CN107989588A - 利用环保型示踪剂测试水平井各段油气水剖面方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用环保型示踪剂测试水平井各段油气水剖面的方法及系统，所述方法包括根据包括油气藏类型、压裂液类型、测试段数在内的信息，确定化学示踪剂的种类和组合；确定各段所用化学示踪剂的设计用量、注入时机和注入流速；确定测试所用示踪剂注入设备且在施工前确认布置完成现场作业设备连接流程；根据设计泵注程序完成施工段所需相应化学示踪剂的注入作业；在整口水平井压裂施工结束后，按照设计取样时间及频率实施连续的示踪剂测试取样作业，并在完成所有取样后及时对样品进行检测；绘制出油气藏水平井压裂各个层段在取样周期内的产出剖面图或贡献比例图。

Description

利用环保型示踪剂测试水平井各段油气水剖面方法及系统
技术领域
本发明涉及一种利用环保型示踪剂测试水平井各段油气水剖面的方法及系统，属于石油开采技术领域。
背景技术
近年来，对于油气储层水平井分段改造效果的研究，本领域技术人员一直希望能够通过各项压后评价，明确每段压裂改造的改造效果。此前，国内较为普遍的压后评价方式有以下几种：1)通过分析施工参数、工艺合理性评价压裂改造效果的好坏，优选压裂工艺，包括压裂液、支撑剂的类型与规模、加砂程序等施工工艺的对比、优化研究；2)利用微地震监测裂缝分布及延展状态，估量每段的改造体积；3)直接针对压后产量做出定性的压裂效果笼统分析；4)采用生产动态测井分析方式，辅助利用净压力拟合、产量历史拟合等诸多软件，完成压后效果评估。
然而，以上评价方法，要么统计分析周期太长(以年计量)，短时间内不能够完成准确的产能预测；要么不能够真实表征改造裂缝的体积与形态，改造程度与实际生产匹配度不高；要么只能定性分析，不能定量说明，即便有些方法能够定量分析也仅限于笼统分析，不能针对各段生产状态做出定量评价。同时，这些评价方法在很大程度上受到井筒条件或作业因素的影响，故以上四种方式均不能准确定量表征各层段压裂改造效果，及排采、生产时各层段的产油、气、水的贡献率。
因此，在针对定量分析压裂改造后各层段产出贡献情况的研究方向上，国内于近几年推出了一类绘制压后各段产出剖面的测试方法，该种方法致力于直观显示水平井压裂措施后各层段油、气、水三相产出的贡献大小。现国内已经普遍认可的产出剖面测试方法大致分为两类：1)一类属于机械计量范畴，通过安装在连续油管井下工具串上的涡轮流量计直接捕获每个射孔簇的流体流速，并将信号返还地面后，计算获得水平井各段射孔簇的油、气、水产出量，但该方法具有增加井下工具串的复杂程度、设备成本和施工难度，以及因水平井井筒流型极其复杂导致的每簇产出测试结果不够精准的劣势；2)另一类属于化学计量范畴，将化学示踪剂随压裂液注入地层，排液采气过程中取气样和水样进行分析测试。与机械计量方式相比，化学示踪剂的产剖测试方法则无法实现段内多簇情况下的单簇监测，且相对取样监测周期较长，但其具备注入和取样方便高效，无施工安全风险，能够更准确反映各个阶段或层段产出的变化趋势和规律的优势。
目前，通过在大量的井区试用的化学示踪剂产出剖面测试服务成果均已证明，应用化学示踪剂产出剖面测试方法验证压裂效果的可行的，且非常符合实际情况。该方法不但能够显示每段返排油、气、水的产出贡献，准确证明井下哪一段或哪一部分、哪一区域正在产水、油、气(或没有生产)，亦可协助生产部门获得非常有价值的油藏信息，确认所期待的区域或所指定的油藏是否生产的同时，根据所获信息方便优化后续工作。
据统计，国内如今广泛使用的化学示踪剂主要以醇类、荧光指示剂、盐基芳香酸类等成分为主，这些成分均具备可生物降解，有效期时间长，满足连续测试，配套工艺安全等各项要求。然而，对比放射性示踪剂、染料大分子示踪剂、荧光指示剂等几种应用较为普遍的化学示踪剂后发现，这些化学示踪剂仅能够针对产液(油、水)示踪，不能够实现产气示踪。另外，放射性示踪剂对环境的影响较大，需要环评过关才能投入应用生产；染料大分子示踪剂监测时使用量大，且存在大量细菌蚕食的情况，定性评价时误差大，有地层污染隐患；荧光指示剂监测存在地层吸附和一定细菌蚕食的情况，定性评价时误差也大。
