一种利用示踪剂评价致密油多段压裂井分段产水量的方法与流程

本发明涉及致密油压裂液返排示踪领域的相关技术，尤其涉及一种利用示踪剂评价致密油多段压裂井分段产水量的方法。
背景技术：
：目前，随着油气勘探开发力度的不断加大，水平井大规模体积压裂已成为致密油等非常规储层开发最有效的技术手段，而水平井压裂段数也呈逐年上升趋势。为了达到最优的压裂效果，段间距和压裂施工参数等进行优化。因此，对压裂后各压裂段的效果分析就显得尤为重要。现有技术中，可以通过井间微地震、电位法等进行分段压裂效果的监测，但存在工艺复杂、成本高等缺点，且很难对每层情况进行准确解释，不能对压裂后各层的出液情况进行评价；而光纤产液剖面测井可进行分段、分簇产液剖面监测，但存在成本高、不能进行地层水产量评价的缺点。关于示踪剂监测技术，在以往的水平井分层段压裂中，通过该技术仅仅能解释压裂返的排液量，而无法具体判断每一段的地层水产量、原油产量，不能对分段的返排压裂液、地层水产量及含水率进行有效评价。现有评价方法仅适用于各段在评价期内均不产地层水的情况。实际情况是，各压裂段均不同程度产地层水，导致评价产生误差，且无法做出合理解释。尚未发现利用示踪剂监测技术进行分段地层水产量、分段含水率监测的报道。因此，研发出一种利用示踪剂评价致密油多段压裂井中分段产水量及贡献率的监测方法，仍是本领域亟待解决的难题之一。技术实现要素：为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种利用示踪剂评价致密油多段压裂井中分段产水量及贡献率的监测方法。利用本发明方法，能够定量监测并绘制致密油多段压裂水平不同时间的分段产液贡献、分段压裂液返排量、分段地层水产量、分段原油产量、分段含水率等，且误差小、应用方便，对后续相似井层的压裂工作有重要指导作用。为实现上述目的，本发明提供一种利用示踪剂评价致密油多段压裂井中分段产水量及贡献率的监测方法，该方法包括以下步骤：(1)示踪剂的优选：所述的示踪剂包括水基示踪剂和油基示踪剂，水基示踪剂根据目标井临井相同层位水样检测结果，选择本底浓度低的微量元素作为水基示踪剂，油基示踪剂不存在底样问题，直接选用即可，根据压裂的段数确定示踪剂的数量，每一段选择一种示踪剂；(2)示踪剂的设计浓度：对于微量元素示踪剂，检测到的最大本底浓度为cmax，为了将本底浓度影响控制在3‰以内，则每段示踪剂浓度不低于cmax/3‰。设该井共压裂n段，且各压裂段可均匀出液，则每段示踪剂进入地层所需浓度不低于n*cmax/3‰。现场应用表明，示踪剂母液与压裂液的体积比例为1：10000时可很好的满足泵注设备精度和均匀投加的需要。因此，配制的母液浓度不低于10000*n*cmax/3‰；(3)在压裂过程中将水基示踪剂按比例均匀投加到前置液、携砂液中并一同注入，替挤液过程不投加水基示踪剂，将油基示踪剂投加到携砂液初期；不同层段加入不同示踪剂；(4)持续监测压裂过程施工曲线，获取每段的原始地层压力、压裂液用量、停泵压力；(5)压裂液返排过程中，采用“先密后疏”策略持续取样化验返排液中不同种类示踪剂浓度、井口返排液产量、井口压力；(6)根据监测数据，绘制不同种类示踪剂相对于全井液量的浓度曲线，选取能代表分段产液能力的水基示踪剂浓度值，解释计算分段产液能力比例、返排液量、地层产油量、地层水产量、含水率和各压裂段的产量贡献率，评价压裂效果；a.单位体积压裂液引起的地层压力变化由下述公式计算：式中：△pi0为第i段单位体积压裂液引起的地层压力变化，mpa/m3；pist为第i段压裂后的停泵压力，mpa；piepf为当第i段压裂前的地层压力，mpa；qif为第i段包含压裂支撑剂在内的压裂液在地层条件下的体积，m3。b.各压裂段不同时间的地层压力由下述公式计算：pie＝pist-△pi0·qisum式中：pist为第i段在评价时刻的地层压力，mpa，qisum为第i段截止评价时刻的返排液在地层条件下的体积，m3。c.