（油气田开发工程专业论文）示踪剂解释方法及应用研究.pdf

英文摘要 s n b j e c t ：t h e s t u d y o f e x p l a n a t i o n m e t h o d a n d a p p f i c a f i o no f i n t e r - w e l l t r a c e rt e c h n o l o g y s p e c i a l t y ：o i la n dg a sf i e l dd e v e l o p m e n t n a l e ：w a n gp e i - w e n ( s i g n a t 旧冱啦， i n s t r u c t o r ：l i uy i - f e i ( a b s t r a c t i no r d e rt os t u d yr e s e r v o i r sh e t e r o g e n e i t ya n de f f e c to f f l o o d i n g , e n h a n c 汜t h ef l o o d i n g e f f i c i e n c ya n du l t i m a t er e c o v e r y , t h ep a p e rc o m p a r e t h ee x i s t e n ti n t e r - w e l le x p l a n a t i o n m e t h o d s ，i n c l u d i n gn u m e r i c a ls i m u l a t i o n , g e o s t a t i s t i a lm e t h o da n da b b a s z a d e h - b f i g h a m f l o w t u b em o d e la tp r i n c i p l ea n df i e l da p p l i c a t i o na s p e c t s ，a n dt h e nc h o o s et h ea b b a s z a d e h - b r i g h a mf l o wt u b em o d e li n t e r p r e ti n t e r - w e l lt r a c e rd a t a , c o m b i n ec o l o rs p e c t r u mt h e o r ya n d b l a c ko i lm o d e l ，a tl a s td e v e l o pa l li n t e r - w e l lt r a c e re x p l a n a t i o ns o r w a r e ，t h r o u g hi tw ec a l l k n o w ：d i s t r i b u t i o nc o e f f i c i e n ta n ds w e e pe f f i c i e n c yo f i n j e c t i n gf l u i d , h e t e r o g e n e i t y p a r a m e t e r so f r e s e r v o i r , e x i s t i n gi n t e r f o r m a t i o n a lc h a n n e l i n go rn o t , c o n d i t i o no f j l ! j e c t i n gw e l l p r 懿s u 碍a n dr e s i d u a lo i ld i s 仃i b u t i o ne ta 1 u s i n gt h es o f t w a r ee x p l a i n1 0w e l lg r o u p si n l i a o - h eo i l f i e l da n d5i nc h a n g - q i n go i lf i e l d , t h er e s u l tc a nr e v e a lt h ep r o d u c t i o np e r f o r m a n c e a n dg e o l o g yc h a r a c t e r s , i ta l s oc a nb eu s e di np r e d i c t i n gt h ep r o d u c t i o np e r f o r m a n c e , b u i l d i n g g e o l o g ym o d e la n da d a p t i n gp a r a m e t e r s a sf i t t i n gp r o d u c t i o np e r f o r m a n c ed a t a , d i r e c t i n gt h e s e q u e n tt r e a t i n ga n dr e v e a li t s f e a s i b i l i t y k e yw o r d s ：i n t e r - w e l l t r a c e r e x p l a n a t i o n s o f t w a r e t h e s i s ：a p p l i c a t i o ns t u d y t h ep a p e rw a ss u p p o r t e db yt h ep r o j e c to ft e c h n i c a ls c i e n c er e s e a r c hp l a n n i n go fs h a a n x i p r o v i n c e ，t h en v m ei s 。