氣相示蹤技術(shù)在延長油田特低滲透油藏CO2驅(qū)中的應(yīng)用

楊 紅，趙習(xí)森，陳龍龍，王 宏，王 偉， 趙 洋，李 劍，黃春霞

(1.陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西 西安 710075； 2.陜西省二氧化碳封存與提高采收率重點實驗室，陜西 西安 710075)

隨著我國油田勘探開發(fā)工作的逐步深入和陸上各大油田逐漸進(jìn)入開發(fā)中后期，目前新投入開發(fā)的油田中低滲透等難以動用的儲量所占比重逐年增加[1-3]，常規(guī)的注水開發(fā)方式在該部分儲層中由于存在注入性差和波及范圍有限等問題而開發(fā)效果不明顯，CO2驅(qū)因其具有改善油水流度比、溶解膨脹、降低油水界面張力等作用可以大幅提高水驅(qū)難以動用儲層的采收率而備受關(guān)注[4-6]。在CO2驅(qū)過程中，盡管不同儲層物性不同，但由其非均質(zhì)性所引起的CO2氣竄問題卻均不同程度存在，且一直是學(xué)者研究的焦點。針對CO2氣竄的問題，通常采用水氣交替注入、泡沫調(diào)剖和凝膠封堵的防控措施來擴(kuò)大CO2波及體積以提高驅(qū)油效果；然而，在利用此類措施前，準(zhǔn)確識別實際儲層中竄流通道方向和確定其物性參數(shù)是確保上述措施行之有效的必要前提[7-9]。氣相示蹤技術(shù)可用于判斷注入井和生產(chǎn)井的井間連通性和確定儲層非均質(zhì)性，近年來已在我國多個油田開展了現(xiàn)場應(yīng)用，其主要是通過在注入井中注入具有性質(zhì)穩(wěn)定、混溶性強(qiáng)、在地層中滯留率低、安全環(huán)保等特征的氣相物質(zhì)，并在周圍生產(chǎn)井對其產(chǎn)出濃度進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測[10-14]。

延長油田喬家洼油區(qū)屬于典型的低孔、特低滲透油藏，油區(qū)于2012年開始注氣開發(fā)，并在試驗初期取得了良好的CO2驅(qū)油效果，與此同時，隨著CO2注入量的增大和試驗區(qū)注氣壓力的升高，目前現(xiàn)場已有多口受益油井出現(xiàn)不同程度的氣竄，且具有一定的方向性。為進(jìn)一步提高試驗區(qū)CO2驅(qū)油效果，準(zhǔn)確判斷氣竄井CO2來源和識別CO2竄流通道，并以此為基礎(chǔ)針對性的開展調(diào)剖封堵措施成為必然。為此，在分析目標(biāo)區(qū)域CO2驅(qū)油效果和氣竄情況的基礎(chǔ)上，以45543-09井作為注入井開展了氣相示蹤劑的現(xiàn)場監(jiān)測與數(shù)值分析，并以此為依據(jù)對現(xiàn)場注入井注入工藝進(jìn)行了調(diào)整(圖1)。

圖1 試驗區(qū)45543-09井位連通方向示意圖Fig.1 Connecting direction schematic diagram of well 45543-09 in test area

1 CO2驅(qū)油概況

喬家洼油區(qū)位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡的中北部，其主力含油層位為延長組長62油層，儲層巖性為細(xì)-中砂巖，儲層具有低孔、特低滲、微細(xì)喉、低飽和、層狀巖性油藏的特點，其平均孔隙度為12.8%，平均滲透率為1.2×10-3μm2，平均含油飽和度為42.2%，油藏平均埋深1 617 m，有效厚度約12 m，含油面積8.3 km2，探明地質(zhì)儲量249×104t。

油區(qū)于2012年9月開始CO2驅(qū)油試驗，目前有二氧化碳注入井共5口，受控油井33口，其中一線受益井23口。截至目前，地層壓力已由CO2注入前的3.8 MPa恢復(fù)到目前的8.2 MPa，注氣區(qū)產(chǎn)量呈現(xiàn)“兩升一穩(wěn)”的良好生產(chǎn)態(tài)勢：日產(chǎn)液由0.50 t/d上升至1.17 t/d，日產(chǎn)油由0.17 t/d上升至0.35 t/d，綜合含水穩(wěn)定在60%左右。