因此，为了有针对性的解决水平井压裂改造后期评价时间周期跨度长、井下工具安全要求和成本高、有效数据采集和分析困难、评价结果与实产匹配度不高，以及不能满足同时定量分析油、气、水三相返排于各层段的产量贡献的难点，亟需提出一种利用环保型示踪剂测试水平井各段油气水剖面的方法，同时通过该化学示踪压后评价方法，方便、快捷、安全、准确地定量分析出水平井各层段油-气两相、气-水两相或油-气-水三相产出剖面测试结果，以便加深对水平井储层与改造效果间关系的认识，方便后续工作中优化相关工艺参数(压裂规模、射孔参数、转向情况等)，促进对储层地质条件的再认识和再评估(层位可压性、水平井轨迹特征)，加强后期水平井钻井、射孔、措施改造的针对性，进一步完善地质工程、压裂工程、试油(气)工程等开发方案，以达到最优化油气藏改造措施效果和经济效益的目的。
发明内容
为了解决上述的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种利用环保型示踪剂测试水平井各段油气水剖面的方法。
本发明的目的还在于提供一种利用环保型示踪剂测试水平井各段油气水剖面的系统。
为达到上述目的，本发明提供一种利用环保型示踪剂测试水平井各段油气水剖面的方法，其包括以下步骤：
(1)根据包括油气藏类型、压裂液类型、测试段数在内的信息，确定化学示踪剂的种类和组合；
其中，所述化学示踪剂的组合包括油溶性示踪剂和水溶性示踪剂的组合、气溶性示踪剂和水溶性示踪剂的组合，及油溶性示踪剂、气溶性示踪剂和水溶性示踪剂的组合；且每段只能使用一种油溶性示踪剂、气溶性示踪剂或水溶性示踪剂，每种油溶性示踪剂、气溶性示踪剂及水溶性示踪剂不能在同一口水平井中重复使用；
(2)根据目标井邻井单井或单段油-气-水产量(包括油-气-水产量、油-水产量、气-水产量)、设计压裂施工参数与邻井压裂液返排率、水平井单段储层有效泄油体积、有效示踪物质的最低检测浓度、示踪剂产品使用安全系数，及包括储层自身孔隙度、含油-气饱和度、原油体积系数和天然气压缩因子在内的参数，确定各段所用化学示踪剂的设计用量、注入时机和注入流速；
(3)根据施工现场的实际条件，分别规划出施工过程中需要放置化学示踪剂的安全区域，并确定测试所用示踪剂注入设备且在施工前确认布置完成现场作业设备连接流程；
(4)现场压裂施工时，根据设计泵注程序完成施工段所需相应化学示踪剂的注入作业；
(5)在整口水平井压裂施工结束后，按照设计取样时间及频率实施连续的示踪剂测试取样作业，并在完成所有取样后及时对样品进行检测；
(6)对所有样品进行室内定量和定性检测分析，测量在返排、生产期间的每种油样、水样或气样样品中所含化学示踪剂的种类、含量，并根据每种化学示踪剂的含量确定某一特定取样时间点内，水平井各个层段在生产状态下的产油量、产水量或产气量，再经过对比获取每个层段的产出贡献率情况，从而绘制出水平井压裂各个层段在取样周期内的产出剖面图或贡献比例图。
根据本发明具体实施方案，在所述方法中，步骤(1)中根据包括油气藏类型、压裂液类型、测试段数在内的信息，确定化学示踪剂的种类和组合为本领域常规技术手段，具体而言，所述化学示踪剂为适用于目标井储层温度、压力条件下，与压裂液和储层配伍性良好，且性能稳定的化学示踪剂类型；同时根据油气藏类型(旨在确定化学示踪剂使用组合)可以确定产出的液体类型(油、气或水)，若产出的是油和水，相应确定化学示踪剂只需要使用油溶性示踪剂(油剂)和水溶性示踪剂(水剂)的组合；若确定产出的是气和水，相应确定化学示踪剂只需要使用气溶性示踪剂(气剂)和水溶性示踪剂(水剂)；若产出的是油、气和水，相应确定化学示踪剂需要使用油溶性示踪剂(油剂)、气溶性示踪剂(气剂)和水溶性示踪剂(水剂)的组合；并且本发明还需要根据测试施工段数确定化学示踪剂的种类和组合，例如：在本发明具体实施方式中，某井需要测试施工5段，且所使用的化学示踪剂为油剂和水剂的组合，则本次施工过程中共计需要使用5种油剂和5种水剂，每次测试时选用1种油剂和1种水剂并将两种试剂泵入某段施工目的层；