t h es t u d yo fr e s i d u a lo i ld i s t r i b u t i o na se x p l o i t i n gl o wp e r m e a b i l i t y r e s e r v o i r ”( p r o j e c tn o 0 5 j k 2 8 0 ) 1 学位论文创新性声明 本入声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做 了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 吼掣 学位论文使用授权的说明 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学 位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、公 开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相 关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大学。 论文作者签名：竖1 日期： 导师签名： 加p n 日期：中 第一章绪论 第一章绪论 1 1井间示踪技术的国内外研究现状 国外对示踪剂的研究应用始于2 0 世纪5 0 年代，最早用于地下水的研究，且其分析 只是定性的。1 9 6 5 年，d e b a l d l i n 试图定量研究示踪剂在五点井网中的流动动态，他 给出了用解析法预测示踪剂产出曲线的方法，但计算工作量很大“1 。同年，b r i g h a m 发表 了五点井网中示踪剂产出曲线的文章，为示踪剂的产出曲线分析打下了理论基础。1 。1 9 7 9 年，l y u e n 和b r i g h a m 在此基础之上，提出了定量解释五点井网示踪剂产出动态，确定 油层的分层特性方法”1 ，但这是种试凑方法，使用起来相当繁琐、费时。a b b a s z d e h - d e h g a n i 和b r i g h a m 于1 9 8 2 1 9 8 3 年提出了流度比为1 的条件下，根据井间示踪剂流动 状况，确定油藏非均质性的分析程序，该程序改进了ly u e n 和b r i g h a m 的求解方法，加 入了优化程序，通过内部迭代直接求解出油层的分层孔隙度和厚度的乘积、各动用层段 所占总地层系数的比例，并计算出累积产水量和示踪剂浓度的关系“1 。1 9 8 4 年， a b b a s z d e h - d e h g a m 和b r i g h a m 成功地运用解析方法分析了井间示踪剂的流动动态，且编 制了计算机程序，其模型被称为a b b a s z a d e h - b r i g h a m 流管模型( 在本论文中简称a - b 模型) 。至此，应用井间示踪技术来研究油藏非均质性才真正地由定性转为定量，为示踪 剂产出曲线的应用开辟了道路。 除a b 模型以外，通过井间示踪技术研究油藏非均质性的方法主要有：数值模拟法、 地质统计法等。数值模拟法是将示踪剂作为模拟过程中的一个组分，在一定的边界条件 下，推导压力、含油饱和度和示踪剂浓度方程，用浓度值拟合示踪剂产出曲线，通过调 整储层参数，当二者拟合较好时，可以得到此时的压力分布、残余油饱和度分布和储层 的非均质参数。地质统计法是s gg h o r i 和j p h e u e r 在1 9 9 2 年提出的一种利用井问 示踪资料解释储层非均质性的方法嘲，这种方法是基于示踪剂浓度在纵向产出剖面上的 差异，在井下不同深度取样进行分析，通过实验和理论模型计算不同深度的储层参数场 分布。 井间示踪技术的另外一项应用是解释井问残余油饱和度。1 9 7 1 年，c o o k e 应用色谱 理论，提出了测定油层流体饱和度的方法脚，但当时由于缺少合适的示踪剂和解释方法， 阻碍了这一技术的发展。1 9 8 9 年，k n w o o d 和j s t a n g 等人在c o o k e 专利的基础上， 基于色谱理论，在注水井注入两种或两种以上在油水中有不同分隔系数的一定浓度的示 踪剂段塞，在观察井中测试示踪剂的分离程度，最终确定井间残余油饱和度，这种方法 已经成功地应用于l e d u c 沪2 a 油藏和j u d yg r e e kb h 2a 油藏中”1 。这些研究成果，为 油藏静、动态地质研究和油藏描述提供了新的手段。 