09乔46-0117046481.73.7乔46-0226022521 910.011.845545500528096.99.6

表2 示踪剂解析参数表Table 2 Analytical parameters of tracer

图3 45543-01井生产曲线Fig.3 Production curve of well 45543-01

3 现场措施调整

依据气相示踪剂监测所得到的各监测井与注入井井间连通情况和解析得到的优势通道物性参数，结合前期室内气窜控制方法的适用性研究，从2016年7月至2017年3月，对45543-09井实施水气交替注入，期间累计注入水约1 800.32 m3，注入CO2约2 720.48 m3，水气交替结束后继续开展CO2连续注入。其中，水气交替注入速度为15 m3/d，段塞尺寸约75 m3，水气比约1∶1.5。

从现场4口油井的生产情况了解到，45543-01井和乔46-01井受效明显，且主要表现出见效快、受效持续时间短的特点，而乔46-02井和45545井则效果甚微(乔46-01井受效情况与45543-01井基本相同，仅列出45543-01井生产曲线，具体见图3)。具体表现为：在水气交替注入约1周后，45543-01井日产液量和日产油量均出现明显升高，平均日产液量由注入前0.87 t/d升高至2.62 t/d，平均日产油量则由0.57 t/d上升至0.92 t/d，综合含水率由注入前的34.27%上升至65.50%，套管气监测到的CO2组分浓度由96.44%下降至76.84%，且在水气交替注入期间基本保持不变，但该井受效时间却不足180 d(套管气中CO2组分浓度迅速升高)。

45543-01井和乔46-01井受效明显，而乔46-02井和45545井基本没有见效，这主要是由于受效井与注入井间优势通道渗透率分别为44.13×10-3μm2和9.54×10-3μm2、17.02×10-3μm2，其与区域基质渗透率级差分别为36.78、7.95和14.18，这均在水气交替可抑制气窜的渗透率级差范围内(水气交替抑制气窜的渗透率级差上限约为30)[15]；乔46-02井和45543井与注入井间优势通道与基质渗透率级差均大于80，这远远超出了水气交替注入所能抑制气窜的渗透率级差范围。

目标区域储层气窜以微裂缝窜流为主的特点和水气交替注入后明显改善了由其引起的气窜，这说明水气交替注入在一定程度上可以改善储层平面波及状况；另外，水气交替注入过程中水的重力分异和气的超覆作用，促使其在一定范围内可以有效调整纵向上的注入剖面。

4 结 论

1) 明确了4口监测油井与注气井的井间优势通道发育情况。具体为45543-01井、45545井和乔46-01、乔46-02井与注入井分别存在一个和两个优势通道，其等效渗透率依次为44.13×10-3μm2、9.54×10-3μm2和17.02×10-3μm2、136.15×10-3μm2和184.87×10-3μm2、104.27×10-3μm2。

2) 在45543-09井开展水气交替注入试验，并在45543-01井和乔46-01井取得了较好的增油效果。