示蹤劑檢測技術是指從注入井注入示蹤劑，然後按一定的取樣規定在周圍產出井取樣，監測其產出情況，對樣品進行分析，得出示蹤劑產出曲線，然後進行擬合，反映注水開發過程中油水井的連通情況，掌握注入水的推進方向、驅替速度、波及面積以及儲層非均質性和剩餘油飽和度分布等，從而指導油井開採的設計和油田開發後期的調整。
基本介紹
- 中文名：示蹤劑檢測技術
- 外文名：Tracer detection technique
- 學科：石油工程
- 開始時間：20世紀50年代
- 套用：氚水、硫氰酸銨等
- 發展趨勢：第四代微量物質示蹤劑
發展概況,示蹤劑的作用,示蹤劑分類,化學示蹤劑,放射性同位素示蹤劑,穩定性同位素示蹤劑,微量物質示蹤劑,示蹤劑用量計算,套用,投放示蹤劑前的準備工作,發展趨勢,
發展概況
20 世紀50 年代，開始使用無機鹽、染料、鹵代烴和低分子醇等化學示蹤劑來定性地了解地下流體的運動情況；
20世紀70年代，出現了以氚及氚化物為代表的放射性同位素示蹤劑；
20世紀80年代開始研究和套用以氘及其化合物為代表的穩定性同位素示蹤劑。前三代油田示蹤劑由於本身的各種缺點，不能滿足目前油田開採的要求， 進而促使了微量物質示蹤劑的產生；
20世紀60年代中期以來，油田示蹤技術在世界上許多國家得到了長足的發展；20世紀80年代開始引入我國，在勝利、大港等油田得到了套用與推廣。早期的油田示蹤技術僅定性地描述油田注入流體的地下運動方向和油藏非勻質特性。 隨著技術的進步和油田開發需求的日益增加， 油田示蹤技術已逐步成為油田二次採油和三次採油過程中一種重要的油藏工程手段，並被迅速地推廣套用。
示蹤劑的作用
將一定濃度的示蹤劑從注水井注入, 在周圍油井檢測采出水中示蹤劑濃度隨時間的變化, 並繪製示蹤劑采出曲線, 通過數值分析求出油層的物性參數。利用所得到的物性參數可以描述油藏, 分析確定油層內有無高滲透層或大孔道, 跟蹤注水流向, 分析油水井注采對應關係, 判斷斷層密封性能, 為選擇適用的堵劑和制定合理的堵調方案提供依據。具體說來, 示蹤劑有如下作用:
①了解注水井與採油井的連通情況, 若在相鄰的油井采出示蹤劑, 則說明兩井互相連通; 若沒有采出示蹤劑, 則說明兩井不連通或滲透率太低;
②了解注入流體在地層中的滲流速度, 若示蹤劑在地層中的吸附量很低, 則示蹤劑在地層中的滲流速度可看作與注入液體相同, 從注水井注入帶有示蹤劑的液體, 測出從相鄰油井采出示蹤劑的時間, 就可計算出注入液體在地層中的滲流速度;
③了解地層的分層情況。從油井測定出不同時間的示蹤劑的采出濃度, 作出濃度隨時間變化的關係曲線, 曲線上的峰數即為地層的分層數。通過數值模擬, 可以計算出地層各層的厚度和滲透率大小;
④了解地層中是否存在裂縫。若示蹤劑從注入到產出所經歷的時間很短, 說明地層有裂縫或特高滲透條帶存在;
⑤地層處理效果評價。用示蹤劑可以測出地層處理前後所注入的液體的流動方向和流動速度, 以評價地層的處理效果。同時, 示蹤劑也可測出油井的來水方向、注入水在各油井的分配及注水採油的體積掃油效率等, 為以後注水的平面調整提供決策依據。
示蹤劑分類
示蹤劑可以按照不同的標準分類。按所指示的流體分類!可分為氣體示蹤劑和液體示蹤劑，其中液體示蹤劑又可分為水示蹤劑和油示蹤劑；按在油水相中的分配分類!可分為油溶性示蹤劑、水溶性示蹤劑和油水分配示蹤劑；按濃度分析分類，可分為放射性示蹤劑和化學示蹤劑兩類。
由於油藏環境的限制，示蹤劑必須滿足化學穩定性、物理穩定性和生物穩定性 3個方面的要求。
一種性能優良的示蹤劑應滿足：在地層中的背景濃度低，在地層表面吸附量少；與地層礦物不發生反應；與所指示的流體配伍，具有化學穩定和生物穩定性；易檢出、靈敏度高；無毒、安全，對測井無影響；來源廣、成本低。