我国对井间示踪技术的研究起步较晚，直到2 0 世纪8 0 年代，国内仍停留在定性研 究上，即仅仅研究注入流体的流动方向，水线推进速度，评价油层的连通关系及是否存 在窜流通道等1 9 8 6 年，在胜利油田，为配合区块整体堵水而开始示踪剂实验，其应用 范围扩大，除确定水淹层的厚度和渗透率以确定油藏非均质程度外，还可以确定大孔道 西安石油大学硕士学位论文 直径，以便确定堵剂的大小和用量，确定注入井管外窜槽和管内穿孔，以便采取相应的 措旌。1 9 9 0 年，孤东采油厂与胜利测井大成技术开发公司合作，进行了放射性同位素井 问自动监测方法的研究。9 0 年代后期，示踪技术在全国各油田的应用扩展到研究体积波 及状况、油层的非均质状况、认识注入流体的分布状况、提高采收率的效果评价和三次 采油开采机理、描述油层的连通性、层系问或层问窜流及注入井井况等多个方面。 1 2 本论文的目的和意义 对于注水开发的油田，由于油藏平面上和纵向上的非均质性，以及油水粘度的差别 和注采井组内部的不平衡，势必造成注入水在平面上向生产井方向的舌进现象和在纵向 上向高渗透层突进的现象。特别在注水开发后期，油井含水高达9 0 以上，由于注入水 的长期冲刷，油藏孔隙结构和物理参数将会发生变化，在注水井和油井之间又可能产生 特高渗透率的薄层，流动孔道变大，造成注入水在注水井和生产井之间的循环流动，大 大降低了驱油效率。为了改善层间关系，提高注入流体利用率，避免昂贵的注入流体 流失，提高水驱油效率，油田已开展了注水井调剖、油井堵水、封堵大孔道、周期注水、 改变液流方向等综合治理措施。这些措施是否能取得预期效果，取决于对油藏认识的正 确程度。因此，进一步加强对老油田储层的认知程度，对其进行精细描述，能为寻找剩 余储量，增大挖潜力度铺平道路。井间示踪技术为实现这一目标提供了一种有效手段。 在油藏工程研究中，特别是油田进入高含水期后期，人们更加关心残余油饱和度的分布， 以便为评价实施后续开发方案的可行性，以及采取其它相应的增产措施，进一步挖潜油 层的潜力，为提高油田的最终采收率提供依据。井间示踪测试是矿场测定残余油饱和度 的常用手段之一对于新投入开发的油田，为了认识井问各层的对应关系以及注水受效 关系等，也需要利用井间示踪技术。 我国绝大多数油田以注水为其开发模式，东部油田经过较长时间的开发，大多数已 进入高含水、特高含水期，为此，国家提出了“稳定东部，发展西部”的发展战略，但 是西部大多数储层属于低渗透、边角油藏，开发难度大，而且西部寻找新区块的难度也 越来越大。在这种情况下，深化对油藏状况的认识，提高最终采收率将是实现我国石油 开发战略的不可或缺的组成部分。针对我国目前油田开发的现状，为了给现场生产提供 更为可靠的油藏信息，为其制定合理的开发或调整方案提供技术支持，本论文从示踪剂 在井间的流动机理出发，建立了解释注入流体分布及波及效率、储层非均质性、压力分 布以及残余油饱和度分布的计算模型，在此基础上研制了井间示踪解释软件。通过井间 示踪解释软件来研究油藏的非均质特性和动用信息，对优化油田调整挖潜措旌、提高油 田的管理水平和提高油田最终采收率有重要的指导意义。 1 3本论文的主要工作和对前人工作的改进 ( 1 ) 本论文详细讨论了示踪方案设计中的主要因素，包括示踪剂的性质、分类及筛 选方法等，并对从示踪剂的注入、监测到分析解释整个工艺过程作了全面的介绍。 ( 2 ) 从解释原理和现场应用两方面对目前常用的井间示踪解释方法( 数值模拟法、 2 第一章绪论 地质统计法、h b b a s z a d e h - b r i g h a m 流管模型) 的优缺点进行了对比分析。 ( 3 ) a b b a s z a d e h - b r i g h a m 流管模型没有给出平均孔喉半径的计算方法，本论文引 入了计算平均孔喉半径的方法，此参数对后续开发措施的调整具有指导和借鉴意义。 ( 4 ) 在a b b a s z a d e h - b r i g h a m 流管模型的基础上，结合色谱理论和黑油模型，研制 了井阅示踪解释软件，通过井问示踪解释软件的解释，可以为生产现场提供以下资料： 1 ) 描述油层的连续性，为优化井网设计提供依据； 2 ) 计算注入流体在各生产井的分配，研究储层平面非均质性，为制定合理的生产制 度提供依据； 3 ) 研究注入流体波及状况，为是否应采取提高扫及效率的措施提供依据； 4 ) 研究层间非均质性，为调整吸水剖面，改善层间关系提供依据； 5 ) 研究当前开采条件下油层的动用情况，为进一步改善注水效果，提高注入水利用 效率，采取措施提高油田最终采收率提供了依据。 ( 5 ) 利用作者研制的井问示踪解释软件对辽河油田1 0 个井组、长庆油田5 个井组 进行了井间示踪解释，解释结果能够客观的反映目前的注水动态和地质特征，可以为动 态分析和建立地质模型提供依据，为采取进一步的调整措施提供指导。 ( 6 ) 井问示踪解释软件能够在旖工设计时根据目的井网的井网参数、储层参数以及 示踪剂的性质参数等，计算得到目的井网示踪剂的用量，为现场施工提供指导。 ( 7 ) 井问分层示踪监测可以明确纵向上各层段对应层的连通状况、井间主流通道参 数、层间注入水的分配比例、非均质程度的强弱对比关系以及层问关系。