水平井压裂稀土元素示踪监测技术

梁金慧，邬传威，张梦麟，管璐，陈馥涵(.天津大港油田圣达科技有限公司，天津 0080； .中国石油青海油田采油三厂，甘肃 敦煌 7600； .西南科技大学，四川 绵阳 600)

0 引言

水平井压裂技术，就是向油藏中注入高压液体，在油藏中制造人工裂缝以提高其渗透性，从而提高注采速度的技术。通常压裂都是分层压裂，各层段压裂结束后再一起返排，只能了解整体压裂效果，无法判断各层段压裂液返排情况，压裂液对各层段的压裂效果也就不得而知。水平井压裂稀土元素示踪监测方法，是通过在不同压裂层段加入不同的示踪剂，示踪剂随着压裂液注入水平井后，首先沿压开的裂缝进入地层，通过压裂液驱动，向远端运移。焖井结束后在生产压差的作用下示踪剂伴随地层流体向井筒回流，由于压裂效果和油层物性的不同，各压裂层段示踪剂的产出情况也会有所不同，通过检测返排液中不同示踪剂浓度可以判断各层段压裂返排效果[1]。

1 示踪剂的选择

对于多层段压裂的压裂液返排监测，采用稀土元素示踪剂，其具备以下特点：

(1)地层背景浓度低；

(2)能很好地溶入注入流体，且以流体的速度运移；

(3)吸附量小，稳定性好，不与地层流体及岩石中矿物反应；

(4)分析精度高，用量少，与其他分析手段相比，而质谱分析最高可达 10-15级；

(5)示踪剂种类多达15种，能够满足分层测试、多段压裂测试的要求；

(6)在各压裂层段之间注入不同的示踪剂时彼此无影响，在取样分析时彼此无干扰；

(7)安全性好，便于操作，适合压裂施工环境。

2 示踪剂的用量

示踪剂的注入量，取决于需要跟踪返排率的压裂液的体积[2]。

示踪剂注入量的计算公式是：

式中：Q为示踪剂注入量；V为压裂液设计体积；C为示踪剂最大产出浓度；µ为经验系数。

3 现场施工

压裂施工时，从混砂车加入示踪剂，不同的层段加入不同的稀土元素示踪剂，现场根据不同的施工排量均匀调整注入速度，以便保证示踪剂在压裂液中的均匀分布。

4 样品采集

开井返排后开始取样监测，依据压裂体积量以及返排时间规划，制定合适的取样间隔。取样时须保证取样容器内取够足够的水量以满足检测的要求。取样容器尽可能使用专用容器，以减少交叉污染；容器材质应为惰性的材料，防止容器与样品发生化学反应和吸附。

5 样品检测

准确量取定量的样品放入微波消解罐中，同时加入4 mL浓硝酸和1 mL浓盐酸，在固定的消解温度和消解时间内对样品进行消解。消解完成后，定容，摇匀，用滤膜过滤，收集滤液待测。使用电感耦合等离子体质谱仪对样品进行检测，记录样品中相应稀土元素的浓度。

6 现场实例

6.1 示踪剂见剂情况

XXX井为一口多层段压裂水平井，在现场确认具备施工条件后，于该井四个压裂层段依次注入含镱、钬、铒、铥四种稀土元素的压裂示踪剂。以下为XXX井第3、4层段的示踪剂产出曲线(该井后期关井进行重复压裂作业导致示踪剂产出曲线不完整)。 XXX井第3段示踪剂检测曲线图如图1所示，XXX井第4段示踪剂检测曲线图如图2所示。

图1 XXX井第3段示踪剂检测曲线图

图2 XXX井第4段示踪剂检测曲线图

总体上看，返排初期层段间主要受裂缝异常高压控制，各段见剂时间不同步。随着地层压力下降，各层段示踪剂陆续排出，层段间更多受压裂效果和地层物性影响，各段的峰值到达时间出现明显差别。从关井之前的曲线形态来看，3段、4段的示踪剂检测曲线都长时间维持在峰值附近水平，特别是当该井压力下降后，各段都没有出现明显的浓度变化，可能是裂缝闭合导致地层渗流能力减弱，压裂液的返排速度降低所导致的。另外，第4段的曲线峰值到达时间明显快于其他3段，说明第4段压裂初期取得效果也好于第3段。

6.2 示踪剂回采率分析

示踪剂回采率是指示踪剂回采量与注入量之比，该参数是评价压裂效果和地层物性的重要指标。当携带示踪剂的压裂液全部返排后，应有效排出大部分示踪剂，对于压裂示踪剂能否获得较高的示踪剂返排率，受地层物性、压裂效果等多方面因素影响。截止到关井前，四个压裂段的示踪剂回采率依次为7.60%、11.81%、14.39%、22.72%，通过各段回采率可知，总体上4个压裂段的回采率都不高，说明大部分示踪剂滞留在地层中，整体压裂效果不理想。从各段回采率增长速度来看，每个压裂层段示踪剂都是回采率前期增加较快，后期增加缓慢，也反映出XXX井在投产初期压裂液有较好的返排量，后期可能存在裂缝闭合的情况导致返排量不理想。XXX井各段示踪剂回采率累积图如图3所示。

图3 XXX井各段示踪剂回采率积累图

6.3 示踪剂产液贡献率分析

经回采率折算各段的产液贡献率，四个压裂段单段产液贡献率分别为13.45%、20.89%、25.46%、40.20%。在监测期间各段的产液贡献率存在明显差距，这种差距一般是压裂效果和地层物性导致的，但结合本井的实际情况，也可能是压力、产液快速下降所导致的。从单压裂段产液贡献率来看，XXX井中第4压裂段产液贡献率40.20%，为主产液段，通常情况下也可以认为主产油段，因此第4压裂段潜力最大，第3段和第2段次之，第1段最低。

6.4 示踪剂监测结果应用

根据稀土元素示踪剂监测结果，XXX井中第4段产液贡献率最高，后期XXX井在第4段进行了重复压裂，压裂后该井平均日增油10 t左右，取得了较好的效果。

7 结语

(1)现场试验表明，稀土元素示踪剂可以作为压裂示踪剂，在不同压裂层段分段投放。

(2)通过稀土元素示踪剂监测，采用质谱分析法检测不同层段稀土元素示踪剂浓度，可以准确的得到各层段的示踪剂回采率。

(3)通过示踪剂检测结果，结合具体油井的生产情况，可以计算各个压裂层段的产液贡献率，可以解决常规方法无法解决的问题，从物质监测角度对水平井分段压裂效果进行评估，并为油田开发方案调整优化提供直观有效的手段。