在注氣效果逐步顯現(xiàn)的同時，油區(qū)部分生產(chǎn)井陸續(xù)出現(xiàn)不同程度的氣竄情況，且CO2氣竄呈現(xiàn)較為明顯的方向性。具體表現(xiàn)為：隨著目標(biāo)井區(qū)CO2的不斷注入，先后有6口受益油井出現(xiàn)不同程度的氣竄情況，其中喬44-2井見氣時間較其他受益油井更為提前，目前6口氣竄井產(chǎn)出氣中CO2氣體相對濃度為50%～100%。同時，CO2氣竄方向主要表現(xiàn)為“北東-西南”向的特征。

2 氣相示蹤劑監(jiān)測

2.1 實驗材料與儀器

SP3402氣相色譜儀(配ECD監(jiān)測器)。

空氣為平衡氣、六氟化硫標(biāo)準(zhǔn)氣體質(zhì)量濃度為10.0 μg/L、純度為99.99%的氮氣(載氣)。

色譜柱：石英毛細(xì)柱30 m；柱前壓力0.08 MPa、分流流量100 mL/min、監(jiān)測器溫度250 ℃、柱箱溫度100 ℃、進(jìn)樣器溫度100 ℃。

2.2 示蹤劑注入

1) 關(guān)停注氣井，連接好注入管線并試壓，確保注入井口及管線不漏氣。

2) 開啟盛有氣相示蹤劑的高壓容器，啟動注入泵，注入氣相示蹤劑。

3) 記錄氣相示蹤劑注入壓力和注入量(現(xiàn)場注入壓力為9 MPa，注入量為400 kg)。

4) 注入結(jié)束，開啟正常注氣，并開展采油井定期取樣監(jiān)測。

2.3 監(jiān)測結(jié)果分析

以45543-09井作為氣相示蹤劑注入井，選取9口受益油井作為監(jiān)測井。9口監(jiān)測井的示蹤劑產(chǎn)出動態(tài)顯示：其中5口井沒有氣相示蹤劑的產(chǎn)出，45543-01井、喬46-01井、喬46-02井和45545井的示蹤劑產(chǎn)出動態(tài)和具體參數(shù)分別見圖2和表1。其中，雙峰曲線的峰值濃度和峰值時間均按第一個峰值進(jìn)行計算。

由圖2可知，4口井的示蹤劑產(chǎn)出動態(tài)均有所不同，45545井和45543-01井示蹤劑產(chǎn)出曲線呈現(xiàn)單峰的形態(tài)，喬46-01井和喬46-02井則呈雙峰的形態(tài)。具體表現(xiàn)為：45543-01井曲線主體表現(xiàn)出示蹤劑突破后其濃度值上升緩慢，待達(dá)到峰值后迅速降至本底的特征，這說明該井與注入井間優(yōu)勢通道厚度薄、體積小，通道主要以高滲透“小夾層”的形態(tài)出現(xiàn)；45545井示蹤劑產(chǎn)出曲線與45543-01井相似，結(jié)合表1可知，該井氣體前緣推進(jìn)速度較快，為9.6 m/d，這說明該井與注入井優(yōu)勢通道滲透率較45543-01井高；喬46-01井示蹤劑產(chǎn)出曲線呈雙峰的形態(tài)，兩個峰值均呈快速突破和快速降至本底的特征，且峰值濃度均較低，結(jié)合表1可知，其氣體前緣推進(jìn)速度最慢，達(dá)到3.7 m/d，這說明該井與注入井間僅存在兩個物性較差的優(yōu)勢通道，優(yōu)勢通道以多個“小夾層”的形式存在；喬46-02井示蹤劑產(chǎn)出曲線表現(xiàn)出第一個峰值濃度突破較慢、峰值濃度高且下降緩慢的特征，第二個峰值濃度突破迅速、峰值濃度極高且下降迅速，結(jié)合表1可知，兩個峰值濃度分別達(dá)到1 910.0 μg/L和5 754.0 μg/L，其氣體推進(jìn)前緣速度最快，達(dá)到11.8 m/d(現(xiàn)場觀察到該井氣竄較嚴(yán)重也驗證了這一點)，這說明該井與注入井間存在兩個大的優(yōu)勢通道，且兩個優(yōu)勢通道的差異較大，非均質(zhì)性較強(qiáng)。