本论文在前人 研究的基础上，提出了分层示踪的解释方法，利用此方法对辽河油田锦1 6 、海外河等区 块若干井组的分层示踪资科进行了模拟计算，根据计算结果进行分析解释，提出了调整 意见，经现场实施后，提高了在受效程度较差层的波及效率，实现了注入水在层间的均 衡受效。 ( 8 ) 多井组同时进行井间示踪监测可以明确各生产井与注水井的受效对应关系、各 井组的相互影响关系、平面上注入水的分布以及平面上不同方位非均质程度的对比关系。 本论文在前入研究的基础上，提出了多井组示踪的解释方法，利用此方法对长庆油田王 窑区块的多井组井间示踪资料进行了模拟计算，根据计算结果进行分析解释，提出了调 整意见，经现场实施后，增加了平面上受效较差方位的受效程度，提高了总体波及效率。 ( 9 ) 本软件在输出部分能够将解释所得的所有参数自动生成表格，将表格和解释所 得压力分布图，残余油饱和度分布图等一并直接存入w o r d 文档中，操作更为方便。 西安石油大学硕士学位论文 第二章井间示踪技术的工艺原理 井间示踪测试就是向注入井注入能够与注入流体相溶的示踪剂，然后用流体驱替这 个示踪剂段塞，从而标记已注入流体的运动轨迹，同时在生产井监测示踪剂的开采动态， 利用跟踪注入流体在油藏中的运动状况，通过研究示踪剂的开采动态，研究油藏特性和 开采动态的方法。 实施井问示踪测试是一个系统的工程，它主要包括以下几方面的内容：示踪剂的筛 选、示踪剂的用量设计、示踪剂的配制、示踪剂的注入、示踪剂采出曲线的监测和示踪 剂响应曲线的分析解释。这几个过程的任何一个环节出了问题，将直接影响整个测试方 案的成败。所以，在实施井问示踪测试之前，必须仔细周到的考虑好每一个环节。本章 将按照井间示踪测试的顺序对其各个环节分别作一介绍。 2 1 示踪剂的筛选 示踪剂的物理化学性质及其与油层岩石和流体的相互作用程度，将直接影响示踪剂 的流动特性，它直接关系到示踪剂能否跟踪注入流体，反馈注入流体的流动特性，并对 最终解释结果产生影响。因此，选择出合适的示踪剂，是井问示踪测试的重要环节。 2 1 1示踪剂的筛选标准 在选择示踪荆时，应考虑到示踪剂的物理化学性质、油藏岩石性质、油田水及注入 水性质、经济以及安全和环保等诸多因素。如果井间示踪的目的是研究油层的非均质特 性和注入流体分布状况时，示踪剂的筛选标准如下 9 , 1 0 , l l 】： ( 1 ) 化学稳定和生物稳定，多种示踪剂之间不反应； ( 2 ) 不吸附于地层岩石表面； ( 3 ) 与地层矿物不发生反应，与地层流体配伍； ( 4 ) 在地层中的背景浓度低； ( 5 ) 易检出，灵敏度高，多种示踪剂可同时分析，互不干扰； ( 6 ) 无毒、安全、对环境测井无影响； 所以，在选择示踪剂时，应对油田的采出样品进行分析，以确定油田水的成分和细 菌的种类，选择那些本底浓度低或者为零、抗生物降解的示踪剂作为待选示踪剂，然后 对这些待选示踪剂进行化学分析，选择那些毒性低、化学稳定性好，与原油性质有较大 差别的示踪剂进行吸附实验，最后确定选用的示踪剂。 如果井间示踪测试的目的是测定井间残余油饱和度，那么还应当选择一种能够与地 层中原油相混溶，向油中分配的示踪剂。如果要研究油层的吸附特性，就应当选择有一 定吸附能力的示踪剂。 2 1 2 示踪剂的主要类型 目前常用的示踪剂可以分为五种类型：水溶性化学示踪剂、水溶性放射性示踪剂、 气体示踪剂、非放射性同位素示踪剂、稳定同位素示踪剂【12 1 。 水溶性化学示踪剂主要可分为以下几种类型： 第二章井问示踪技术的工艺原理 无机盐类，如氯盐、溴盐、碘盐、硫氰酸盐、硝酸盐类等。这些都是比较容易得到 的，分析也比较简单，但是有些油田油层流体中常含有高浓度的氯和溴，而硝酸盐常常 受到细菌和油层还原环境的影响而发生分解，因此在使用时，一定要注意油田的具体条 件。 醇类示踪剂，如甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇等。这些示踪剂价格低廉，特别适用于 计算残余油饱和度，但它们易受到细菌降解的影响。 染料类，如萤光黄和若丹明等。这类示踪剂虽然在价格上和样品分析上占有优势， 但他们很容易吸附在岩石上和分配到油相中，所以它们不适合于需要定量解释的示踪测 试，只能应用到定性解释的测试中。 水溶性放射性示踪剂，如氚水( 耵o ) ，碳1 4 标记的硫氰酸盐( 1 4 c n s ) ，钴6 0 盐 【6 0 c o ( c n 瑚，硫3 5 ，氯3 6 ，钠2 2 等。在使用放射性示踪剂时，应采取高度安全措施， 特别是那些y 射线的同位素，同时还要特别注意环保问题。目前只有放射弱p 射线，低 毒性、半衰期长( 1 2 4 年) 的氚水获得了比较广泛地应用。 气体示踪剂包括氚标记的烃类( 如甲烷、乙烷、丙烷) ，氪鄂，六氟化硫、氟里昂、 全氟碳等。 非放射性同位素示踪剂，虽然在注入和采出过程中是安全的、无放射性的，而且样 品的分析精度高。但它的样品分析需要在地面条件下，在反应堆中或者用中子源照射将 其激活，一般油田很难满足这一要求，所以其应用只是实验性的，难以推广。 稳定性同位素示踪剂是低碳数的卤化有机酸。同地层岩石只有少量的相互作用，酸 的阴离子不容易分配进入残余油中，在热力学上是稳定的，而且抗细菌降解，但目前只 有i s o t a g 公司掌握它的制备和分析方法，因此还未广泛地应用。 