井间示踪监测系列技术

1、井间示踪监测系列技术王潜曹亚平于燮佳 陈威邸婷婷王运萍(辽河油田分公司钻采工艺研究院)摘要本文介绍了示踪剂在油田应用中的发展历史，井间示踪的方法、原理及剩余油饱和 度及其分布的监测方法原理，总结了近几年来辽河油田示踪剂发展形成的系列技术，并列举了 部分典型的示踪剂应用实例，阐述了井间示踪在油田开发中的作用。实践证明，井间示踪技术 可以监测注人流体(水、汽、气)在地下的运动状况及参数，包括推进速度、方向、高渗透层 参数(孔、渗、饱及厚度)、压力场分布、波及参数(面积、体积、系数)、断层的密封性是否 存在、裂缝状况及油层的非均质性参数等。同时，通过井间示踪，可以监测当前的油层剩余油 饱和度及其分布

2、。利用井间示踪监测结果，可以为决策者更好地对油田、区块、井组开展调整。 采取工艺措施，改善开发效果，提高采收率服务；井间示踪剂技术是油田开发的配套技术之一。概述示踪剂是指能随流体运动，指示流体的存在、运动方向和运动速度等规律的物质。井间 示踪技术在油田开发中的应用已有多年的历史。20世纪50年代，油田就开始应用示踪剂来 监测生产动态，最初多被用来定性地了解地下流体的运动状况。70年代末，美国we宾 哈姆和m阿卑扎德先后在史密斯提出的五点井网示踪荆流动特性预测方法的基础上，提出了利用井间示踪资料解释油藏非均质性，使井间示踪资料的解释向定量化发展。80年代末，加拿大埃索公司的kn伍德和js唐等人，

3、在库克专利的基础上，提出了运用并间示踪 技术确定水淹层剩余油饱和度的理论和方法。并在矿场实践中得到验证。这些最新研究成 果，把井间示踪技术推向更加实用和指导油田开发的新阶段。近lo年来，通过不断的研究、总结、完善，已形成了成熟的井间示踪监测系列技术， 各类型的示踪剂具有环保、无污染、对人体无害等特点，在辽河油田的稀油、稠油、高凝油 等各类型油藏中广泛应用，并推广到青海、冀东等国内油田，施工规模达到了loo多个井 组，为油田开发调整提供了大量实用的动态资料数据。井问示踪技术原理井间示踪技术是从注入井注入示踪剂段塞，在周围生产井取样监测示踪剂产出情况。见 示踪剂的井说明注采井间存在连通通道，用示踪

4、剂的突破时间可确定各井注人流体的突破速 度。连通层的多少与示踪剂产出的峰值数相关，通过软件拟合计算，可定量描述注采井网的 连通程度、储层在平面上和纵向上的非均质性。同位素井间示踪剩余油饱和度及其分布监测技术是根据色谱分离理论，在监测井组中 (区块监测中投加多种配对的同位素示踪剂)同时注入2种同位素示踪剂，其中一种是分配458型的，另一种是非分配型的。由于分配型示踪剂可以部分地、暂时被原油吸附和交换的特 性，所以，2种示踪剂在地下自注水井向采油井运移过程中，就会出现差速迁移现象，于是 在观察井中便可得到2条示踪剂产出曲线：非分配型示踪剂曲线在前，分配型示踪剂曲线在 后。这种滞后现象，受地下剩余油

5、的影响，剩余油越多，滞后程度越严重，反之相反。通过 软件，对分析结果与采出曲线进行拟合处理和综合分析计算，可求得注采井间平面上和纵向 上的剩余油饱和度及其分布规律。最近，研究人员提出了单示踪剂综合解释方法。它是在半解析方法的基础上，结合油藏 建模、数值模拟等描述和计算手段，各取所长，形成合理的方法体系。其基本原理为：通过 单示踪剂对监测井组、区块进行测试；直接利用示踪剂的测试结果，确定井间连通性参数， 并修正原来(即由测井、钻井、试油等得到的原始地层参数)建立的地质模型，使其更接近实际，更准确；根据示踪荆解释资料修正的地质模型，细分层系，建立动态地质模型。只要 保证重建的地质模型是准确的，那么

