井间示踪测试中筛选示踪剂的方法

董兰屏，庞巨丰，韩焘，王迎辉，范斐，徐佳

（1 西安石油大学 陕西 西安； 2 中国石油集团测井有限公司长庆事业部 陕西 西安）

0 引言

井间示踪技术是一种直接测定油层特性的方法，生产井检测到的示踪剂浓度突破曲线，反馈了有关油层特性及开采状况的信息。这样我们就可以通过观察示踪剂在采油井中的开采动态，如示踪剂在生产井的突破时间，峰值大小及个数、相应注入流体的总量等参数，进一步研究和认识注入流体的分布及其运动规律，和油藏的非均匀特性。在综合研究基础上，制定可行的提高油田最终采收率的调整措施。

目前我国的石油产量多数来源于陆上油田，其中约80%采用注水开发、12%采用注聚合物开发、8%采用热采、气驱和混相驱等其它三次采油技术，注水井和三次采油注入井约占采油井的三分之一，综合含水已经达到85%，而且还有继续上升的势头。许多油田的综合含水已经超过90%甚至更高。这种严峻的形势，说明我国油田注水开发的成本和难度都在日益加大，已经进入注水开发的中后期，并正在逐步进入三次采油阶段。示踪剂作为唯一能进入油藏并携带出流体和油藏信息的物质，已广泛应用在油田勘探和采油过程中，在监测地下油层的分布及走向，聚合物投放与采油井之间的联系等方面起着非常重要的作用。

1 井间示踪剂的类型及应用

目前使用的示踪剂可以分为5种类型：水溶化学示踪剂、水溶放射性示踪剂、气体示踪剂、非放射性同位素示踪剂、稳定同位素（Isotag）示踪剂。

水溶化学示踪剂又可分为以下几种类型：无机盐类，如SCN-、NO3-、Br-、I-、Cl-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Cl-和Br-，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，因此使用时，一定要注意油田的具体条件；染料类，如荧光黄、茜苏红、胭脂红和若丹明等，它们容易吸附到油层岩石上和分配到油相中，因此，它们不适合于需要定量解释的示踪测试，可以用与监测油层是否存在裂缝；醇类，如甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇等，这类示踪剂生物稳定性差、投放和取样时都需加入杀菌剂，以防止因生物降解而引起浓度变化。适用于计算残余油饱和度。

水溶性放射性示踪剂，如氚水、C14标记的硫氰酸盐（14CNS），60Co(CN)6-3，35S，36Cl，22Na等，在使用放射性示踪剂时，应采取高度安全措施，特别是γ射线的同位素，同时要特别注意环保问题。目前只有放射弱β射线，低毒性、半衰期长的氚水获得了比较广泛的应用。

气体示踪剂是指随气体流动，用于指示气体的存在、流动方向和流动速度的示踪剂。包括氚标记的烃类（如甲烷、乙烷、丙烷）、氪85，六氟化硫，氟化昂，全氟碳等。它主要在用到气体的注气混相驱、非混相驱和蒸汽驱中使用，如混相驱中用的到液化石油气、富气、干气、二氧化碳气、氮气，蒸汽驱中用到的高压水蒸汽等。

稳定性同位素示踪剂是低碳数的卤化有机物，具有无高温转化、无放射性危害、用量少、现场操作简便、测量精度高达等特点。它们在水中很容易离解生成离子核素，如果完全同岩石接触，只有少量的相互作用。这些酸的阴离子不容易分配进入油层残余油中，他们在热力学上是稳定的，而且抗细菌降解。用气象色谱直接分析低碳素的卤酸的最新研究成果，加速了分析速度，并降低了检测极限，这样就使分析大量的样品相对简单了。

2 示踪剂的选择

示踪剂的物理化学特性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，选择出适合于本油田示踪测试的示踪剂，是井间示踪测试的重要环节。在选择示踪剂时，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、经济以及安全和环境保护等诸多因素。