2 2 示踪剂用量设计 示踪剂的用量决定于井组的井距、孔隙度、地层的油水饱和度、示踪剂在地层中岩 石表面的吸附量、地层的非均质性和井网外浸入水的稀释效应等因素。目前常用的水驱 条件下示踪剂用量计算公式是由b r i g h a m s m i t h 推导的，其数学表达式为【l 】： g = 1 4 4 x 1 0 - 2 j j l 筘。c ，口o 。6 5 7 ” ( 2 - 1 ) 式中，g 一示踪剂用量；t h 一地层厚度；m 巾一地层孔隙度； s w 一含水饱和度； c o 一从油井采出示踪剂浓度蜂值；m g l a 二分散常数；m l 一井距。l 酽m 在气驱条件下，只需将方程中的换为含气饱和度s 。，即可得到气体示踪剂用量 的计算公式。 西安石油大学硕士学位论文 2 3 示踪剂的注入 示踪剂的注入包括注入工艺、注入时间、施工要求等方面内容。在此过程中， 应尽量减少人为因素的干扰，确保获得比较理想的示踪剂采出曲线，为井问示踪测试结 果的解释提供最佳的条件。同时也应考虑到减少工人的劳动强度，在保证注入质量的前 提下，提高注入速度。 由于井问示踪测试是研究注入流体在某一工作制度下的流动状况，因此，它要求有 一个稳定的压力场、稳定的流线分布，这样才能保证所获得的资料具有代表性，所以， 除了要求井间示踪测试区域在注入示踪剂之前就应建立起稳定的压力场之外，在示踪剂 注入及采出过程中，也应尽量减少对地下压力场的干扰。 2 3 1 示踪剂的注入工艺 为满足油藏工程研究的需要，示踪剂的注入工艺必须具备以下条件； ( 1 ) 应能连续的、均匀的注入示踪剂，不得形成多段塞或注入浓度不均匀； ( 2 ) 能够在高压下工作，并具有流量可 调功能； ( 3 ) 注入压力能够达到正常的井口注 入压力 为了研究储层纵向上的非均质性和实现 油藏的精细描述，现场常采用分层注入管柱 分层段注入不同种示踪剂分层注示踪剂管 柱如图2 - 1 所示。该管柱主要由分层注水封隔 器和分层配注阀及丝堵等组成。 该管柱具有以下特点： ( 1 ) 管柱采用液压座封，上提解封的工作 方式。配套工具下井和提出均由一趟 管柱完成。 ( 2 ) 该管柱通过分层注水封隔器洗井阀的 双凡尔密封设计，分层配注阀的偏心 设计完成示踪剂的注入 对于分两层示踪的注入并，可利用原井 的油套二层分注来实现；对于分三层示踪的注 圈2 1分层注示踪剂管柱结构图 入井，可利用原并的油、套、空心秆三管分注管柱来实现，但使用前提是封隔器必须密 封 放射性示踪剂注入还必须考虑到环境保护和人体防护问题。为此，放射性示踪剂的 注入装置应具备如下条件： ( 1 ) 尽量减少人与放射性物质接触的机会； 6 第二章井问示踪技术的工艺原理 ( 2 ) 放射性物质不得排放到周围环境中； ( 3 ) 注入过程是完全密闭操作，不得出现任何渗漏； ( 4 ) 注入装置中不能滞留放射性物质，防止污染设备和喷溅到人体，对人体造成 损害： ( 5 ) 不碍污染井口，为采油工人创造良好的工作环境。 2 3 2 示踪剂的注入时间 示踪剂的注入时间应保证有足够数量的示踪剂能够被采出来，尽可能捕捉到峰值点， 获得清晰的示踪剂开采曲线，同时又不能使放射性示踪剂采出浓度过高，而危及旄工人 员的安全和污染环境。 w a g e r 的研究表明【”】：随着突破时间的延长，示踪剂的最大采出浓度迅速下降，曲 线形态变宽，当突破时间大于3 个月时，峰值浓度几乎与示踪剂的注入时间无关突破 时间小于3 个月时，示踪剂的注入时间将会对示踪剂的最大采出浓度产生较大的影响， 注入时间越短，其峰值浓度越大，峰形越尖，由于我们的采样频率不可能非常密集，往 往采集不到峰值浓度，而影响井问示踪测试结果的解释。油层的平面非均质性，决定了 它的见水时间参差不齐，在2 5 0 m 井距条件下，最短的只有十几天，一般的2 q 个月， 因此注入时间不宜过短，但过长时间会增加施工的工作量。从以往的经验看，注入时间 在l d 比较合适，最短也不能低于1 2 h 。 2 3 3 施工要求 在井间示踪剂注入过程中，般应遵循以下旆工要求： ( 1 ) 注入示踪剂之前，应检测各生产井产出水及注入水中，各种示踪剂的本底浓度， 如发现已存在该示踪剂，应立即更换示踪剂品种或增大示踪剂用量； ( 2 ) 尽量缩短因连接示踪剂注入管线的关井时间，尽量减少对地下压力场的干扰； ( 3 ) 每次注入之前，应充分清洗配制池，防止示踪剂之间相互混杂，防止油等杂物 注入井中； ( 4 ) 应保证配制示踪剂溶液用水的质量，不得使用不符合水质标准的污水； ( 5 ) 严格按要求配制示踪剂溶液，并用泵充分循环，保证示踪剂充分均匀的溶解于 水中； ( 6 ) 施工过程中要求操作平稳，均匀注入，不得出现间断，确保日注量保持在目前 水平上，以保证示踪资料的代表性； ( 7 ) 示踪剂的注入压力不得超过油层的破裂压力，防止油层产生裂缝； ( 8 ) 示踪剂注入结束之后，用清水清洗配制沲，关闭管线来水，以该井日注量折算， 快速地将配制池内的剩余水注入井内； ( 9 ) 拆卸管线后，立即开井恢复正常注水( 保持原来的注水量) ； ( 1 0 ) 注入过程中，每2 h 记录一次注入压力，溶液注入量，管线水注入量，示踪剂 溶液的配料过程、用量，以及操作过程中发生的各类事件的开始及结束时间。 