6、，利用精细数值模拟的方法计算得到的剩余油饱和度就 相对准确，而且其精细程度可以人为控制。通过精细数值模拟软件，结合示踪剂解释成果， 可以较好地再现生产历史。这样，剩余油解释与示踪剂测试解释紧密结合，互为验证，互为 基础，可以较为圆满地完成示踪剂测试解释任务。井间示踪系列技术一、化学示踪技术化学示踪剂是最古老、最常用的示踪剂。由于其来源广、成本低、检测方法简单等特点，一直是示踪的主要物质之一。其主要类型及特点包括：无机盐。示踪物质为scn一、n03一、br一、i一、a一等阴离子型，种类较多，加入浓 度310，泵车泵入，采用分光光度计检测。染料。示踪物质为胭脂红、曙红y、溴酚红、蒽醌二磺酸盐、柠檬

7、黄等阴离子型，缺 点是吸附量大，易受干扰，易失效。采用分光光度计检测。卤代烃。一氟三氯甲烷、三氯乙烯、二溴丙烷、六氟苯等。特点：多用作水和油水分 配示踪剂。用量大，其组分的有机氯和硫对原油后加工有影响。采用气相色谱检测法检测 (测量精度106级)，加入方法同无机盐。醇类。甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、戊醇等，加入方法同无机盐，采用气相色 谱检测法分析，其生物稳定性相对较差。二、高沮示踪技术 为了适应稠油热采及蒸汽驱动态监铡的要求，克服常规化学示踪剂高温失效的问题，1993-1994年，成功研制开发出耐温超过360(3的高温示踪剂。主要示踪物质为na+、k+、f一等无机盐类，高温稳定；样品分析

8、采用fia分光光度计法，采用泵车注入。 三、同位素示踪技术 该技术包括放射性同位索示踪和稳定同位紊示踪2种：放射性同位素示踪剂。主要是含氚化合物，如氚化氢(3hh)、氚水(3h20)、氚化丁醇(3hc4托oh)、氚化庚烷(3hcahl5)等，可作水示踪剂、油示踪剂、气体示踪剂或油 水分配示踪剂。这类示踪剂易检出，用量少(只用几百毫升或公斤级)，只放出p射线，易 防护，不影响自然t测井，而且价格便宜，因此，很有应用前景。样品检测分辨率10_6级。459非放射性同位素示踪剂。即为稳定同位素。它是把一定化学形态的物质标记上非放射 性同位素作为示踪剂，往注人井中投放，从采出井中采出，再经过一定处理后送

9、入原子反应 堆照射，变成放射性核素来进行测量，这样做既利用了放射性探测灵敏度高的优点，在现场 又不出现任何放射性物质，对周围环境及人身不构成危害。这种分析测定方法称为“中子活 化分析”，检测分辨率101级。同位素示踪技术具有使用范围广、用量少、成本低、现场施工操作简单、地层吸附少、 分析精度高、与地层岩石和流体不反应、地层本底浓度低、高温稳定且不相互转化、对油层 无伤害等特点。四、井间示踪监测剩余油饱和度爰其分布技术 同位素井间示踪测定剩余油饱和度及其分布监测技术是原总公司1997年重点科技攻关项目，它是根据色谱分离理论，在监测井组中(区块监测中投加多种配对的同位素示踪剂)同时注入分配和非分配

10、2种同位素示踪剂，它们在地下自注水井向采油井运移过程中，就会 出现差速迁移现象，通过对其采出曲线进行拟合处理和综合分析，求得注采井间平面上和纵 向上的剩余油饱和度及其分布规律。同位素示踪剂用量小，不会对储层产生伤害；成本低；分配系数在地面和地下没有变 化；没有滞后现象；地层不吸附；现场施工简单。1998年该技术获得了国家发明专利(专 利号zl 98 1 141536)。五、气体示踪技术 针对目前混相驱和非混相驱广泛应用的实际情况，最近，开展了气体示踪荆的研究工作，主要且的是监测注入的气体在地下的运动状况，为混相驱和非混相驱的动态调整提供依 据，目前，示踪剂的筛选、样品分离及监测方法的研究已经完

11、成，2002年准备开展矿场试 验，为规模实施奠定基础。井间示踪矿场应用技术一、示踪剂用量设计 示踪剂用量计算主要应甩smith的计算公式：g=144107妈。c。口o265l1735式中 g示踪荆用量；地层厚度，m；地层的孔隙度，； s。含水饱和度，； c。从油井中采出的示踪剂峰值浓度； a分散常数，m；l井距。102m。示踪剂用量计算实用公式： 首先，计算注人地层的最大稀释体积：vv=楹2蚂。e，460式中、，。最大稀释体积，m3； r注入井与采样井的距离，m注人井有效厚度，ftl； s。油层含水饱和度，； e，连通系数，：孔隙度，。其次，计算示踪剂的投加量：a2tavidlvp式中a示踪剂