此外，本发明所用各化学示踪剂可随各段压裂液(或酸液)注入地层，用于定量评价每段的压裂液(或酸液)的返排贡献(水剂)、产油(油剂)及产气(气剂)贡献，从而获得改造后返排测试阶段、生产初期及中长期的持续产出剖面；
此外，本发明中所涉及的化学示踪剂能够实现产水、产油、产气三相示踪检测，其中，油剂有48种，水剂有58种，气剂有25种，该化学示踪剂对地层的吸附、细菌的蚕食均极小，能够实现定量评价，且评价误差小，无地层污染，其成分物质非常惰性，不与任何物质发生化学反应，但是与目标介质物理亲和，具有PPB甚至PPT级的痕量示踪能力，具有稳定的饱和度，水剂只与水亲和，油剂(疏水)只与油亲和、气剂(疏水)只与天然气亲和，且气剂在地层温度下雾化，与天然气融合且均具有抗酸抗碱能力，亦具备安全环保性能要求，即无毒、无放射性，属于非危化学品。同时，该化学示踪剂还能够满足油、气、水三相数十段同步示踪检测的要求。其中，所用油溶性示踪剂、气溶性示踪剂和水溶性示踪剂均为本领域常规物质，本领域技术人员可以根据作业需要合理选择合适的油溶性示踪剂、气溶性示踪剂和水溶性示踪剂，只要保证可以实现本发明的目的即可。在本发明具体实施方式中，所用示踪剂包括芳香族化合物、环烷烃化合物，脂肪族化合物或醇类化合物。
其基本原理在于：本发明所用独特的非放射性的化学示踪剂在压裂液前段加入至每段压裂液中；当每段中碳氢化合物产生时，该碳氢化合物会携带此段独有的示踪剂一起返回至表面；在井口进行取样并分析每一种示踪剂；通过分析每种示踪剂的返回的量可鉴别出每段的产量所占的比例。
根据本发明具体实施方案，在所述的方法中，优选地，所述油溶性示踪剂的用量Qoj按照如下式(1)计算得到：
式(1)中，ERlomax为目标井邻井原油最大采收率，％；R为预测水平井单段改造储层单翼裂缝长度，m；H为有效储层厚度，m；L为水平井单段段长，m；So为目标储层含油饱和度，％；B0为原油体积系数，m3/sm3；MDCoj为试验条件下，有效示踪油剂的最低检测浓度，ppt；为油剂使用安全系数，无量纲；Qlo为目标井邻井单井或单段最高产油量，m3/day；Day为目标井要求示踪检测天数，day；
其中，当Qlo为目标井邻井单井最高产油量时，油剂使用安全系数为0-10；当Qlo为目标井邻井单段最高产油量时，油剂使用安全系数为10-20；
根据本发明具体实施方案，在所述的方法中，优选地，所述油剂用量Qoj的值按照施工经验取值，且靠近式(1)右侧计算结果。其中，所述按照施工经验取值，且靠近式(1)右侧计算结果是指在保证压后返排取样期间所有样品达到有效示踪剂检测的最低检测浓度水平的基础上，尽可能选择靠近公式右侧计算结果的值，以便节省使用示踪剂成本；并且，此时还可以保证在室内试验条件下的限定检测时间段内，准确检测出每天所取样品内示踪剂的含量。
根据本发明具体实施方案，在所述的方法中，优选地，所述水溶性示踪剂的用量Qwj按照如下式(2)计算得到：
式(2)中，FBR为压裂液返排率，％；Vd为设计压裂施工液体规模，m3；MDCwj为试验条件下，有效示踪水剂的最低检测浓度，ppt；为水剂使用安全系数，无量纲；Qlw为目标井邻井单井或单段最高产水量，m3/day；Day为目标井要求示踪检测天数，day；
其中，当Qlw为目标井邻井单井最高产水量时，水剂使用安全系数为0-10；当Qlw为目标井邻井单段最高产水量时，油剂使用安全系数为10-20；