7 西安石油大学硕士学位论文 2 4 示踪剂采出曲线的监测 示踪剂采出曲线的监测是井间示踪测试结果解释的依据，它直接关系到能否 正确的解释井问示踪结果因此必须拟定详细的示踪剂采样监测计划，包括监测范围、 监测内容、采样周期、样品分析等，确保所获得的资料更全面，不遗漏井问示踪测试反 馈出来的任何信息。 确定监测范围就是确定该种示踪剂的采样并，除了按常规的水动力场确定注入井组 内的生产井是必须监测的井之外，还应确定一些周围井作为监测井。这是考虑到由于油 层的平面和纵向非均质往往产生扰流、交错现象，使正常情况下的监测井监测不到示踪 剂，反而在意想不到的地方出现了示踪剂，而这正是加深我们对油层非均质认识的重要 内容。在确定了监测范围之后，就应确定监测内容( 分析示踪剂的种类) 。其中一是确定 某一生产井在常规水动力场情况下受到那几口注入示踪剂井的影响，那么该生产井就必 须监测这几口井注入的示踪剂；二是假如出现扰流、窜流、交错等现象，该生产井又可 能受到那几口注入示踪剂井的影响，那么该生产井就应在适当增加取样密度情况下，分 析这几类示踪剂。采样周期就是我们通常所说的取样密度。众所周知，示踪剂的突破曲 线是一种峰形，峰形的变化程度与示踪剂的突破时间有关，突破时间愈早，其峰形变化 愈剧烈。对突破时间较早的，必须加密取样，取样密度与储层渗透率、非均质程度以及 井距等因素有关，当观察到示踪剂采出浓度变缓以后，可以适当延长采样周期；在渗透 率较低，井距较大的情况下，应适当加大取样间隔。对于存在裂缝或高渗透通道的储层， 示踪剂的出现必然是在注入示踪剂的初期，因此，在注入示踪剂后，应立即采样分析。 一般在注入的当天每4 h 采样一次，一天以后每天采样一次，连续一周采样分析足以落实 是否存在裂缝或高渗透通道。此后就应转入正常采样分析。样品分析化验是示踪剂监测 的关键，除应选择灵敏度高的检测方法之外。防止样品变质是一项重要环节。它应该包 括及时对采出样品进行分析，如不能及时分析化验，应在低温下密封保存样品；采出样 品的油水分离只能采用过滤法或离心法，严禁采用蒸馏法收集水样，以防样品变质。应 当指出，对放射性示踪剂的检测结果，应进行衰变修正，否则，将影响到最终的解释结 果。 为使井间示踪测试结果能够反映地下流体的分布状况，在监测期内，应保持油水井 的工作制度稳定，不采取增产、增注措施，防止对地下流场产生干扰。 2 5 示踪剂监测资料的解释 在获得了示踪剂监测曲线以后，接下来进行的工作是对监测曲线的解释，这是整个 井间示踪技术的最后一环，也是最重要的一环，解释结果精度的高低，将直接决定向油 藏工作者提供的信息是否准确，从而影响到最终的决策对测试结果的解释可分为定量 解释和定性解释两个方面。定性解释主要包括描述油层的连续性、研究层系间窜流和注 入井的井况等：定量解释主要包括解释注入流体的分布状况、注入流体的波及体积、注 入流体运移的速度、油藏的非均质特征以及油层中的含油饱和度等。 0 第三章井问示踪剂的流动机理 第三章井间示踪剂的流动机理 3 1 井间示踪剂运移扩散原理 为了完成对井间示踪剂的定量分析，必须对示踪剂在地层中的运移扩散机理有个全 面的认识，通常在孔道中，示踪剂的运移受两个因素支配一对流和水动力弥散。 对流是由速度引起的传递，它是由达西定律控制的流体的总体速度，这种流动是由 加在系统内的势梯度产生。在油藏中，势差是由两种因素建立的，一种是流动流体的密 度差，另一种因素是注水井和生产井的压力差对流主要取决于井的排列方式和生产条 件，在这个过程中，所有影响速度的参数( 如界面张力、相对渗透率、粘度、重力、压 力梯度等) 均起作用。 水动力弥散是由两部分组成的，一部分是分子扩散，另一部分是机械弥散。分子扩 散起因于两种混相流体间组分的浓度梯度。研究表明：除非驱替以非常低的速度进行， 否则可以忽略分子扩散对混合的影响0 4 , 1 5 】。机械弥散是单一流体颗粒在多孔介质曲折通 道中运移的结果，从微观的角度来看，弥散是由个别质点在不规则的孔道中流动所引起 的，这种不规则迂曲分布的通道造成在混合流体间形成一个过渡区，即混合区，其大小 受到孔隙介质弥散特性控制。这种弥散一般发生在两个方向；沿主轴方向( 形成纵向弥 散) 和垂直于主轴方向( 形成横向弥散) 混合作用在低速下受分子扩散的控制，而在高 速下受机械弥散的控制，并且横向弥散对于流体间混合的影响要比纵向弥散小很多。因 此，在大多数情况下，分子扩散和横向上的混合作用是可以忽略不计的，纵向上的混合 作用起主要作用 1 6 a t i 。 m a g s h o o d a b b a s z a d e h - i ) e h a g h a a i 和b r i g h a m 为进一步说明示踪剂的流动特性，研究 了一个假想的均质体系【ls j 。示踪剂被以一定浓度连续注入到该体系中，同时假设未出现 混合现象，在此基础上研究井网对示踪剂开采动态的影响。图3 1 给出了流体在四分之 一五点井网中的分布情况。该井网最初充满了流体a ，注入流体b ( b 为含有示踪剂的 流体) 后，若无混合现象发生，则在油藏中会存在一急剧变化的驱替前沿，在生产井中 采出的流体会是流体a 和流体b 的混合物，图3 3 给出了流体的突破曲线。 