12、用量； 岸保障系数； mdl仪器最低检测极限。二、示踪剂的投放、取样和分析1投放 化学示踪剂：浓度310，作业泵k；同位素示踪剂：井151直接投放；气体示踪剂：专用设备注入。2取样 投放前在观察井或投放井取本底样。连续、定时、定量、定人、定专用工具在观察井取样。取样井范围一般为井组的一线井，正常在58口井，特殊情况需要扩大至二线井取样， 每个井组取样井在1315口井。3样品分析 化学示踪剂：采用fia技术，其分析速度可达50120个样h；提高了分光光度法的灵敏度，检测下限由lmgl降至01ingl；采用自动进样，消除了人为操作误差，重现性 好，提高了准确度，由于反应都在管道中进行，因此避免了药

13、品和样品的挥发，试剂和样品 用量都在微升级，大大降低了分析成本，操作简便，降低了消耗，减轻了分析人员的劳动强 度，解决了动态显色反应容易退色、不稳定等问题。该方法实现了分析自动化。同位素示踪剂采用液相闪烁仪分析；气体示踪剂采用气相色谱仪分析。示踪剂解释技术常规井间示踪测试的目的主要包括两类：一是井间连通性的测定，包括井间连通与否、 高渗通道参数确定以及井问受效分析；二是高渗通道剩余油饱和度的测定及其他部位剩余油 饱和度的解释。特殊测试，包括断层监测、裂缝监测、气窜监测等。 较早示踪剂解释理论体系中，示踪剂产出与剩余油之间的关系建立是在色谱理论之上。随着矿场应用的推广，显示出它具有一定的局限性。

14、 主要问题之一是：现场最为关心的可能是高渗通道以外剩余油饱和度的分布情况，而示踪剂只是监测流经通道的参数。为了克服这个缺点，研究人员提出了综合解释方法，所谓综合解释方法，是在半解析方法的基础上，结合油藏建模、精细模拟等描述和计算手段，各取 所长，形成合理的方法体系。综合解释体系原理是：461强化示踪剂测试解释里面最直接和准确的解释成果，即井间连通性参数。根据示踪剂解释资料修正地质模型，细分层系，建立动态地质模型。为了满足细分层系的需要，研制完成了配套的精细数值模拟软件，结合示踪剂解释成 果。剩余油解释与示踪剂测试解释紧密结合，互为验证，互为基础，可以较为圆满地完成 示踪剂测试解释任务。应用情况

15、一、井间示踪监测的技术范围：了解注入井与油井的连通情况。了解注入剂在地层中的渗流速度、方向。了解地层的分层情况。油井示踪剂产出的曲线峰数即注示踪剂的地层所分的层数。通 过对产出曲线的数值模拟，还可进一步算出各层的厚度、孔隙度和渗透率。了解地屡的裂缝和断层。评价地层的处理效果。测定地层的剩余油饱和度及其分布。评价驱替状况及波及参数。示踪剂在油井突破时所注入的注入剂的体积(扣除流出井 网外的部分)，即为波及体积。该体积与该注水井在井网内所控制的地层体积之li：ep为该注 入剂的波及系数。=、应用概况1991年首次在海一块进行了井间化学示踪监测的现场试验，经过145d的现场监测，最 终证实了断层的不

16、闭合性。从此开始了井间示踪技术的研究与应用。近年来，井间示踪技术先后在辽河油田的兴采、曙采、欢采、锦采、茨采、沈采、特油 公司、原科尔沁油田公司等的水驱、蒸汽吞吐、高凝油藏的区块进行了105个井组的现场试 验及应用，并成功地推广到青海油田、冀东油田的3个井组，为认识注采井受效关系，注采 井在平面上和纵向上的非均质性提供了可靠的基础数据；除了在水驱井应用井问示踪技术以 外，我们还在评价水井调剖、堵水，蒸汽吞吐井调剖，大剂量词驱等工程效果中应用井间示 踪技术提供基础数据，针对锦16块聚合物驱油工程，兴28块、曙22块碱聚合物驱油工 程，齐40块蒸汽驱油工程，兴212块分子膜驱油工程，锦90块非混相