化學示蹤劑
化學示蹤劑主要包括以下幾類:
(1)易溶的無機鹽。如SCN-,NO3 ,Br-,I-,Cl-等，主要用作水示蹤劑。由於砂岩地層表而帶負電，這類示蹤劑在地層表而吸附少，消耗量小，容易被分光光度計法檢出，目前在我國的大港、勝利、吉林等油田套用較多。
(2)螢光染料。像胭脂紅、茜素紅、曙紅Y等陰離子型染料，可提供有機陰離子，用作水示蹤劑。但由於在地層表而吸附量大，地層中的一些成分還會干擾分析，所以在地層中停留時間超過Sd就不能使用。由於在裂縫中的停留時間短，吸附損失少，可以用於檢測井間地層的裂縫。
(3)鹵代烴和低相對分子質量的醇。鹵代烴如一氟三氯甲烷、三氯乙烯、二澳丙烷、六氟苯等，可用作油示蹤劑和氣體示蹤劑。它們在地層表而吸附量少，並易為氣相色譜法檢出，但是對原油的後加工會有影響。像甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、丁醇、戊醇等低分子醇，多用作水示蹤劑和油水分配示蹤劑。這類示蹤劑生物穩定性差，投放和取樣時都需加入殺菌劑，以防比因生物降解而引起濃度變化。
化學示蹤劑是油藏研究的重要手段之一，它在研究油層連通性、儲層物性、斷層封閉性、注水對應關係以及注入水推進速度等方而有著重要的作用。
1992年以來，在河南稀油田進行了多次化學示蹤劑現場套用，在判斷油層連通性、注水對應關係等方而取得了一定效果，對油藏研究、動態調整起到了積極作用。但是近幾年來，隨著聚合物驅、弱凝膠驅套用範圍的擴大，地層水質發生變化，給化學示蹤劑的檢測和結果分析帶來了不少的困難，甚至部分示蹤劑檢測不到，沒有達到預期的效果川。
由於易溶的無機鹽、螢光染料、鹵代烴和醇類等化學示蹤劑需要礦場作業，且用量大，成本高，適應性和選擇性差，測試解析度低，有環境和人員安全問題，這類示蹤劑逐漸呈淘汰之勢。
放射性同位素示蹤劑
放射性同位素示蹤劑主要是含氖化合物，如氖化氫(3HH) ,氖水(3HHO) ,氖化丁醇(3HC4H8OH ) ,氖化庚烷(3HC7H15)等，可用作水示蹤劑、油田示蹤劑、氣體示蹤劑或油水分配示蹤劑，目前在大慶油田使用普遍。
放射性同位素示蹤劑可以在生產井或觀察井中實現分層測試。利用自然γ射線，可以實現不取樣檢測。這類以氖及氖化物為代表的放射性同位素示蹤劑雖具有用量少、檢測方便且檢測解析度較高等優點，但由於其具有放射性，對人員、環境安全不利，套用受到限制。
穩定性同位素示蹤劑
穩定性同位素是指那些沒有放射性的同位素，如12C、13C、l5N、18O等。穩定性同位素示蹤劑具有無高溫轉化、無放射性危害、用量少、現場操作簡便、測量精度高達10-11等特點，比放射性同位素示蹤劑具有更大的優點。
以氖及其化合物為代表的穩定性同位素示蹤劑克服了放射性同位素在使用過程中帶來的環境和安全問題。但由於穩定性同位素示蹤劑品種更少，而且在使用時不能讓其在礦場顯示出放射性，取樣後仍需通過室內的原子反應堆激活，用中子活化法測量其放射性活度，只能由原子能機構進行室內檢測操作，其分析測試手段繁雜，費用昂貴，限制了其套用。
微量物質示蹤劑
微量物質示蹤技術是向井中注入微量示蹤劑然後按照一定的取樣規定嚴格取樣，並利用電感禍合等離子質譜，對樣品進行分析，繪製出各個井的產出曲線。根據曲線特徵進行擬合處理，從而研究分析儲層的地層參數，最後通過數學模型及綜合分析解釋，研究儲層非均質性和剩餘油分布規律。
微量物質示蹤技術實現了從定性到定量的轉變，能有效地反映地下流體的分布狀況和運動規律，同時可以取得相關的地層參數，從而定量地評價儲層非均質狀況。
與前三代油田示蹤劑相比，微量物質示蹤劑還具有以下優點：