注入井 生产井 生产井 图3 - 1连续注入时的流体分布图3 - 2 段塞注入时的流体分布 若流体b 只是一个很小的段塞，其后面是驱替流体a ，仍假定未出现混合现象，图 9 西安石油大学硕士学位论文 3 - 2 给出了流体b 在井网中的分布，其突破特征与第一种情况相似。段塞b 保持急剧变 化和未被稀释的状况，其前沿将保持一样，而b 后面流体a 的驱替前沿也与其相同，但 滞后了一定时间图3 - 4 给出了段塞b 前沿和后沿的两条突破曲线，可以看到其突破特 征与上面的相同，驱替流体b 相对于流体a 在横坐标上是滞后的在生产井的采出流体 中，流体b 的浓度是这两条曲线的垂向距离之差，图中的阴影部分的面积等于流体b 的 注入体积。值得注意的是：由于并网几何形状对流体流动的影响，即使在储层中未发生 混合，在生产井中采出的流体b 的浓度均始终小于1 0 0 。 图3 - 3 示踪剂连续注入时的突破曲线 实际上，示踪剂段塞是要同油层内流体发生混合作用的，参见图3 4 中的粗线部分， 由于混合作用的影响，示踪剂的实际突破时间稍微提前，且其峰值的高度相应降低，峰 值时间滞后，阴影区域的宽度变宽，但其面积并没有发生变化。 采 出 流 体 浓 度 术 注入体积 图3 - 4 示踪剂段塞注入时的突破曲线 以上是对示踪剂在井网内流动特性的理想化阐述，在实际的非均质油藏中，影响示 踪剂流动的因素很多，在下一节将对影响井间示踪剂流动的主要因素做出分析。 3 2 影响井间示踪剂流动的因素分析 t o 第三章井问示踪剂的流动机理 示踪剂在地层中流动时不光要受到对流扩散的影响，还要受到吸附、井网几何形状 和外界井等因素的影响，同时当示踪剂在井筒中流动时还要受到膨胀和产出水的稀释， 因此为了使理论更完善，在这一节中将详细讨论示踪剂在地层和井筒中流动时的影响因 素，并讨论多层非均质性对示踪剂采出浓度的影响。 3 2 。1 吸附和滞留 实际上，溶于注入相的示踪剂流体在地层中流动时会与地层流体发生混合，从而使 得示踪剂有机会与地层岩石相接触，在与地层岩石相接触的过程中，由于先前己与地层 岩石达到平衡的流体组分发生变化，使得液固两相界面上的分子力不平衡、不对称，存 在一种过剩的表面自由能。根据热力学第二定律，物质总是有力图减小其自由能的趋势， 发生减少表面积和吸附与其相邻的物质分子等，以减少其自由能。但示踪剂是溶于注入 流体中的，其含量较少，与岩石表面的接触机会较少，并且各种示踪剂分子的极性不一， 因此发生吸附的可能性较小同时，由于示踪剂不是与岩石表面连续接触，吸附在岩石 表面的示踪剂分子还有被脱附下来的可能性。 如果示踪剂被吸附，则会存在一吸附速度，并假设存在一脱附速度。这种作用的结 果使得示踪剂前沿的速度比携带它的流体前沿速度慢，并导致示踪剂的前沿延伸范围更 大，这取决于吸附速度和脱附速度相对值的大小。 通常使用基准示踪剂研究示踪剂的流动状况，该基准示踪剂被假定为是跟随着流体 前沿流动。计算示踪剂的吸附和脱附速度，有可能通过比较基准示踪剂和这些示踪剂的 突破曲线而得到检验。这些曲线的分离是色谱分离的结果，并取决于各种示踪剂在多孔 介质中的分配比例，示踪剂的前沿速度同流体前沿的速度比，其方程表达如下”9 】： -1 = l ( 3 1 ) u l + d 式中，u a a 示踪剂前沿速度；i n s u 一流体前沿速度：m s d a 一示踪剂的分配比。 d = 业( 3 - 2 ) “ c 妒 式中，q 一单位重量的多孔介质吸附a 示踪剂的重量；m g pb 一多孔介质的容积速度；l c 一示踪剂浓度：m g l 由一孔隙度。小数 3 2 2 井网形状 对任何规则井网来说，由于唯一的解释是流线，所以对这些曲线的解释也是唯一的。 因此，可以利用井网突破曲线来表达几何形状的影响。给定的流线突破时间仅仅是注入 西安石油大学硕士学位论文 井到生产井的线性积分，该时间同注入体积有关，图3 - 5 给出了各种井网突破曲线的情 况【2 0 l 。 p 摄 懂 侣 彘 授 蟋 摹 冒 洼入孔一体积v i e 图3 - 5 各种开发井网的突破曲线( 流度比= 1 ) 可以利用无因次方法将突破曲线回归为一条曲线，如图3 - 6 。 p 蠢 懂 撑 求 蛙 鳃 审 群 墨二! 巴 1 - 图3 - 8 开发井网中井网突破曲线关系( 流度比= 1 ) 从图3 - 6 中可以看出这些曲线非常接近。彼此差别不大，可以将其看作为一条曲线， 该曲线的经验方程表达式如下【1 9 】： f d = 1 - 0 5 e x p - 1 8 1 0 ( v v d ) ”】+ c x p 【- 0 7 1 5 ( v p d ) 】) ( 3 3 ) 式中，f d 一驱替流体在采出流体中的百分数； v v d 一注入的无因次孔隙体积。无量纲无因次孔隙体积定义如下： = 姥 c s 4 ， 式中，一注入的孔隙体积倍数( p v ) ；无量纲 1 2 第三章井间示踪剂的流动机理 v 口b d 一突破时注入的p v 数。无量纲 3 2 3 外界井 在生产井网中，示踪剂不仅会在井网内流动，而且可能在井网外发生流动。