多段压裂产状剖面示踪监测及解释方法与流程

本发明涉及石油勘探
技术领域：
，特别是多段压裂产状剖面示踪监测及解释方法。
背景技术：
：新井产能预测是开发方案编制中的关键环节，现有技术对于致密油藏多段压裂水平井产能变化规律及其影响因素的分析，特别是初期产能预测方法仍然以类比法为主。对于水平井初期产能的公式和模型多数是在达西定律基础上增加启动压力梯度因素或储集层应力敏感因素。目前现场普遍应用的公式有郎兆新公式，李虎军公式和范子菲公式，然而预测产能的相对误差由于孔喉尺寸、渗流机理不符合达西定律的原因，仍然困难较大，甚至无法适用。类比法适用的条件是：地层压力系数相似，储集层岩性和物性相似，油藏流体性质相似，油藏类型和驱动能量类似等，适用条件十分苛刻，因此在油田开发中水平井各段产能仍然无法完全正确认识。技术实现要素：为了克服现有技术存在的问题而设计本发明，本发明的目的在于提供多段压裂产状剖面示踪监测及解释方法，通过压裂示踪测试可以获得地层各段产能贡献的直观认识，帮助油藏及开发工程师评价压裂效果，优化压裂方案。从而科学有效的完善并优化压裂方案，降低勘探及开发成本，提高作业效率。本发明的目的在于提供多段压裂产状剖面示踪监测及解释方法，适用于水平井多段压裂技术，包括如下步骤：步骤1，在水平井多段压裂作业过程中，向每层段注入不同种类的微量物质、水性或油性示踪剂；步骤2，在压裂液返排过程中，定期监测压裂返排液中不同示踪剂的浓度变化，根据监测到的示踪剂浓度变化，计算示踪剂的累积产出率和返排液体积量，以定性和定量分析目标层的返排液情况，从而获得各层段压裂后的效果。优选的，所述步骤1的所述微量物质示踪剂主要成分为稀有元素和有机官能团。优选的，所述微量物质示踪剂为微量物质--镧和锕系示踪剂。优选的，所述步骤1的所述水性示踪剂在每一段投加的示踪剂是不同的，同一水平井所投加的水溶性示踪剂种类不重复，使得产出水体积与示踪剂浓度可以精确配比；所述步骤1的所述油性示踪剂随前置液一同注入，以保证进入裂缝深处接触更多原油，所述油性示踪剂强亲油，会穿过水体进入油相，在水相中无保留，生产过程中所述油性示踪剂将随着原油一同流入井筒产出，在井口取原油样品，检测分析产出示踪剂的种类和浓度，即可确定各段产油贡献率，产油量越高，则随原油产出的所述油性示踪剂也越多。优选的，所述各层段的压裂后的效果包括从示踪角度描述压裂渗流通道特征，分析各压裂段油水运动规律，确定采样期间主力产出段、低产段及不产段，并接合地质、测井、物探资料判断各段产液持续能力。优选的，所述从示踪角度描述压裂渗流通道特征标识、根据示踪剂产出浓度曲线形态特征分析压裂渗流通道类型的各种情况，包括主裂缝和微缝分析，包括：所述示踪剂产出浓度曲线形态特征为尖峰情况下，确定渗流通道类型为一条主裂缝，生产特征为产液以主裂缝为主，出液量和压力下降快；所述示踪剂产出浓度曲线形态特征为多尖峰情况下，确定渗流通道类型为两条主裂缝，生产特征为产液以主裂缝为主，出液量和压力下降速度比尖峰慢；所述示踪剂产出浓度曲线形态特征为窄峰情况下，确定渗流通道类型为主裂缝和少量微裂缝，生产特征为早期产液以主裂缝为主，当生产压差提高后，油层内有微缝动用，生产情况一般；所述示踪剂产出浓度曲线形态特征为抛物线型单峰情况下，确定渗流通道类型为主裂缝和大量微裂缝，生产特征为初期产液以主缝为主，后期微缝动用，由于微缝网络持续动用，出液量和压力下降速度慢，生产情况最好；所述示踪剂产出浓度曲线形态特征为宽峰情况下，确定渗流通道类型为主缝以及小裂缝，生产特征为早期产液以主缝为主，当生产压差提高后，小缝开始动用，生产情况较好；所述示踪剂产出浓度曲线形态特征为无峰情况下，确定渗流通道类型为无渗流通道，生产特征为无裂缝动用特征。优选的，所述分析各压裂段油水运动规律包括产油和产水情况分析。