2.4 數(shù)值分析

利用半解析示蹤解釋軟件對各井的示蹤劑產(chǎn)出曲線進(jìn)行了擬合。比較圖2中4口井的實測曲線和擬合曲線可知，4口井的實測曲線和擬合曲線一致性較好。從表2示蹤劑解析參數(shù)表可知，45543-01井和45545井與注入井間均存在單一優(yōu)勢通道，其厚度相近，但通道滲透率差異較大，這是造成兩者氣體前緣推進(jìn)速度差異的主要原因。喬46-01井和喬46-02井均存在兩個優(yōu)勢通道， 但前者主要以“小夾層”的形式存在，主要表現(xiàn)出厚度薄、滲透率低的特征，其滲透率分別為9.54×10-3μm2和17.02×10-3μm2；喬46-02井優(yōu)勢通道發(fā)育最為明顯，兩個通道厚度均較大，滲透率均較高，這造成該井示蹤劑產(chǎn)出濃度大大高于其他井，并成為現(xiàn)場注入示蹤劑產(chǎn)出的主要井。

圖2 氣相示蹤劑產(chǎn)出動態(tài)Fig.2 Production performance of gas phase tracer

表1 監(jiān)測井示蹤劑產(chǎn)出參數(shù)Table 1 Parameters of tracer production in monitoring well

注入井監(jiān)測井井距/m突破時間/d峰值時間/d峰值濃度/(μg/L)前緣推進(jìn)速度/(m/d)45543-01280526675.65.445543-09喬46-0117046481.73.7喬46-0226022521 910.011.845545500528096.99.6

表2 示蹤劑解析參數(shù)表Table 2 Analytical parameters of tracer

圖3 45543-01井生產(chǎn)曲線Fig.3 Production curve of well 45543-01

3 現(xiàn)場措施調(diào)整

依據(jù)氣相示蹤劑監(jiān)測所得到的各監(jiān)測井與注入井井間連通情況和解析得到的優(yōu)勢通道物性參數(shù)，結(jié)合前期室內(nèi)氣竄控制方法的適用性研究，從2016年7月至2017年3月，對45543-09井實施水氣交替注入，期間累計注入水約1 800.32 m3，注入CO2約2 720.48 m3，水氣交替結(jié)束后繼續(xù)開展CO2連續(xù)注入。其中，水氣交替注入速度為15 m3/d，段塞尺寸約75 m3，水氣比約1∶1.5。

從現(xiàn)場4口油井的生產(chǎn)情況了解到，45543-01井和喬46-01井受效明顯，且主要表現(xiàn)出見效快、受效持續(xù)時間短的特點，而喬46-02井和45545井則效果甚微(喬46-01井受效情況與45543-01井基本相同，僅列出45543-01井生產(chǎn)曲線，具體見圖3)。具體表現(xiàn)為：在水氣交替注入約1周后，45543-01井日產(chǎn)液量和日產(chǎn)油量均出現(xiàn)明顯升高，平均日產(chǎn)液量由注入前0.87 t/d升高至2.62 t/d，平均日產(chǎn)油量則由0.57 t/d上升至0.92 t/d，綜合含水率由注入前的34.27%上升至65.50%，套管氣監(jiān)測到的CO2組分濃度由96.44%下降至76.84%，且在水氣交替注入期間基本保持不變，但該井受效時間卻不足180 d(套管氣中CO2組分濃度迅速升高)。

45543-01井和喬46-01井受效明顯，而喬46-02井和45545井基本沒有見效，這主要是由于受效井與注入井間優(yōu)勢通道滲透率分別為44.13×10-3μm2和9.54×10-3μm2、17.02×10-3μm2，其與區(qū)域基質(zhì)滲透率級差分別為36.78、7.95和14.18，這均在水氣交替可抑制氣竄的滲透率級差范圍內(nèi)(水氣交替抑制氣竄的滲透率級差上限約為30)[15]；喬46-02井和45543井與注入井間優(yōu)勢通道與基質(zhì)滲透率級差均大于80，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了水氣交替注入所能抑制氣竄的滲透率級差范圍。

目標(biāo)區(qū)域儲層氣竄以微裂縫竄流為主的特點和水氣交替注入后明顯改善了由其引起的氣竄，這說明水氣交替注入在一定程度上可以改善儲層平面波及狀況；另外，水氣交替注入過程中水的重力分異和氣的超覆作用，促使其在一定范圍內(nèi)可以有效調(diào)整縱向上的注入剖面。

4 結(jié) 論

1) 明確了4口監(jiān)測油井與注氣井的井間優(yōu)勢通道發(fā)育情況。具體為45543-01井、45545井和喬46-01、喬46-02井與注入井分別存在一個和兩個優(yōu)勢通道，其等效滲透率依次為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井開展水氣交替注入試驗，并在45543-01井和喬46-01井取得了較好的增油效果。