阅读说明：本技术 一种稀土元素示踪剂井间监测技术 (Rare earth element tracer interwell monitoring technology ) 是由 邬传威 刘秀明 王亚娜 于 2019-10-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种稀土元素示踪剂井间监测技术,包括以下步骤：S1：针对目标水井油井井组,筛选可用的稀土元素示踪剂类型；S2：在选定稀土元素示踪剂类型之后,计算储层中被跟踪流体的最大体积；S3：在确定储层中被跟踪流体的最大体积之后,计算稀土元素示踪剂注入量；S4：巡视井场情况,检测所需设备均可正常运行,将注入示踪剂采用缓慢注入方式,以使注入的示踪剂在井筒中形成适当长度的示踪剂段塞,且段塞中示踪剂分布均匀。本发明所述的一种稀土元素示踪剂井间监测技术,可计算高渗条带厚度、渗透率和喉道半径,计算注入流体驱动速度,了解生产井水、气窜方向,计算注入流体波及面积、波及体积、波及系数。(The invention discloses a rare earth element tracer interwell monitoring technology, which comprises the following steps: s1: screening the types of available rare earth element tracers aiming at a target water well, oil well and well group; s2: after selecting the rare earth element tracer type, calculating the maximum volume of tracked fluid in the reservoir; s3: after determining the maximum volume of tracked fluid in the reservoir, calculating the rare earth element tracer injection amount; s4: and (4) inspecting the well site condition, normally operating equipment required for detection, and injecting the tracer in a slow injection manner so that the injected tracer forms a tracer slug with a proper length in the wellbore, and the tracer in the slug is uniformly distributed. The inter-well monitoring technology of the rare earth element tracer can calculate the thickness, permeability and throat radius of a high-permeability strip, calculate the driving speed of injected fluid, know the water and gas channeling directions of a production well and calculate the swept area, swept volume and swept coefficient of the injected fluid.)

一种稀土元素示踪剂井间监测技术

技术领域

本发明涉及油井水井监测领域，特别涉及一种稀土元素示踪剂井间监测技术。

背景技术

在油田开发过程中，由于一个区块的开发需要多口油水井同时协调生产，因此需要监测注入水对储层造成的影响因素，这些监测包括裂缝的发育方向、储层非均质性、初期注水受效情况、注入水的利用率、层间动用情况、采出水来源、高渗条带发育情况、油井受效情况等等，所有这些监测结果对于确定油藏参数分布状况，进行储层开发评价，以及确定今后开发方案的设计、调整与实施具有重要的价值，目前直接和直观的确定以上井间参数的方法较少，井间示踪监测技术能较好地解决这一问题，示踪剂井间监测技术是在注水井中注入一种水溶性示踪剂，在周围监测井中取水样，分析所取水样中示踪剂的浓度，并绘出示踪剂产出曲线，应用配套的示踪剂解释软件对示踪剂产出曲线进行分析，就可以确定油藏非均质情况。

目前常用的示踪剂包括化学示踪剂（含染料、盐类）、同位素示踪剂（包括放射性和非放射性示踪剂）。化学示踪剂需要借助专门的大型泵车施工，施工成本高，施工过程风险指数高。化学示踪剂检测依靠色谱方法，检测精度低，存在人为导致的误差，使监测结果不稳定或者使监测失败。稀土元素具有在地层中不吸附的特点，配合专用的注入设备，可以快捷高效的实现注入，同时通过使用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)达到极高的检测精度（可以达到ppq级别），使示踪剂监测的工业化应用更为广泛,丰富了油田示踪剂种类的选择范围。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种稀土元素示踪剂井间监测技术，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种稀土元素示踪剂井间监测技术，包括以下步骤：