17、驱工程，我们优化出 适用的示踪荆、注入工艺、取样制度、样品预处理和分析方法，以及数据解释方法，为评价 工程效果提供可靠的基础数据，达到了预期的目的，取得了明显的经济效益。典型应用实例一、锦如块非混相驱工程1井间示踪的目的 为了迸一步了解非混相驱井组的动态情况，分析生产过程中存在问题的原因，2000年制定了6井组的井间示踪监测方案，监测的主要内容包括：通过示踪监测确定6个井组驱油流体的流动速率及方向。462分析油藏连通情况。对层间非均质性进行描述。确定示踪剂的波及参数。对非混相驱试验井组下步开发工作的措施提出建议。2示踪剂的应用 应用情况见表1。裹1锦如块6井组示踪剂注入参数井号注人日期 示踪荆

18、类型 示踪剂用量，t 注人浓度，016152 2000 11 2碘化钾 o3t3191412000112 硝酸铵 lo5-8013一132 2000t12硝酸铵 lo 5813一更18 2000113 亚硝酸钠 8 580151352000 113硫氰酸铵 5 370141522000113 滇化钠 5 373井闻示踪情况分析从2000年11月3日至2001年2月28 ft，整个示踪过程历时近4mon，经过取样、分 析、数据处理、数值拟合、综合分析，得到了本次示踪监测的结果。本次示踪监测发现，在锦90块兴1组的19141、015135、016152、014152、013132、18一g18等6

19、个井组中，注水波及范围还是比较大的，监测井共35口，见到示 踪剂的井有21口，除6口关井外，只有8口井在监测期间没有见到示踪剂，注水波及面达 到724。从示踪剂突破时间和推进速度看，普遍都比较快，大部分井注水突破时间在25d， 说明在油层中存在较大的流动孔道；注水推进速度差异较大，最大的9075md，而最小的 只有4md，但总的来看，推进速度都比较快。这主要是由于油层的非均质性及各井所处的 沉积相位置不同而引起的。由于纵向上油层非均质性较强，6井组基本都是第13层吸水较强，第46层较 弱，结合吸汽剖面、碳氧比等资料，说明吞吐阶段，第14层动用较好，而5、6层动用 差，这也将成为开发方式转向非混

20、相驱需解决的重点。目前地层压力分布从上至下存在逐渐 降低的现象；西部的19141井组压力比东部的5井组压力要高。平行于砂体走向方向，注水推进速度最快，该方向也是目前断块注水的主流方向。综合本次井闯示踪监测结果以及现场的实际情况，对6个井组的下步工作提出以下几 点建议：从示踪剂的推进速度看，单层单井推进速度很大，突破时间很短，说明氮气泡沫的增压 作用未发挥出来，井间大孔道在监测期内没有有效封堵，因此，需要对化学剂的质量、品 种、注入参数、临界突破压力、在大孔道储层中的发泡增压等做进一步的研究。从油层的纵向上分析，第1、2、3层注水突破井较多，而第5、6层注水不见效，所以， 一方面要继续采取堵驱结

21、合的方式，以增大第1、2、3砂体的注入压力，使3砂体吸水；另 一方面，采取分注措施，适当控制第2、3层的吸水量，使第5、6层吸水，这样，以逐渐达 到纵向上均衡开发；463通过分析014152井组的监测结果并对比其他井组，发现：处在分流河道上的014152井组，注水推进速度普遍都很快，突破时间也短，说明注水见效快，但水淹也快，见效 能力较差，而处在河间洼地、扇体边缘的016152井组，虽然见效慢，但其见效能力强、 时效长，因此，今后在选择注入井时，应尽量避开主河道等渗透性较好的位置，选择河间洼 地、扇体边缘等地方，以增强整体的注水见效能力。二、兴212块分子膜驱油工程1井间示踪的目的兴212块含

22、油气面积112姘，原油地质储量325104t。1973年5月投入开发，1975年8月开始注水，现有油井1017：i，开井10口，截至1999年3月，累计产油13817104t 产水57476104t，综合含水937，采油速度o56，采出程度4251；共有注水井5口，开井5 1；1，日注量855m3，平均单井日注水171m3，累计注水41996104m3，累计注 采比0533，地下亏空367104m3。目前，该块已进入注水开发的后期，因此实施同位素井间示踪技术监测油藏剩余油饱和 度及其分布规律，揭示储层动用程度，储层非均质性及描述注入流体在地下的运动规律，并 为下一步开发方案调整(例如水动力学调