各压裂段不同时间的井底压力由下述公式计算：piwf＝pwell+ρ·g·hi×10-6式中：piwf为第i段在评价时刻的井底压力，mpa；pwell为当前评价井在评价时刻的井口压力，mpa；ρ为返排液密度，kg/m3；g为重力加速度常数，9.8n/kg；hi为第i段垂直深度，m。d.各压裂段不同时间的返排液量由下述公式计算：式中：virf为第i段在评价时刻的地下体积返排液量，m3/d；vwell为当前评价井在评价时刻的井口产液量，m3/d；ci为第i段水基示踪剂井口监测浓度，ppb；ci0为第i段水基示踪剂设计浓度，ppb；γi为第i段水基示踪剂由于吸附、干扰等引起的损失比例系数，小数，由实验测得；bw为压裂返排液(水)体积系数，小数。e.各压裂段不同时间的产油量由下述公式计算：式中：vio为第i段在评价时刻的地下体积产油量，m3/d；vowell为当前评价井在评价时刻的井口产油量，m3/d；cio和cjo分别为第i、j段油基示踪剂井口监测浓度，ppb；γio和γjo分别为第i、j段油基示踪剂由于吸附、干扰等引起的损失比例系数，小数，由实验测得；bo为原油体积系数，小数；n为压裂段数，个。f.各压裂段产液能力比例由下述公式计算：式中：λi为第i段产液能力比例，小数；virfmax和vjrfmax分别为第i、j最大返排浓度对应返排液地下体积流量，m3/d；g.各压裂段不同时间的产量贡献率由下述公式计算：式中：ηi为第i段在评价时刻的产量贡献率，小数；pjst为第j段压裂停泵压力，mpa；piwf0和pjwf0分别为最大返排浓度对应的分段井底压力，mpa。h.各压裂段不同时间的地层水产量由下述公式计算：式中：qiw为第i段在评价时刻的地下体积的地层产水量，m3/d；qw和qo分别为评价时刻的井口产水及产油量，m3/d。i.各压裂段不同时间的含水率由下述公式计算：式中：fiw为第i段在评价时刻的含水率，小数；ρw和ρo分别产出水、油密度，kg/m3。所述示踪剂为稀有元素、或金属元素络合物。所述稀有元素包括锂，铷，铯，钛，锆，镓，铟，钪，钇，镧，铈，镨，钕，钐，铕，钆，铽，镝，钬，铒，铥，镱，镥中的一种或几种；形成络合物的金属元素包括锰，银，锶，铋，钴，铬，镍，铜，锌，镉，铅，锡中的一种或几种。所述所述步骤(5)中“先密后疏”的检测周期，具体为：第1-10天，12样/天；第11-20天，8样/天；第21-30天，6样/天；第31-50天，4样/天；第51-70天，2样/天；第71-90天，1样/天；第91-120天，1样/2天；第111-180天，1样/3天；第181-240天，1样/5天；第241天以后，1样/10天。所述步骤(6)中能代表分段产液能力的水基示踪剂浓度值cimax选取方法有两种：一是返排初期浓度低，并快速上升，至浓度极大值后缓慢下降，取浓度极大值为该层段产能评价参考值；二是返排初期浓度值较稳定，并缓慢下降，取初期最大值为该层段产能评价参考值。本发明的有益效果为：本发明的评价方法，考虑到了各地层不同程度的产地层水的情况，并能够定量的计算得到致密油多段压裂水平分段产液能力比例、返排液量、地层产油量、地层水产量、含水率和各压裂段的产量贡献率等信息，且误差小、应用方便，对后续相似井层的压裂工作有重要指导作用。利用本方法后，能够进一步优化不同地层的压裂方案，使得各段压裂方案的设计更具针对性，在致密油、页岩油长水井多段压裂改造中意义重大。附图说明图1是本发明中各压裂段返排液示踪剂监测浓度曲线。图2是本发明中典型井第2段压裂施工曲线。图3是本发明中典型井各压裂段压裂液返排率曲线。图4是本发明中典型井第1段压裂液和地层水产量叠加图。图5是本发明中典型井第2段压裂液和地层水产量叠加图。图6是本发明中典型井第3段压裂液和地层水产量叠加图。图7是本发明中典型井各压裂段产量贡献率叠加图。具体实施方式为了对本发明的技术特征、效果、实施方式有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明。本实施例提供一种致密油多段压裂井中分段产水量及贡献率的示踪剂评价方法。