根据本发明具体实施方案，在所述的方法中，优选地，水剂用量Qwj的值按照施工经验取值，且靠近式(2)右侧计算结果。其中，所述按照施工经验取值，且靠近式(2)右侧计算结果是指在保证压后返排取样期间所有样品达到有效示踪剂检测的最低检测浓度水平的基础上，尽可能选择靠近式(2)右侧计算结果的值，以便节省使用示踪剂成本；并且，此时还可以保证在室内试验条件下的限定检测时间段内，准确检测出每天所取样品内示踪剂的含量。
根据本发明具体实施方案，在所述的方法中，优选地，所述气溶性示踪剂的用量按照如下式(3)计算得到：
式(3)中，ERlgmax为目标井邻井天然气最大采收率，％；R为预测水平井单段改造储层单翼裂缝长度，m；H为有效储层厚度，m；L为水平井单段段长，m；Sg为目标储层含气饱和度，％；Zg为天然气压缩因子；MDCgj为试验条件下，有效示踪气剂的最低检测浓度，ppt；为气剂使用安全系数，无量纲；Qlg为目标井邻井单井或单段最高产气量，m3/day；Day为目标井要求示踪检测天数，day；
其中，当Qlg为目标井邻井单井最高产气量时，气剂使用安全系数为0-10；当Qlg为目标井邻井单段最高产气量时，气剂使用安全系数为10-20；
根据本发明具体实施方案，在所述的方法中，优选地，气剂用量的值按照施工经验取值，且靠近式(3)右侧计算结果。其中，所述按照施工经验取值，且靠近式(3)右侧计算结果是指在保证压后返排取样期间所有样品达到有效示踪剂检测的最低检测浓度水平的基础上，尽可能选择靠近式(3)右侧计算结果的值，以便节省使用示踪剂成本；并且，此时还可以保证在室内试验条件下的限定检测时间段内，准确检测出每天所取样品内示踪剂的含量。
根据本发明具体实施方案，在所述的方法中，优选地，所述注入时机是指：
当所述油剂、气剂主要应用在前置液阶段时，即在压力窗口充足，能够顺利提排量，并将施工排量稳定在8.0-9.0m3/min及其以上时，进行油剂、气剂的注入作业，以保证压裂液将油剂、气剂挤向井筒远端；
所述水剂则是全程注入。以此注入时机可以保证压裂液将油剂、气剂挤向井筒远端，使得示踪剂能够充分标记改造区域内的油、气、水组分。
根据本发明具体实施方案，在所述的方法中，优选地，所述注入流速按照如下式(4)计算得到：
vj＝(Qj/Qf)*vf 式(4)；
当所述化学示踪剂为油剂、气剂时，式(4)中，Qf表示在排量稳定后的前置液阶段所用压裂液的量，Qj表示水平井设计当量段的油剂或气剂的用量，vf表示前置液阶段排量稳定后的施工排量；此时，若该施工排量有波动，则油剂、气剂的泵送速度随其相应波动，而当量段的总注入量不变，泵送完该段设计用量即可结束油剂或气剂注入作业；
当所述化学示踪剂为水剂时，式(4)中，若在达到顶替阶段时，施工压裂液量未超出设计用量时，Qf表示施工排量稳定后至顶替阶段前压裂施工所用设计压裂液的量，Qj表示水平井设计当量段的水剂的用量，vf表示开始注入水剂后的压裂施工排量。此时，若该施工排量值有波动，那么水剂的泵送速度也随之波动，以确保达到顶替阶段时完成设计水剂用量的注入；若在施工过程中预测到施工压裂液量将超出设计用量，在达到顶替阶段前主体压裂施工尚未结束，需要继续施工时，需要适当降低水剂的泵入速度，确保达到顶替阶段前完成设计水剂用量的注入即可。
其中，式(1)-式(4)中的“*”代表乘号。
根据本发明具体实施方案，在所述的方法中采用计量泵将示踪剂泵入流程。
根据本发明具体实施方案，在所述的方法中，优选地，步骤(3)中所述施工现场的实际条件包括施工现场地面设备的布置情况及施工现场地面各类管线的连接情况；
根据本发明具体实施方案，在所述的方法中，优选地，所用示踪剂注入设备包括油剂和/或气剂注入设备，水剂注入设备；所述布置完成现场作业设备连接流程包括：
油剂或水剂注入设备，其包括油剂储罐或水剂储罐、油剂或水剂计量泵(用于注液和计量)及软管线，该油剂储罐或水剂储罐分别通过软管线经由油剂或水剂计量泵与混砂车搅拌罐罐口相连，固定好后测试设备运转是否正常；