优选的，所述步骤2包括：由示踪剂产出动态解释分析压裂后的生产效果，包括：所述示踪剂产出浓度曲线形态特征为抛物线型单峰、宽峰、多尖峰为主的井，压裂后生产效果好，见油时压裂液退液率低、累计产油量高、累计压裂液退液率低，退液/产油比低。以尖峰和单峰为主的井，压裂生产效果较差。优选的，所述示踪剂产出参数中的压裂裂缝的缝长、缝高、压裂液量与示踪剂见剂浓度和峰值浓度基本负相关，包括：缝长短、缝高短、震点少、体积小、压裂液量低，见剂浓度和峰值浓度高；缝长长、缝高长、震点多、体积大、压裂液量高，见剂浓度和峰值浓度低。优选的，所述步骤2还包括：根据相邻段示踪剂产出曲线形态和变化规律的一致性，判断段间是否存在窜流，即根据压裂井是否产出了未投加的示踪剂或各级压裂层段产液贡献率的突然剧烈变化，判断井间是否存在窜流。本发明的有益效果：通过压裂示踪测试可以获得地层各段产能贡献的直观认识，帮助油藏及开发工程师评价压裂效果，优化压裂方案。从而科学有效的完善并优化压裂方案，降低勘探及开发成本，提高作业效率，包括：1、压裂示踪剂性能强：种类多(30种以上)，稳定性好，无毒、无放射性，用量少。2、施工工艺科学简单：不带压、只需用蠕动泵将示踪剂在混砂车上注入，可根据实际情况调节注入速度。3、监测仪器精度高：实验用仪器icp-ms和icp-aes精度高，ppt量级(10-12)。4、分析检测时间快：实验室24小时内可以检测出结果。根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。附图的简要说明后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本发明的目标及特征考虑到如下的结合附图的描述将更加明显，附图中：附图1为根据本发明实施例的jh003井第4段示踪剂产出浓度曲线图；附图2为根据本发明实施例的jh003井12级示踪剂的产出浓度曲线图；附图3为根据本发明实施例的jh003井各级示踪剂反排情况(反排率％)；附图4为根据本发明实施例的jh003井各级压裂段产液量构成情况；附图5为根据本发明实施例的jh003井各级压裂层段产液量奉献率；附图6为根据本发明实施例的jh003井各段累计产液贡献率示意图；附图7为根据本发明实施例的曲线特征为尖峰情况下，确定渗流通道类型和生产特征；附图8为根据本发明实施例的曲线特征为多尖峰情况下，确定渗流通道类型和生产特征；附图9为根据本发明实施例的曲线特征为窄峰情况下，确定渗流通道类型和生产特征；附图10为根据本发明实施例的曲线特征为抛物线型单峰情况下，确定渗流通道类型和生产特征；附图11为根据本发明实施例的曲线特征为宽峰情况下，确定渗流通道类型和生产特征；附图12为根据本发明实施例的曲线特征为无峰情况下，确定渗流通道类型和生产特征；附图13为根据本发明实施例的示踪剂曲线形态与累计产油和退油比关系图(投产180天)；附图14为根据本发明实施例的示踪剂曲线形态与累计产油和退油比关系图(投产270天)；附图15所示为根据本发明实施例的不同井间(xx003井12级压裂段示踪剂产出浓度与xx007井12级压裂段示踪剂产出浓度)压裂效果对比示意图；附图16所示为根据本发明实施例的同一井间(jhw001井1-8段和13-23段的示踪剂产出曲线、生产曲线、累计产油与压裂液返排率关系曲线、)压裂效果对比示意图；附图17所示为根据本发明实施例的示踪剂产出参数定性对比裂缝几何参数对照图；附图18所示为根据本发明实施例的判断井间、段间是否存在沟通窜流(压裂缝或天然缝)原理示意图；附图19所示为根据本发明实施例的采用油性示踪剂多段压裂示踪监测监测成果，包括原油中油示踪剂产出浓度曲线、油示踪剂回采率曲线、各级压裂段不同时间产油量构成以及各级压裂段产油贡献率；附图20所示为根据本发明实施例的各级压裂段油、水贡献率监测结果指导水平井生产制度调整前后比较示意图；附图21所示为根据本发明实施例的压裂示踪监测的施工工艺流程图。