23、整)及采取针对性的工艺措施(分子膜驱油技术)提供理论依据。2示踪剂的应用 应用情况见表2。囊2兴212块示踪剂的应用示踪剂 井组非分配示踪荆(稳定同位素) 分配示踪剂兴147 m3 氚标异戊醇 兴110 nl 氟化正丁醉 兴230 m2 氚化乙醇3井间示踪结果 经过3个多月的现场取样、样品的分析，对井问示踪测试结果进行数值拟合，最终得到了兴212块3个井组的井间示踪监测结果(表3，图1、图2)。由上述可以得出：平面上注水方向主要向3个井组所围成的中间区域推进；兴230井组的兴284井注水 推进速度最快，其间水淹严重。囊3兴212块并问示蒜结果注水井 采油井 井距m 见示踪剂时问，d 推进速度，

24、md兴25 5412 40兴110 兴82 35414 253兴勰2 27218 151续表注水井 采油井 井距，m见示踪剂时间，d推进速度，md兴152 232 8 290 兴230 兴284 50013 385 兴240 512 25 20 5兴283 21014 150 兴147 兴212 370 18 205 兴240 540 27 200图1兴212块3井组注水推进方向与时阈示意图图2兴212块3井组第8层剩余油饱和度及其分布兴147、230等2个井组的注水波及情况较好。纵向上6个油层组中仍然有较高饱和度值的剩余油存在。其中，第5油层组剩余油分 布在兴28282157井连线以西方向，

25、兴110井和兴25井周围区域也有剩余油存在，本油 层组平均剩余油饱和度值为046；第6油层中的剩余油主要集中在兴157井周围，兴82井 附近地区剩余油最低，而其余部分的剩余油也相对较多，平均饱和度值在050左右；第7 油层组中，剩余油主要分布在兴110井、兴230井和兴14-7井所包围区域，平均饱和度值为050左右；第8油层组由于同时受到3口注水井注入水的波及，使得油层组内部的剩余油 呈现零星分布。剩余油主要分布在兴14-7、230两井组和兴110井组之间的条型区域，饱和 度值为047050之间；第9油层组中的剩余油主要分布在兴110井南北区域，平均饱和 度值为048左右；第10油层组的剩余油

26、主要分布于兴14-7、兴240井的北部，兴110井组 的西部。剩余油饱和度平均值在048-050之间。4建议在兴230井和兴110井实施调剖工艺改造。针对各油层组的剩余油分布情况，兴110 井在调剖过程中，要控制住第8、第10油层组的吸水，而相应增加第7、第9油层组的吸水 量；兴230井在调剖过程中，要最大程度地降低第8油层组的吸水量。由于本次解释工作只 量化到了油层组，所以，开展调剖工作时，最好采用选择性化学调剖工艺技术，针对性地解 决水窜问题，切实提高水驱油藏的动用程度。各个油层组中不同程度地存在着剩余油，但就生产结果而言，常规的注水方法已很难 再继续提高原油采出程度。因此，建议在开展水动

27、力学调整的同时，配合进行其他行之有效 的工艺措施(如分子膜驱)，使得各油层内的剩余油得到较好动用，提高单井、井组及整个区块的产量。应用效果从1991年至今已在海1块、锦16块、兴28块、曙4块、曙22块、锦99块、锦17 块、沈84块、杜32块、杜84块、兴42块、兴212块、锦90块、冀东油田、青海油田等 油田区块进行了105个井组的现场应用，为现场提供了大量实用的动态监测数据，大量的措 施实旌后，见到了良好的增产效果，取得了明显的经济效益。比较典型的应用效果有锦16 块聚合物驱三段塞注示踪剂进行动态监测和兴212块分子膜驱的井间示踪剩余油饱和度监 测。在锦16块聚合物驱三段塞注示踪剂进行动态监测过程中：聚合物第一段塞示踪结果显 示：注采井间只有2-3个层连通，驱油流体只进入高渗层，说明层间非均质性较强，聚合 物驱并未见效，生产动态显示含水上升，产量下降，现场采取对注剂井进行调剖、减少聚合物的降解和注剂井分层注聚合物的措施。第二段塞示踪结果显示：纵向上的非均质性大大降低，驱油流体波及到未动用层，驱油效率大大提高，聚合物驱见效了，日产油由103t上升 到160t。注采速度的提高加剧了井网外流和平砸上的非均质性，