气剂注入设备，其包括气剂储罐、气剂计量泵、硬管线、控制阀门、转换接头及低压管汇；该气剂储罐通过硬管线经由气剂计量泵(用于注气和计量)与控制阀门相连，该转换接头具有三个接口，其分别与混砂车供液出口端管线、低压软管线及控制阀门相连；气剂注入设备连接后，进行泄漏测试，监测是否存在泄漏情况；
更优选地，所述控制阀门为单流阀；
还更优选地，所述转换接头为一备一用。
其中，所用控制阀门为一种单流阀，流体只能从硬管线流向低压管汇中。
需要注意的是：若以上任意条件不满足现场要求，必须重新设置、安装，直至检验合格。若现场压裂流程有修改或调整，示踪剂注入流程也应相应调整，根据井况及压裂设计制定新的测试作业流程。
根据本发明具体实施方案，在所述的方法中，优选地，当所述化学示踪剂的组合包括油溶性示踪剂、气溶性示踪剂及水溶性示踪剂的组合时，该化学示踪剂组合的注入作业包括以下具体步骤(见图3所示)：
1)前置液阶段：在压裂施工前开启气剂注入设备上的控制阀门，在压力窗口允许的情况下，在施工前期快速建立施工排量不低于8.0-9.0m3/min，再按照设计要求启动油剂、水剂及气剂计量泵，设置匹配的泵注流速，确保在前置液阶段结束时，完成油剂及气剂注入作业，并继续水剂注入作业；
2)携砂液阶段：继续按照当前施工排量匹配水剂流速进行水剂注入作业，同时进行携砂作业，确保在携砂液阶段结束时，完成全部水剂注入；
还更优选地，若在施工过程中预测施工压裂液量将超出设计用量时，该阶段的施工后期必须适当降低水剂的泵入流速，以确保达到顶替阶段前完成设计水剂用量的注入；
3)顶替液阶段：使用压裂液进行顶替，确保全部支撑剂和示踪剂顺利进入地层，并清理井筒为下段施工做准备，施工结束，并且每段示踪剂注入后，需要清洗泵及管线中剩余的示踪剂，关闭转换接头上的控制阀门。
根据本发明具体实施方案，在所述方法中，若前置液阶段设计施工压裂液量较为充分，可在该阶段中适量尝试加砂作业(较低砂比或浓度的加砂作业)。其中，所述前置液阶段设计施工压裂液量较为充分是指前置液阶段施工时，压力窗口允许，并迅速顺利提升排量，并稳定至8.0-9.0m3/min，但此时按照设计的要求，前置液的消耗量尚未达到设计前置液量，且剩余较多，则可尝试加砂作业，此时能够尽量提高该段压裂的铺砂程度。
所述适量是本领域技术人员根据现场作业的施工压力与排量、施工段地质条件等因素常规确定的。
在压裂过程中，示踪剂注入工作人员应时刻观察、记录示踪剂注入泵的排量、注示踪剂的计量、开始时间及完成时间，并根据压裂现场情况记录、调整示踪剂注入泵排量，实现实时调整示踪剂注入排量的大小；时刻注意压裂步骤，以免错过示踪剂注入时间，为了保证示踪剂工作人员在最佳时间注入示踪剂，压裂步骤如有改变需立刻通知至相关人员；注入时应注意观察管线是否有泄漏。
在施工过程中如发生化学示踪剂泄露，应按下列要求做紧急处理：如管线接口处发生局部泄漏，操作人员应立即使用清水进行处理后对接口处进行紧固；如注入管线(软管线、硬管线)发生堵塞或破损，导致示踪剂无法注入至压裂低压管线，则应立即停止注入，更换新的注入管线；事故处理结束后，必须分析事故发生的原因，从中吸取经验教训，采取措施防止类似事故重复发生。
除此以外，对于以上示踪剂注入作业流程还应严格遵守以下操作要求：所使用示踪剂必须具备相应MSDS(Material Safety Data Sheet)证明文件；示踪剂注入工作人员具备H2S防护培训证、HSE培训证及井控证；由于作业过程中涉及高压作业及化学品作业，压前必须进行现场安全分析(JSA)。
根据本发明具体实施方案，在所述的方法中，优选地，所述取样具体包括如下步骤：
油样采集开始于见油，取样点在分离器之后，取样量不小于50mL，所述油样使用普通药剂瓶密封封装；