该方法所实施的对象为大庆油田某致密油水平井3级压裂，采用本实施实例的示踪剂监测评价方法对各压裂段的返排率、产液贡献率、地层产水量进行综合评价。所述示踪剂为稀有元素、或金属元素络合物；所述稀有元素包括锂，铷，铯，钛，锆，镓，铟，钪，钇，镧，铈，镨，钕，钐，铕，钆，铽，镝，钬，铒，铥，镱，镥中的一种或几种；形成络合物的金属元素包括锰，银，锶，铋，钴，铬，镍，铜，锌，镉，铅，锡中的一种或几种。本实例的实施包括以下步骤：(1)示踪剂的优选及用量设计为优选合适的水基微量元素示踪剂，对待实施井临井相同层位取样3次，利用电感耦合等离子体质谱(icp-ms)对5种微量元素进行本底值分析，结果如下：选取的5种微量元素底样浓度值均低于0.1ppb，可以理解为最大本底值cmax＝0.1ppb，说明本底值对示踪剂本身影响很小或近似于无影响，所以5种示踪剂均可使用。由于本井设计压裂3段，需投加3种示踪剂，优选前3种成本较低的示踪剂使用。为尽量消除本底值影响，将地层本底值控制在设计浓度的3‰以内，即水基示踪剂设计浓度为0.1ppb/3‰＝33.3ppb。由于该井3段压裂，假设各段产量相同，则各段示踪剂投加浓度应为33.3*3＝99.9ppb，约等于100ppb。同时，考虑示踪剂溶液与压裂液注入比例一般取1:10000，故单段示踪剂配置浓度为100ppb*10000＝1000ppm。示踪剂配置时，考虑1.1的安全余量，实际示踪剂设计见下表。油基示踪剂不存在底样问题，可直接选用3种即可，且油基示踪剂的用量没有具体的范围。(2)示踪剂的现场注入水基示踪剂需在压裂过程中，使用电子蠕动泵，与前置液、携砂液一同注入，替挤液过程不加入，不同层段加入不同示踪剂。压裂施工前，需对电子蠕动泵按照仪器标准操作规范进行调试、校正。压裂施工开始，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。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。油基示踪剂需在携砂液初期一次性投加进混砂车，投加时可直接倒入，不同层段加入不同示踪剂。(3)持续监测压裂过程施工曲线，获取每段的原始地层压力、压裂液用量、停泵压力；(4)返排液示踪剂浓度检测压裂液返排过程中，采用“先密后疏”策略持续取样化验返排液中不同种类示踪剂浓度、井口返排液产量、井口压力。对于水样，在压裂液返排过程中，使用100ml标准容器在排液管线出口按设计频率取样；对于油样，需在井口见油后与水样一同取样。取样时机工作时间取样频率样品数量(个)返排第1-10天10天每天12个120返排第11-20天10天每天8个80返排第21-30天10天每天6个60合计30天260取样后，将样品送实验室进行预处理，然后使用电感耦合等离子体质谱(icp-ms)检测样品中的示踪剂浓度，即每种示踪剂相对于井口产液的检测浓度。浓度监测曲线见附图1。(5)压裂施工数据分析绘制不同种类示踪剂相对于全井液量的浓度曲线，选取能代表分段产液能力的水基示踪剂浓度值，解释计算分段产液能力比例、返排液量、地层产油量、地层水产量、含水率和各压裂段的产量贡献率，评价压裂效果。其中能代表分段产液能力的水基示踪剂浓度值选取方法有两种：一是返排初期浓度低，并快速上升，至浓度极大值后缓慢下降，取浓度极大值为该层段产能评价参考值；二是返排初期浓度值较稳定，并缓慢下降，取初期最大值为该层段产能评价参考值。压裂过程中，与现场压裂工程师实时沟通，及时了解压裂情况。压裂施工结束后，收集各段压裂施工曲线，确定各段入井液体积、压裂前地层压力、压裂后地层压力。以第2段为例，该段实际入井胍胶压裂液642m3。从附图2压裂施工曲线可得，压裂前地层压力为25.4mpa，压裂后为28.2mpa，地层压力升高2.8mpa。同理，可得第1段入井压裂液体积为378m3，压前地层压力25.8mpa，压后地层压力27.5mpa，地层压力升高1.7mpa；第3段入井压裂液体积为942m3，压前地层压力25.0mpa，压后地层压力29.0mpa，地层压力升高4.0mpa。