(1)無放射性、無污染、安全穩定性好，用量少，直接從井口加入，價格便宜，成本較低。
(2)分析精度高。一般化學分析只能達到10-6，而微量物質分析可達10-9，可獲得前三代示蹤劑捕捉不到的信息。
(3)由於加入的微量物質示蹤劑，與被跟蹤物質形態同步，並直接跟蹤物質運行狀況，因此分層加入不同示蹤流體可以綜合解決油水井的連通情況，確定油層平而和縱向上的非均質性，結合其他手段確定壓力場的分布、動態流線分布、剩餘油飽和度及分布等。
(4)能較好地跟蹤多相地下流體的運動狀況，既可用於常規水驅，也可用於聚合物驅、氣驅、蒸汽吞吐開採以及非混相驅的生產動態監測。
示蹤劑用量計算
使用示蹤劑的目的是為了定性地描述油藏，其主要用途如下’描述注入流體的推進方向和速度，評價體積波及效率，解釋注入流體層內指進的原因!描述流動遮擋，發現方向性流動趨勢!描述油藏的非勻質特徵，測定層內不同注入流體之間的相對運動速度(混相區)，識別雙或多空隙，滲透率油藏及其相對體積係數，確定剩餘油飽和度及分布，指導設計和執行二次和三次採油項目。其用量計算公式為：
式中: G———示蹤劑用量, t ;
h———地層厚度, m;
Sw———含水飽和度(用分數或小數表示) ;
CP ———從油井采出示蹤劑的濃度峰值, mg/ L;
a———分散常數, 一般為0 .0153 m;
L———井距, m。
套用
示蹤劑應滿足以下條件: 在地層中的背景濃度低, 滯留量少, 化學穩定性與生物穩定性好, 與地層流體配伍型好, 檢測、分析簡單、靈敏度高, 安全無毒、對測井無影響, 貨源廣、成本低。
油田常用示蹤劑: 氚水( 3H2O)、硫氰酸銨(NH4CNS)、硝酸銨(NH4NO3 )、溴化鈉(NaBr )、碘化鈉(NaI )、氯化鈉(NaCl )、螢光素鈉(C20H12O5Na2 ) 、乙醇(C2H5OH) 等。
投放示蹤劑前的準備工作
①熟悉井史, 根據注水井投注以來水質的變化和對應油井產出水水質的變化, 估計示蹤劑可能產出的時間;
②分析背景濃度, 投放示蹤劑前, 每天或隔天一次取7～15 個背景數據, 對水井的注入水和對應油井的產出水測定示蹤劑的背景濃度, 作為投放示蹤劑後判斷示蹤劑是否到達油井的對比數據;
③訂立取樣分析制度, 根據預計的突破時間決定取樣的時間間隔, 預計突破時間短的每2 h 或4 h 取樣一次, 突破時間長的每天、每兩天或每周取樣一次。遇到異常現象時要加密取樣和平行分析次數, 將所有檢測結果記錄在統一的表格中。
示蹤劑的投放: 一般將示蹤劑配製成6% ～10% ( 質量) 的溶液, 以10～30 m3/ h 的排量注入地層。投放示蹤劑後立即轉入注水。
發展趨勢
油田示蹤技術自20世紀50 年代出現以來，油田示蹤技術經歷了化學示蹤劑)放射性同位素示蹤劑)穩定性同位素示蹤劑和微量物質示蹤劑4個發展階段，目前，已逐步形成了一套較為完整的理論體系。
目前油田進行測試用的化學示蹤劑一般採用硫氰酸銨)溴化鈉)碘化鉀)異丙醇等物質，大都存在用量大)成本高)檢測誤差較大的缺點，當井與井之間出現多重交叉時就會分辨不清，有時還會使礦化度增高，直接影響了聚合物溶液的黏度。 而放射性同位素示蹤劑也存在使用過程極其複雜、操作嚴格、易發生放射性事故的缺點；與放射性同位素示蹤劑相比，非放射性同位素示蹤劑品種更少，取樣後仍需通過室內的原子反應堆激活，用中子活化法測量其放射性活度，而且只能由原子能機構進行室內檢測操作，分析測試繁雜，費用昂貴，使其套用受限。 與普通示蹤劑相比，微量物質示蹤劑具有無放射性、無污染、安全穩定性好、用量少、價格便宜、成本較低和分析精度高等優點。 因此，很有必要加大對第四代微量物質示蹤劑的研究開發和推廣，而且開發和使用高質量的第四代微量物質示蹤劑是新型油田示蹤劑發展的趨勢。