气样采集开始于见气，取样点在分离器之后，取样量不小于300mL，所述气样使用特制高压钢瓶封装，该钢瓶的承压能力不小于5MPa，并要求取样时分离器压力表显示数值不能超过2.5MPa，达到该值即可结束取样；
水样采集从返排开始，取样点在分离器之后或在返排池的返排液出口处；取样量不小于50mL，所述水样使用普通药剂瓶密封封装；
更优选地，在返排、试采过程中，若返排水出现停止返排的情况，或井场需要其他施工而被迫停止返排、产气与产液时，采样也需要停止，并记录采样终止时间和产量，待水或气复采时，再开始继续采样。
根据本发明具体实施方案，在所述的方法中，具体地，假设取样时间为30天，取样步骤具体可安排如下：
油样采集开始于见油，取样点在分离器之后；其中，前10天的采样频率为12小时/次，后20天的采样频率为24小时/次；取样量不小于50mL，所述油样使用普通药剂瓶密封封装。
气样采集开始于见气，取样点在分离器之后；前10天采样频率为12小时/次，后20天的采样频率为24小时/次；取样量不小于300mL，所述气样使用特制高压钢瓶封装，该钢瓶的承压能力不小于5MPa，并要求取样时分离器压力表显示数值不能超过2.5MPa，达到该值即可结束取样；
水样采集从返排开始，取样点在分离器之后或在返排池的返排液出口处；前10天采样频率为12小时/次，后20天采样频率为24小时/次；取样量不小于50mL，所述水样使用普通药剂瓶密封封装；
在返排、试采过程中，若返排水出现停止返排的情况，或井场需要其他施工而被迫停止返排、产气与产液时，采样也需要停止，并记录采样终止时间和产量，待水或气复采时，再开始继续采样。
根据本发明具体实施方案，在所述的方法中，步骤(6)中可以利用东方宝麟科技发展(北京)有限公司所配套先进实验室中的超灵敏的现代色谱仪等高精度检测设备，在室内对所有样品进行室内定量和定性检测分析。
根据本发明具体实施方案，在所述方法步骤(6)中经过对比获取每个层段的产出贡献率情况为本领域常规技术手段。
本发明还提供了一种利用环保型示踪剂测试水平井各段油气水剖面的系统，其包括：油剂和/或气剂注入设备，水剂注入设备；其中，所述油剂注入设备包括油剂储罐、油剂计量泵及软管线，该油剂储罐通过软管线经由油剂计量泵与混砂车搅拌罐罐口相连，固定好后测试设备运转是否正常；
所述水剂注入设备包括水剂储罐、水剂计量泵及软管线，该水剂储罐通过软管线经由水剂计量泵与混砂车搅拌罐罐口相连，固定好后测试设备运转是否正常；
所述气剂注入设备包括气剂储罐、气剂计量泵、硬管线、控制阀门、转换接头及低压管汇；该气剂储罐通过硬管线经由气剂计量泵与控制阀门相连，所述转换接头具有三个接口，其分别与混砂车供液出口端管线、低压软管线及控制阀门相连；气剂注入设备连接后，进行泄漏测试，监测是否存在泄漏情况。
根据本发明具体实施方案，在所述系统中，优选地，所述控制阀门为单流阀。
根据本发明具体实施方案，在所述系统中，优选地，所述转换接头为一备一用。
根据本发明具体实施方案，当测试所用化学示踪剂的组合为油溶性示踪剂和水溶性示踪剂的组合时，本领域技术人员知晓所述系统仅包含油剂注入设备和水剂注入设备；当测试所用化学示踪剂的组合为气溶性示踪剂和水溶性示踪剂的组合时，本领域技术人员知晓所述系统仅包含气剂注入设备和水剂注入设备；当测试所用化学示踪剂的组合为油溶性示踪剂、气溶性示踪剂和水溶性示踪剂的组合时，本领域技术人员知晓所述系统包含油剂注入设备、气剂注入设备和水剂注入设备。