S1：针对目标水井油井井组，筛选可用的稀土元素示踪剂类型；

S2：在选定稀土元素示踪剂类型之后，计算储层中被跟踪流体的最大体积；

S3：在确定储层中被跟踪流体的最大体积之后，计算稀土元素示踪剂注入量；

S4：巡视井场情况，检测所需设备均可正常运行，将注入示踪剂采用缓慢注入方式，以使注入的示踪剂在井筒中形成适当长度的示踪剂段塞，且段塞中示踪剂分布均匀；

S5：开始为期数月的取样，采用电感耦合等离子体质谱仪对样品检测稀土元素示踪剂浓度，得到示踪剂浓度曲线；

S6：使用半解析法示踪剂监测资料解释软件针对响应曲线进行反演，得到水淹通道的渗透率、喉道半径、波及体积、等效厚度等参数；

S7：与客户协同，对资料进行整体分析，结合多方地质资料，最后提出最终的开发调整报告，用以指导油田开发生产。

优选的，所述示踪剂具备以下条件：

1）能很好地溶入注入流体，且以流体的速度运移；

2）低检测极限；

3）长期的化学稳定性；

4）在岩石表面无吸附或在井筒周围无吸附；

5）同油藏流体无化学反应且无元素交换。

优选的，所述被跟踪流体的最大体积计算公式是：V = A·H·Φ·S_W，式中A 为井组波及面积（m²）、H 为井组连通层平均厚度（m）、Φ为储层的孔隙度（%）、S_W为储层含水饱和度（%）。

优选的，所述稀土元素示踪剂注入量计算公式是：Q = V ·f，式中f为经验系数。

优选的，所述半解析法示踪剂监测资料解释软件的理论方法和途径包括压力的计算、流线计算、示踪剂浓度计算、吸附考虑、井筒产出浓度计算。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明中，通过使用稀土元素示踪剂井间监测技术可计算高渗条带厚度、渗透率和喉道半径，计算注入流体驱动速度，了解生产井水、气窜方向，计算注入流体波及面积、波及体积、波及系数，由此可知压力场及渗流场分布，评价地层非均质性，对井间对应受效情况分析，监测及评价层间窜情况，了解人工或者天然裂缝的方向，同时由于稀土元素示踪剂种类多达15种，拓宽了示踪剂监测的应用范围，因此可以实现：单井多层的示踪剂监测、多井单层的示踪剂监测、多井多层的示踪剂监测，评价区块整体注采对应情况，评价单井组分层注水效果，评价区块井网有效性，用以对区块整体调整提出先导性认识。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

本发明涉及一种稀土元素示踪剂井间监测技术，包括以下步骤：

S1：针对目标水井油井井组，筛选可用的稀土元素示踪剂类型，示踪剂具备以下条件：

1）能很好地溶入注入流体，且以流体的速度运移；

2）低检测极限；

3）长期的化学稳定性；

4）在岩石表面无吸附或在井筒周围无吸附；

5）同油藏流体无化学反应且无元素交换。

S2：在选定稀土元素示踪剂类型之后，计算储层中被跟踪流体的最大体积，被跟踪流体的最大体积计算公式是：V = A·H·Φ·S_W，式中A 为井组波及面积（m²）、H 为井组连通层平均厚度（m）、Φ为储层的孔隙度（%）、S_W为储层含水饱和度（%）；

S3：在确定储层中被跟踪流体的最大体积之后，计算稀土元素示踪剂注入量，稀土元素示踪剂注入量计算公式是：Q = V ·f，式中f为经验系数；

S4：巡视井场情况，检测所需设备均可正常运行，确认采油树装有和尚头及方补心，确认各闸门灵活好用，将注入容器与采油树连接好，在确保各连接部位不渗不漏的条件下，再将示踪剂注入井中，将注入示踪剂采用缓慢注入方式，以使注入的示踪剂在井筒中形成适当长度的示踪剂段塞，且段塞中示踪剂分布均匀，注入示踪剂后要求注水井和采油井保持正常的生产，以便从所取样品中及时获取示踪剂跟踪地层的监测情况，提供第一手监测资料；