具体实施方式下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，但并不用来限制本发明的保护范围。本实施例的多段压裂产状剖面示踪监测方法，适用于水平井多段压裂技术，本实施例为30级段，监测的对象包括压裂液、地层水、原有产出动态，从而解决了各级压裂液返排率监测、各级产液贡献率(产液剖面)、各级油水比以及油水层识别的问题。包括如下步骤：步骤1，在水平井多段压裂作业过程中，向每层段注入不同种类的微量物质、水性或油性示踪剂；步骤2，在压裂液返排过程中，定期监测压裂返排液中不同示踪剂的浓度变化，根据监测到的示踪剂浓度变化，计算示踪剂的累积产出率和返排液体积量，以定性和定量分析目标层的返排液情况，从而获得各层段的压裂后的效果。如表1所示为不同类型示踪剂的检测方法。表1序号项目气体示踪剂微量物质示踪剂化学示踪剂1注入流体水、天然气、co2、蒸汽等水、泡沫剂水、泡沫剂2性状气态固态固态3检测方法物理色谱法(光)物理质谱法(质量)化学比色法(光)4检测物质级别(精度)分子原子分子5检测仪器气相色谱仪离等子体质谱仪分光光度计6对地层矿化度要求不受影响不受影响影响其中，示踪监测的参考标准示踪剂的筛选：执行石油天然气行业标准sy/t5925-94中3项26条；示踪剂监测方案编制：参考石油天然气行业标准sy/t6221-1996中4项56条；油水井检测：执行地质部矿场地层水中微量元素检测标准dz/t0223-2001电感耦合等离子体质谱分析方法通则，测定溶液中微量元素的7项25条标准。步骤1的微量物质示踪剂具有以下特性和优点：微量物质示踪剂的特点：1、纯度高：＞99.9％；2、耐温性好：＞450℃；3、检测精度高：ppt量级(10-12)；4、种类多：＞30种；5、各种油藏条件下的稳定性好；6、安全、无毒，无放射性。其优点有：1、与压裂配伍性好；2、与同位素示踪剂相比，无放射性危害，使用安全；3、用量少且检测灵敏度高；4、满足各种油藏条件下的热稳定性、化学稳定性和生物稳定性；5、不被油藏矿物吸附或发生反应而损失；6、可实现单样品中多种示踪剂的一次性检测；7、种类多，无干扰，特别适用于多层位、多示踪剂的压裂监测需求；8、资源节约，用量少，注入工艺简单。本实施例中采用的微量物质示踪剂主要成分为稀有元素和有机官能团等，例如可以包括超过30种规格，产品纯度超过99.9％，检测方法为qb/fdte-2013-03。突破了多种示踪剂同步应用、高效节能安全环保、大批量同步快捷测样以及超痕量高精度检测的问题。本实施例中采用微量物质--镧系示踪剂1、示踪剂地层水中的本底值0.016―1.09ppb(ng/ml)，平均值0.317ppb2、元素的检出限较低，能够保证注入示踪剂在较低浓度下的有效检出3、标准曲线相关参数如表2所示。表2步骤1的水溶性示踪剂的特性为：1、示踪剂种类多，保证了每一段投加的示踪剂是同不同的，统一水平井所投加的示踪剂种类不重复；2、示踪剂与地层条件适应性好，形质稳定，互不干扰，使得产出水体积与示踪剂浓度可以精确配比。步骤1的油性示踪剂的特性为：1、示踪剂随前置液一同注入，以保证进入裂缝深处接触更多原油；2、示踪剂强亲油，不论是否与地层原油直接接触，都将穿过水体进入油相，在水相中无保留；3、生产过程中示踪剂将随着原油一同流入井筒产出，在井口取原油样品，检测分析产出示踪剂的种类和浓度，即可确定各段产油贡献率；4、产油量越高，则随原油产出的示踪剂也越多。图19所示为采用油性示踪剂多段压裂示踪监测监测成果，包括原油中油示踪剂产出浓度曲线、油示踪剂回采率曲线、各级压裂段不同时间产油量构成以及各级压裂段产油贡献率。分为以下两种情况：1、原油中检测到油示踪剂，对应压裂层段可能产油、也可能不产油通常情况，油示踪剂产出即表示对应压裂层段产油，示踪剂产出量越大，则说明对应层段产油量越大。特殊情况，压裂层段含油少或不含油，注入的油示踪剂不能进入油相，随压裂液返排产出，进入井筒后由水相进入其他层段的产出油中，井口油样虽然也能检测到示踪剂，但对应压裂层段实际未产油。