示踪剂的选择有以下标准：

(1)示踪剂同所跟踪的注入流体具有较好的相容性。

(2)示踪剂不易被细菌吞噬。

(3)示踪剂与储层间的流体不会发生化学反应而生成沉淀物或同位素交换。

(4)示踪物质在注入流体和储层流体中的本底含量水平，以接近于零为最佳，这便于正确鉴别示踪剂。

(5)示踪剂应具有检验灵敏度高，易于分析的特性（一般应在15～30min内能够准确的分析一个样品）。

(6)示踪剂的化学特性应与原油特性有较大区别，以避免该示踪剂与原油相混而影响分析结果，即其在油水间的分配系数以接近于零为最佳。

(7)示踪剂在油层岩石上的吸附量为零或很小，以减少示踪剂在地层中的损失，为示踪结果的解释提供有利条件。

(8)化学稳定性良好。

(9)低成本、低毒性。

3 油田实践

以某油矿井组的井间化学示踪剂测试为例，为进一步明确该油藏的井间连通情况、注入水的流动特性，以及井区经过注水开发后，油藏孔隙度和物理参数的变化情况，以深化油藏认识，对油藏进行精细描述，为制订出有更效的开发方案提供有力依据，决定对该注水井7247、7220井组开展井间化学示踪剂监测技术。

7247井组的受益油井主要有7247-1、7247-2、7247-3、7263、7248、7249等6口油井。

7220井组的受益油井主要有7218、7236、7222、7221、7225等5口油井。

为筛选出适应于两井组使用的示踪剂，按地质提供的注水井及可能受益油井情况，对该井组油水井进行了产出水背景浓度监测、示踪剂在地层静态吸附试验和与地层水配伍性试验。

(1)井组背景浓度检测

为筛选出适应于监测井组使用的示踪剂，在注入示踪剂前，对两井组注入水及周边对应油井产出水进行了取样测定，并将该试验数据作为投入示踪剂后判断所投示踪剂是否在周围油井中突破的对比数据。结果见表1。

表1 井组背景浓度检测结果表 单位：mg/l

(2)地层静态吸附试验

该实验是将这几种示踪剂溶于1000ml水中，然后将溶液中的800ml加进500g沙（该油藏沙）中，剩余的200ml作为检测标准保存起来，沙-示踪剂混合物在70天的时间里每天搅拌一次，在此期间，分析五次混合物样品，同时分析五次标准样品。根据五次样品的检测结果，计算出t时刻的浓度C与原始浓度C0的比值，如果不存在吸附，那么C/C0=1。该值的允许误差因示踪剂而异，取决于不同示踪剂公认的分析精度。通过实验，这三种示踪剂在该油矿中都不存在吸附现象。

(3)示踪剂与地层水配伍性试验

配伍性试验的目的是检验地层水与示踪剂混合后是否产生沉淀及其它化学变化。试验用的地层水取样于4井回注水及表1所列各油井产出水。示踪剂与地层水按体积比1:5混合，试验时间72小时，实验温度60℃，观察其变化情况。试验结果见表2所示。

从表1、表2的实验结果可知，井区1#示踪剂的背景浓度均相对较低，且与地层水配伍性好，因此，可以做为本次监测试验所用示踪剂。而且通过检测，1#示踪剂的毒性低，对环境污染小，具有长期的化学稳定性，并结合成本、用料和监测的互不干扰性、科学性等综合因素，本次监测决定在两井组投放1#示踪剂进行化学示踪剂监测。

表2 示踪剂与地层水配伍性试验结果表

4 结论

一般情况，在5点井网条件下，应筛选出多种可用的示踪剂，有利于鉴别出可能出现的绕流、窜流等问题。如果仅是为了判断是否存在裂缝或井况，或者是判断是否存在层间或层系间的窜流，这时只需判断采出液中是否有示踪剂存在，采出量的多少不会影响最后的结果，所以可以使用吸附量较大的荧光染料或易于降解的硝酸铵或醇类示踪剂。如果是为了确定井间剩余油饱和度，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。

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