各压裂段单位体积压裂液引起的地层压力变化由下述公式计算：式中：△pi0为第i段单位体积压裂液引起的地层压力变化，mpa/m3；pist为第i段压裂后的停泵压力，mpa；piepf为当第i段压裂前的地层压力，mpa；qif为第i段包含压裂支撑剂在内的压裂液在地层条件下的体积，m3。以第2段为例，单位体积压裂液引起的地层压力变化为：同理，可得第1、3段单位体积压裂液引起的地层压力变化分别为0.004497和0.004246mpa/m3。(6)各压裂段返排率、贡献率、地层产水量评价①计算各压裂段的压裂液返排率式中：virf为第i段在评价时刻的地下体积返排液量，m3/d；vwell为当前评价井在评价时刻的井口产液量，m3/d；ci为第i段水基示踪剂井口监测浓度，ppb；ci0为第i段水基示踪剂设计浓度，ppb；γi为第i段水基示踪剂由于吸附、干扰等引起的损失比例系数，小数，由实验测得；bw为压裂返排液(水)体积系数，小数。以压裂液返排第2天为例，第3段示踪剂井口浓度为33.66ppb，井口日产液量117.2m3/d，实验室测得γi为0.81，压裂返排液(水)体积系数取1.0，则第3段在该天返排压裂液为：同理，可计算第1、第2段在返排第2天的返排液量分别为：12.1m3/d和24.3m3/d。该井施工过程中，第1-3段入井压裂液量分别为340、600和904m3。据此，即可计算给出各压裂段在不同阶段的压裂液返排量及返排率，见附图3。②计算各压裂段产液能力比例通过对压裂返排液中示踪剂监测浓度分析，返排第2天浓度达到最大值，可作为产液能力计算的基础。利用①计算结果，各压裂段产液能力比例由下式计算：式中：λi为第i段产液能力比例，小数；virfmax和vjrfmax分别为第i、j最大返排浓度对应返排液地下体积流量，m3/d。计算得到三个压裂段的产液能力比例分别为0.142、0.286和0.572。③计算各压裂段不同时间的产量贡献率各压裂段不同时间的产量贡献率由下述公式计算：式中：ηi为第i段在评价时刻的产量贡献率，小数；pjst为第j段压裂停泵压力，mpa；piwf0和pjwf0分别为最大返排浓度对应的分段井底压力，mpa。由于该水平井仅有3段压裂，井底流压可近似相等，不同时间的产量贡献率仅由各段地层压力决定。以第1天为例，地层压力为停泵压力，第1-3段的井底流压相同，为15.2mpa，则有第1段产量贡献率为：同理，可得第2、3段产量贡献率为0.286和0.572。④计算各压裂段不同时间的地层水产量各压裂段不同时间的地层水产量由下述公式计算：式中：qiw为第i段在评价时刻的地下体积的地层产水量，m3/d；qw和qo分别为评价时刻的井口产水及产油量，m3/d。以第1段、第1天为例，产油量为0，则有：同理，第2、3段地层水产量分别为8.45和9.05m3/d。⑤计算各压裂段不同时间的地层压力各压裂段不同时间的地层压力由下式计算：pie＝pist-△pi0·qisum式中：pist为第i段在评价时刻的地层压力，mpa；qisum为第i段截止评价时刻的返排液在地层条件下的体积，m3。以第1段、第2天为例，地层压力为：p1e＝27.50-0.004497*8.37＝27.46mpa同理，可得第2、3段地层压力为28.13和28.86mpa。按返排时间，重复计算②～④即可得到每个返排时刻的分段贡献率、分段返排压裂液量和分段返排地层水量，结果见附图4-7。与现有技术相比较，本发明的评价方法，考虑到了各地层不同程度的产地层水的情况，并能够定量的计算得到致密油多段压裂水平分段产液能力比例、返排液量、地层产油量、地层水产量、含水率和各压裂段的产量贡献率等信息，且误差小、应用方便，对后续相似井层的压裂工作有重要指导作用。利用本方法后，能够进一步优化不同地层的压裂方案，使得各段压裂方案的设计更具针对性，在致密油、页岩油长水井多段压裂改造中意义重大。当前第1页12