S5：开始为期数月的取样，采用电感耦合等离子体质谱仪对样品检测稀土元素示踪剂浓度，得到示踪剂浓度曲线，注示踪剂前，首先在每口监测井上取一油水样，作为各监测井的本底值，注示踪剂后监测井每四天取一油水样品，监测井见示踪剂后，根据每个监测井的具体情况，需要加密取样的监测井，可随时进行调整，一直到峰值下降至本底水平结束监测，对油水样进行分离、制备、检测，示踪剂的样品经技术处理后在高精度质谱仪中进行检测；

S6：使用半解析法示踪剂监测资料解释软件针对浓度曲线进行反演，得到相关油田参数情况，包括：

1）水驱速度：通过在监测井取样检测示踪剂产出浓度，当检测曲线有明显抬升时表明示踪剂已经突破，使用注采井距除以示踪剂突破时间得到水驱速度，水驱速度是描述高渗通道的一项常规指标。

2）回采率：通过见剂生产井累积产出示踪剂的量与总共注入示踪剂量相比较，计算得到示踪剂回采率，示踪剂的回采率能反映出高渗通道负面影响的程度，结合井组动态，可为下步措施提供有力依据。

3）高渗通道渗透率和孔喉半径：通过对示踪剂产出曲线进行拟合，得到高渗通道渗透率、高渗通道厚度、高渗通道喉道半径等基本参数。高渗通道渗透率用于评估高渗通道是否需要立即采取措施调整，高渗通道喉道半径用于调剖堵水方案设计时的参考。

4）高渗通道突进系数：通过拟合得到的高渗通道渗透率和厚度，计算得到高渗通道的突进系数，进而判断高渗通道的非均质程度，以及判断是否需要对高渗通道执行调控措施。

5）高渗通道纵向位置：对于多层合采监测井，在对其产出曲线拟合时判定高渗通道所在的具体层位。为油田开发调整提供可靠依据。

6）高渗通道波及参数：通过拟合示踪剂产出曲线得到高渗通道的波及面积、波及体积，通过波及参数可以了解高渗通道的发育和分布程度，从而结合井史等资料综合判定是否需要对高渗通道进行调整；

半解析法示踪剂监测资料解释软件的理论方法和途径包括压力的计算、流线计算、示踪剂浓度计算、吸附考虑、井筒产出浓度计算，半解析法利用数值法中压力的求解较为稳定，数值可以满足实际现场操作需要的优点，利用数值法求解油藏的压力分布，对于某个注水开发处于中后期的油田（或者一个区块）来讲，某段时间内的压力分布基本认为是稳定的，变化较小，利用数值方法求解一定注采量情况下的压力分布趋势是合理的和可行的，利用了解析法中浓度的求解不存在任何截断误差，以及浓度的解总是位于合理解范围内的优点，对于一维情况来讲，产出浓度的解析解在时间以及一维空间上是可以容易得到的，利用流线方法把数值方法与解析法联系起来，利用流线沿着压力走向分布这一特点，确定流线的分布，把三维或者二维的问题转化为一维问题，从而可以利用一维浓度解的公式，可以模拟任何可能的地层分布情况，不存在辅助算法的不稳定性等问题，可以利用高速运算的计算机完成繁复的解释任务，避免人为的繁复的调参过程，压力计算采用黑油模型，利用数值方法确定注入示踪剂过程以及监测过程中的油层压力分布，研究中可以发现：压力的分布对于饱和度的变化以及分层与合层的处理不敏感，而对于开发后期处于中高含水期的油田来说，油藏压力在短期内不会有太大的波动，因此模拟一个区块达到稳态或者拟稳态时的压力分布，可以作为后面拟合参数的基础，油水两相的连续性方程如下：

式中：k为渗透率，k_ro,k_rw分别为油水相对渗透率，B_o,B_w为油水体积系数，μo,μw分别为油水粘度，ρ_o,ρ_w分别为油水密度，ρ_osc,ρ_wsc分别为油水地面状况下的标准密度，Ρ_o,Ρ_w分别为油水压力，φ为孔隙度，s_o,s_w分别为油水饱和度，q_o,q_w分别为地面标准状况下单位体积岩石中注入或者采出的油水质量流量，注入为负，采出为正，g为重力加速度，D为标高，