见油通过检测水中的油示踪剂加以判断。见油前，水中油示踪剂浓度低；见油后，油示踪剂在水中的浓度与见油前基本一致，保持较低水平，说明示踪剂绝大部分已进入对应压裂段的油相中，示踪剂产出即代表油产出。反之，不成立。2、原油中未检测到油示踪剂，对应压裂层段未产油(1)原油中未检测到油示踪剂——对应压裂层段未产油(2)油示踪剂未产出，水示踪剂也未产出，说明对应压裂层段存在堵塞，油水均不能产出。(3)其他情况，结合水中的油示踪剂、水示踪剂浓度，以及油中的油示踪剂浓度，及所投加油、水示踪剂在周围邻井的产出情况，进行综合对比判断与分析。本实施例如图20(a)所示，某试验井全井24.59％的产水量来自3#层段，而该段对于全井产油量却仅贡献了5.61％，产水多、产油少，退液/产油比高，对全井的整体生产效果造成不利影响。如图20(b)所示各级压裂段油、水贡献率监测结果指导水平井生产制度调整，如图20(c)所示试验井生产制度调整后，各级压裂层段的产油、产水贡献率发生变化，全井产水量和含水率大幅下降，产油量也有所增加。参见图1-5，各层段示踪剂的产出浓度曲线等，通过对各段示踪剂产出动态参数和产出浓度曲线形态的分析，解释分析压裂效果，确定水平井各级压裂段的产水贡献率。其中如图1为本发明一个具体实施例jh003井第4段示踪剂产出浓度曲线。图2所示为jh003井12级示踪剂的产出浓度曲线；图3所示为jh003井各级示踪剂反排情况(反排率％)；图4所示为jh003井各级压裂段产液量构成情况；图5所示为jh003井各级压裂层段产液量奉献率。由此图6所示为直接确定油井产液量构成及各段产液贡献率。各层段的压裂后的效果包括从示踪角度描述压裂渗流通道特征，分析各压裂段油水运动规律，确定采样期间主力产出段、低产段及不产段，并接合地质、测井、物探资料判断各段产液持续能力。从示踪角度描述压裂渗流通道特征标识、根据示踪剂产出浓度曲线形态特征分析压裂渗流通道类型的各种情况，包括主裂缝和微缝分析。图7-12示出根据示踪剂产出浓度曲线形态特征分析压裂渗流通道类型的各种情况。参见图7所示为曲线特征为尖峰情况下，确定渗流通道类型为一条主裂缝，生产特征为产液以主裂缝为主，出液量和压力下降快。参见图8所示为曲线特征为多尖峰情况下，确定渗流通道类型为两条主裂缝，生产特征为产液以主裂缝为主，出液量和压力下降速度比尖峰慢。参见图9所示为曲线特征为窄峰情况下，确定渗流通道类型为主裂缝和少量微裂缝，生产特征为早期产液以主裂缝为主，当生产压差提高后，油层内有微缝动用，生产情况一般。参见图10所示为曲线特征为抛物线型单峰情况下，确定渗流通道类型为主裂缝和大量微裂缝，生产特征为初期产液以主缝为主，后期微缝动用，由于微缝网络持续动用，出液量和压力下降速度慢，生产情况最好。参见图11所示为曲线特征为宽峰情况下，确定渗流通道类型为主缝以及小裂缝，生产特征为早期产液以主缝为主，当生产压差提高后，小缝开始动用，生产情况较好.参见图12所示为曲线特征为无峰情况下，确定渗流通道类型为无渗流通道，生产特征为无裂缝动用特征。分析各压裂段油水运动规律包括产油和产水情况分析。步骤2包括：由示踪剂产出动态解释分析压裂后的生产效果。本实施例中，步骤2的分析结果包括：如图13和14所示，抛物线型单峰、宽峰、多尖峰为主的井，压裂后生产效果好，见油时压裂液退液率低、累计产油量高、累计压裂液退液率低，退液/产油比低。以尖峰和单峰为主的井，压裂生产效果较差。图15为另一具体实施例中不同井间(xx003井12级压裂段示踪剂产出浓度与xx007井12级压裂段示踪剂产出浓度)压裂效果对比示意图，示踪剂曲线形态以抛物线型单峰为主的井，峰值浓度低，持续时间长，相应的退液速度慢，液量递减慢，产油量高，生产效果好；示踪剂曲线形态以“单尖峰”为主的井，峰值浓度高，持续产出时间短，相应的退液速度快，液量递减快，产油量低，生产效果差，抛物线型单峰对应压裂效果明显好于单尖峰。