本发明的目的在于解决水平井压裂改造后期评价时间周期跨度长、井下工具安全要求和成本高、有效数据采集和分析困难、评价结果与实产匹配度不高，以及不能满足同时定量分析油、气、水三相返排于各层段的产量贡献的难点，提出一种利用环保型示踪剂测试水平井各段油气水剖面的方法，该方法能够良好适用于水平井压裂过程，从而根据其测定结果准确评价分段压裂改造后各段的压裂效果，明确各段产出油、气、水贡献情况，完整刻画水平井各段油、气、水的产出剖面，并阐明压裂施工前判断使用产品种类与用量的方法，压裂施工过程中设备连接流程、注入流程及操作要求，压裂施工后返排、生产时取样要求和方法，以及实验阶段室内分析和结果评价等；此外，该方法还能够方便、快捷、安全、准确地定量分析出水平井各层段油-气两相、气-水两相或油-气-水三相产出剖面测试结果，是一种原理可靠、操作简单的录取各层段返排贡献、产油或产气贡献的新型生产测井技术，其技术优势在于：现场操作简单方便，无明显HSE风险，安全环保准确；对井况无特殊要求，随压裂液进入测试层段；与压裂液、酸液等均配伍，不发生任何化学反应；测试数据连续可靠，能够反映一段时间内的产出剖面的变化趋势；不涉及井下工具，不占用井口，不会改变井筒结构和流态，基本上能够反映真实的产出贡献情况，结合地质工程的分析更有意义；能够准确判断相邻段之间是否压窜，对优化段长和段间距有一定意义；气剂和水剂可以实现同时注入，对于井间距、段间距以及井网的部署有重要意义；气样和水样检测目前可以在国内完成，基本能够实现取样后的及时分析；能够实现痕量检测，保证了测试精度和周期，让该技术更有竞争力。示踪剂测试可提供类似于生产测井工具所能提供的数据，但无需高昂的费用；根据生产信息及示踪剂分析数据，可获得每段的产量信息，并且能提供30以上天的生产信息。
在压后评价阶段，可利用本发明通过准确、定量分析获得的水平井各层段产出剖面测试结果，并结合微地震显示成果、压裂施工统计数据等，对水平井压裂改造效果进行综合性评估，从而加深对水平井储层与改造效果间关系的认识，方便在后续工作中优化压裂规模、射孔参数、转向情况等相关工艺参数，促进对储层层位可压性、水平井轨迹特征等地质条件的再认识和再评估，加强后期水平井钻井、射孔、措施改造的针对性，进一步完善地质工程、压裂工程、试油(气)工程等开发方案，达到最优化油气藏改造措施效果和经济效益的目的。
附图说明
图1为本发明实施例所提供测试水平井各段油气水产出剖面的方法的工艺流程图；
图2为本发明实施例所提供的注入系统的示意图；
图3为本发明实施例中，压裂施工需要示踪监测油、气、水三相流体时，油剂、气剂及水剂一次泵注流程示意图；
图4为本发明实施例中某井区XX-4井测试施工20段的静态产出剖面图；
图5为本发明实施例中某井区XX-4井测试施工20段的动态产出剖面图。
图2中主要附图标号说明：
1、油剂储罐；
2、水剂储罐；
3、气剂储罐；
4、油剂计量泵；
5、水剂计量泵；
6、气剂计量泵；
7、搅拌罐；
8、压裂车组；
9、井口；
10、混砂车；
11、压裂液罐；
12、砂罐；
13、转换接头；
14、控制阀门。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施例对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种利用环保型示踪剂测试水平井各段油气水剖面的系统，其结构示意图如图2所示，从图2中可以看出其包括：油剂和/或气剂注入设备，水剂注入设备；
其中，所述油剂注入设备包括油剂储罐1、油剂计量泵4及软管线，该油剂储罐1通过软管线经由油剂计量泵4与混砂车10搅拌罐7罐口相连，固定好后测试设备运转是否正常；
所述水剂注入设备包括水剂储罐2、水剂计量泵5及软管线，该水剂储罐2通过软管线经由水剂计量泵5与混砂车10搅拌罐7罐口相连，固定好后测试设备运转是否正常；
所述气剂注入设备包括气剂储罐3、气剂计量泵6、硬管线、控制阀门14、转换接头13及低压管汇；该气剂储罐3通过硬管线经由气剂计量泵6与控制阀门14相连，所述转换接头13具有三个接口，其分别与混砂车10供液出口端管线、低压软管线及控制阀门14相连；气剂注入设备连接后，进行泄漏测试，监测是否存在泄漏情况；
所述低压软管线与压裂车组8的入口相连，该压裂车组8的出口通过高压管线与井口9相连；
所述控制阀门14为单流阀；