表示散度，

表示梯度；

流线计算在压力计算之后展开，这也是整个半解析方法的核心，计算完流线后，才可以进行浓度等的计算，完成示踪剂产出曲线的拟合工作，根据目前成熟的流线算法，计算流线在平面或者在空间上的分布，刚性介质中不可压缩流体的达西速度表示为：

其中：λ=k/μ为位置的函数。P为压力，为散度算子；

由于流体不可压缩，散度为零，即除去源汇项外：

因此三维的流线可以积分下式得到：

可以得到网格各个方向的速度为：

v_i=b_i+c_il_ii=x，y，z

经推导（略）得到平面流函数为：

ψ=ψ_o+αx+by+cxy

从而可以确定平面流线分布，上面各式中，v_i为各个方向上的速度向量，b_i和c_i为常数系数，l_i为各方向上的距离；

计算完流线分布之后，就可以在每个流线内部进行示踪剂浓度产出的拟合，由于流线的计算已经把三维问题转化成了一维问题，因而就可以利用比较成熟并且不损失精度的解析方法计算浓度，根据一维扩散方程：

其中：K为有效混合系数，c为示踪剂浓度，x为一维长度，u为一维渗流速度，t为时间；

结合定解条件：

c（x,t）=c_o x=0

c（x,t）=0 x=∞

c（x,t）=0 t=0

可以得到一维浓度计算代数式：

其中：c_o为注入浓度；

erfc（x）为误差余函数；

对于小段塞来讲，产出浓度如下：

其中：△x为段塞长度

上面为等速流时的产出浓度计算公式，经过合适的处理即为不等速流的产出浓度计算式，即：

其中：△s为对应某一时间时的段塞长度

，α为扩散常数；

在计算浓度的同时，需要考虑示踪剂在地层中的吸附，示踪剂的吸附和示踪剂的种类关系比较密切，一般来说，化学示踪剂吸附较大，根据1980年Satter等的理论推导公式：

确定滞后系数：

其中：α为吸附系数，ρ_r为岩石密度，C为浓度，x为一维流动时x方向的距离，t为时间；

一维浓度产出公式里的时间与段塞长度替换为：

即等效为时间滞后，注入段塞缩短，S为转换后的浓度,R为上面计算的迟滞系数，t为产出时间；

各条流线最终在井筒汇合，井筒的浓度是各层、各条流线上产出浓度的混合效应的结果。因此需要累加各条流线浓度计算的结果，可以表示为：

其中：

为井筒某一时间的产出浓度；

为某一流线上在对应时间对应井筒位置的产出浓度；

为对流线的积分；

为流线上某种流体的贡献量。

根据以上数学模型，再经过反复调参将实测曲线与计算曲线相拟合，最终求出地下高渗透层参数及其它地层参数；

S7：与客户协同，对资料进行整体分析，结合多方地质资料，最后提出最终的开发调整报告，用以指导油田开发生产。

本发明公开了一种稀土元素示踪剂井间监测技术，检测时，示踪剂从注水井注入后，首先随着注入水沿高渗层或大孔道突入生产井，示踪剂的产出曲线会逐渐出现峰值，同时由于储层参数的展布和注采动态的不同，曲线的形状也会有所不同。在主峰值期过去之后，由于次一级的高渗条带和正常渗透部位的作用，会继续产出示踪剂，当所有峰值期过去以后，示踪剂产出浓度基本稳定在相对低一些的某一浓度附近，并且会持续较长的一段时间，随着时间的延长，示踪剂的回采率也会逐渐增加，在注入水没有外流情况下，油层越均质，注水利用率越高，则见示踪剂时间越晚。反之，短时间内见到示踪剂，说明注入水沿高渗层窜流，储层非均质性强，开发效果差，对于均质或相对均质地层，只有当示踪剂之前的大部分可动流体被驱替至采油井之后，示踪剂才可能产出。示踪剂在地层的运移速度从每天零点几米到每天几米不等，对于有特殊高渗层存在情况下，运移速度可以达到每天十几米以上，但运移的速度远小于油水井之间的压力传播速度。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。