图16为另一具体实施例中同一井间(jhw001井1-8段和13-23段的示踪剂产出曲线、生产曲线、累计产油与压裂液返排率关系曲线、)压裂效果对比示意图，曲线形态：第一次1～8段为单尖峰，第二次13～23段以抛物线型单峰为主；见油时间：第1次压裂液排率28.1％时开始见油，第2次在10.9％时开始见油；累产油量：当两次压裂的累计产油量均为405t时，第1次压裂液退液率为67.6％，累产液4257.9t，第2次压裂液退液率为23.2％，累产液3191.9t。结论：抛物线型单峰对应压裂效果明显好于单尖峰。图17所示为示踪剂产出参数定性对比裂缝几何参数，其中压裂裂缝的缝长、缝高、压裂液量与示踪剂见剂浓度和峰值浓度基本负相关(1)缝长短、缝高短、震点少、体积小、压裂液量低，见剂浓度和峰值浓度高；(2)缝长长、缝高长、震点多、体积大、压裂液量高，见剂浓度和峰值浓度低。如表3所示为两段压裂参数和产出参数对比表，其中宽峰对应裂缝参数明显优于尖峰。表3步骤2还包括：根据相邻段示踪剂产出曲线形态和变化规律的一致性，判断段间是否存在窜流，即根据压裂井是否产出了未投加的示踪或各级压裂层段产液贡献率的突然剧烈变化，判断井间是否存在窜流。如图18所示，判断井间、段间是否存在沟通窜流(压裂缝或天然缝)，包括：根据压裂井是否产出了未投加的示踪剂或各级压裂层段产液贡献率的突然剧烈变化，判断井间是否存在窜流。整个压裂示踪监测的施工工艺流程图如图21所示：(一)施工人员、设备和材料1、人员待命：1名技术人员、2名操作人员待命；2、投加设备：电子蠕动泵3台，用于示踪剂于混砂车注入；3、原材料：按照设计用量准备1-2倍示踪剂，以备现场投加需要；4、取样容器：标准100ml取样容器200个；5、车辆：车辆一台；6、如表4所示为以上所需要准备人员、设备和材料的注意事项和细节。表4(二)注入步骤：1、施工前，对电子蠕动泵按照仪器标准操作规范进行调试、校正。2、施工开始，由现场工程师用电子蠕动泵在混砂车上注入，并与仪表车工程师沟通，实时调控投加速度。3、加入时机：在前置液和携砂液过程中加入，预前置和顶替液过程中不加入。4、注意事项：加入过程中混砂车上的操作人员与压裂仪表车上压裂指挥人员保持通信，随时调整加入方案，确保示踪剂均匀、按比例投加。5、现场人员：施工人员仔细填好《xxxxxx井投加记录表》，现场负责人进行全过程监督及质量控制。(三)取样原则及方法1、取样原则如表5所示。表52、取样方法：(1)每瓶样品一定标明井号、取样日期、时间及样品序号，并详细记录好现场取样记录表，切记每瓶样品取满、避光存放于箱内。(2)每次取样需要取双份，一份发走检测，另一份备份以防前一份样品丢失或损坏。(3)若在取样过程中跟踪监测井停喷作业期间，能取(间喷或溢流时)则必须取返排液体样品；作业完开井后，返排的液体仍继续采集样品、计量返排量，取样的方法、时间续前。本发明的有益效果：通过压裂示踪测试可以获得地层各段产能贡献的直观认识，帮助油藏及开发工程师评价压裂效果，优化压裂方案。从而科学有效的完善并优化压裂方案，降低勘探及开发成本，提高作业效率，包括：1、压裂示踪剂性能强：种类多(30种以上)，稳定性好，无毒、无放射性，用量少。2、施工工艺科学简单：不带压、只需用蠕动泵将示踪剂在混砂车上注入，可根据实际情况调节注入速度。3、监测仪器精度高：实验用仪器icp-ms和icp-aes精度高，ppt量级(10-12)。4、分析检测时间快：实验室24小时内可以检测出结果。以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时本领域的一般技术人员，根据本发明的实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。当前第1页12