如五点 井网中，每口生产井要受到其相邻的四口注入井的注入流体的影响，若井网内是平衡的， 则采出的示踪剂将会被稀释4 倍：若井网内不平衡，则井网扫及效率将发生变化，可以 利用总注入和总采出体积来进行部分修正，如：注入井每天注入1 0 0 0 m 3 d ，且被四口生 产井包围，单井日产5 0 0m 3 d ，若油层中流体处于流动平衡，则每口生产井将从注入井 中获得2 5 0m 3 d ，从井网外获得2 5 0m 3 d 3 2 4 油层垂向非均质性和分层状况 油藏中可能存在多个油层或存在严重的纵向非均质性，从而导致在实际的示踪剂测 试施工中发生示踪剂从多个油层注入又从多个油层采出的情况。此时，若将该多层油藏 视为均质的单层油藏来处理将会掩盖油藏的垂向非均质性，从而加大了示踪剂解释的误 差，进而会误导后继的提高采收率方案的设计，给油田带来经济损失。因此，在建立示 踪剂解释模型的时应该充分考虑油藏的多层情况。一般处理油藏纵向非均质性的方法为： 人为的将油层分为多个小层，每个小层都赋予一个渗透率值，并假定小层之间无交叉流 动。现将该方法描述如下： 假定将油层分为许多小层，而进入每个小层的示踪剂数量同其渗透率成正比，则小 层中的示踪剂浓度也与其渗透率成正比。因此，在生产井底，某一小层的示踪剂浓度将 受到其它小层流体的稀释，而这种稀释作用同该小层的k h 值与在整个油层的k h 之比成 正比。因此有【1 9 】： c t _ c p 苦( 盘) - - c p i h i 獗k 1 2 = c ph h i 如k 2 1 c ，- s ， 式中，c i 一第i 小层的最高浓度；m g l c d 一均质油藏的最高浓度；m g l 】【i 一第i 小层的渗透率；l o - 3 | l m 2 k 娥一油层的平均渗透率；1 0 - 3 l im 2 h i 一第i 小层的厚度；m h 一油层的总厚度；m n 一所划分的总小层数。 由于第i 小层的流速同其渗透率成正比，而其突破时间也同其渗透率成正比： t i = t ( 三习4 ( 3 6 ) k i 式中，t i 一第i 小层的突破时间；s k 一均质油藏的突破时间。s 西安石油大学硕士学位论文 3 2 5 井筒中的流动 对于水驱示踪剂，当其到达井底时会与油层中的产出水在井筒发生二次混合稀释。 因此，有必要考虑发生在井筒中的示踪剂稀释。 假设油藏为一层状、封闭且在径向上是均匀分布的。五点井网的注入井位于油藏的 中心，并假设采出气全是溶解气，每口生产井均以注入速度q 生产，即每口井的总产量 与q 相等：q = 采水量+ 采油量( 井底条件) 。 则日产油量为： n q 。2 r v f 二+ ( - w o r ( 3 - 7 ) 式中，r v f 一储层体积系数o w o r 一水油比，m 3 ( 水) m 3 ( 油) ； q 一井底条件下的注入速度，m 3 d ； q 。一采油速度，m 3 ( 标) m 3 ； 日产水量： q ，= q - q o r 、，f = q ，丙蒯w o r ( 3 - 8 ) 为： 当注入水在四分之一单元面积突破时，注入水的采出量为： q 。= 詈涨 式中，盂一每个层驱替流体在采出流体中的百分数； 假定在突破前，注入水按它们的速度比置换被驱动的水和油， ( 3 9 ) 则被驱动的水的流速 q ，= q ( 丙丽w o r ) ( 1 - q “q ) 所以总产水速度为： q 。= q ，+ q “ 4c 搽r v f w o r h 4 一髓kh + 鬻kh ， + 、 ；7 ：1 而示踪剂的产出速度为： 当示踪剂同采出水混合稀释后， c 。= t = 脊 示踪剂浓度( 地面) 为【1 9 】： k ；h ；c ； i i i i w j o j 丽r j ( 4 k i h ；一k ；h ；f i ) + k ；h ； i ( 3 1 0 ) ( 3 “) ( 3 1 2 ) ( 3 - 1 3 ) 第三章井问示踪剂的流动机理 以上讨论了示踪剂的运移扩散机理和影响示踪剂流动的主要因素，可以看出，示踪 剂的最终采出曲线与很多因素有关，因此对于不同性质的示踪剂和不同的油藏，应充分 考虑其流动的实际影响因素，如一些示踪剂可能会在地层发生吸附，而一些示踪剂可能 会与地层流体发生反应等。因此，在示踪剂实际应用中，应该充分考虑油田的实际情况， 在实验的基础上选择恰当的示踪剂和建立考虑了必要影响因素的示踪剂对流扩散方程， 以便尽可能正确的解释示踪剂资料，充分认识油藏的非均质性特征。 1 5 西安石油大学硕士学位论文 第四章井间示踪解释模型的建立 井问示踪技术是一种直接测试油层特性的方法，生产井监测到的示踪剂浓度突破曲 线，反馈了油层特性和开采状况的信息，这样就可以通过观察示踪剂突破曲线，来研究 和认识注入流体的分布及其运动规律、油藏的非均质特征和油藏的动用程度等信息，在 综合研究的基础上，制定可行的提高油田最终采收率的调整方案。以下我们将要介绍的 井间示踪的解释模型就是基于以上的原理建立起来的。 4 1 非均质性参数的计算 4 1 1 目前常用的解释模型 目前通过井问示踪技术研究油藏非均质性的方法主要有：数值模拟法、地质统计法、 a - b 模型等。以下将分别介绍这几种方法的基本原理。 4 1 1 1 数值模拟法 井间示踪剂测试时，从注水井注入非分配性、分配性示踪