所述转换接头13为一备一用。
实施例2
本实施例提供了一种利用环保型示踪剂测试水平井各段油气水剖面的方法，该工艺流程图如图1所示，从图1中可以看出该方法包括以下步骤：
一、实施步骤：
步骤(1)、根据目标井所隶属油气藏类型、储层温度和压力等条件，设计使用压裂液类型以及设计测试段数等，优选本发明中所提及的与压裂液和储层的配伍性良好，且性能稳定的化学示踪剂，确定化学示踪剂种类和组合。
以某水平井为例，用于开发非常规页岩气藏，设计压裂施工所用体系为滑溜水和胶液压裂液体系，预计施工段数为20段。由于本发明中所涉及环保型化学示踪剂满足该气藏地质条件要求，能够提供足够测试次数，且该化学示踪剂与所用压裂液体系相配伍，故可优选确定示踪剂组合为“气剂+水剂”，其中需要气剂和水剂各20种(本实施例中所用气剂和水剂均为本领域使用的常规物质)。此时，测试所用系统仅需气剂注入设备和水剂注入设备。
步骤(2)、根据邻井单井或单段产出、邻井压裂液返排率，目标井设计压裂施工规模和施工排量，水平井单段储层有效泄油体积和储层物性参数、有效示踪物资的最低检测浓度以及示踪剂产品使用安全系数，利用计算公式(1)-(3)确定各段每种示踪剂的用量，并根据压裂施工泵注程序确定注入时机和注入流速。
步骤(3)、根据施工现场的实际条件，按照压裂方案设计要求将施工段所需油剂、水剂或气剂准备到位至安全区域待用；将油剂或水剂容器和油剂或水剂计量泵通过软管线连接到混砂车搅拌罐罐口，固定好后测试设备运转是否正常；通过转换接头的三个接口分别连接混砂车供液出口端管线、低压软管线、控制阀门，控制阀门另一端与硬管线连接，计量泵和气剂容器与硬管线另一端连接，泄漏测试是否存在泄漏情况；该注入系统示意图如图2所示；
若以上任意条件不满足现场要求，必须重新设置、安装，直至检验合格；若现场压裂流程有修改或调整，示踪剂注入流程也应相应调整，根据井况及压裂设计制定新的测试作业流程。
步骤(4)、根据设计泵注程序实施示踪剂注入作业，并在压裂施工前开启气剂注入设备上的控制阀门；在压力窗口允许的情况下，前置液阶段前期快速建立施工排量至8.0-9.0m3/min，启动油剂、水剂或气剂计量泵，设置匹配的泵注流速，在前置液阶段结束时完成油剂或气剂注入作业；在携砂液阶段继续水剂注入作业，同时进行携砂作业，在砂液阶段结束时完成全部水剂注入；使用压裂液进行顶替，确保全部支撑剂和示踪剂顺利进入地层，并清理井筒为下段施工做准备，施工结束，并每段示踪剂注入后，清洗泵及管线的剩余示踪剂，关闭转换接头上的控制阀门。
在压裂过程中，示踪剂注入工作人员应时刻观察、记录示踪剂注入泵的排量、注示踪剂的计量、开始时间及完成时间，并根据压裂现场情况记录、调整示踪剂注入泵排量，实现实时调整示踪剂注入排量的大小；时刻注意压裂步骤，以免错过示踪剂注入时间，为了保证示踪剂工作人员在最佳时间注入示踪剂，压裂步骤如有改变需立刻通知至相关人员；注入时应注意观察管线是否有泄漏。
步骤(5)、通常取样时间设计为30天：1)油样采集开始于见油，取样点在分离器之后；前10天采用12小时/次取样方法，后20天采用24小时/次取样方法；取样量不小于50mL，使用普通药剂瓶密封封装即可。
2)气样采集开始于见气，取样点在分离器之后；前10天采用12小时/次取样方法，后20天采用24小时/次取样方法；取样量不小于300mL，使用特制高压钢瓶，其承压能力不小于5MPa，并要求取样时分离器压力表显示数值不能超过2.5MPa，达到该值即可结束取样。
3)水样采集从返排开始，取样点在分离器之后或返排池的返排液出口处；前10天采用12小时/次取样方法，后20天采用24小时/次取样方法；取样量不小于50mL，使用普通药剂瓶密封封装即可。
在返排、试采过程中，若返排水出现停止返排的情况，或井场需要其他施工而被迫停止返排、产气与产液时，采样也需要停止，并记录采样终止时间和产量，待水或气复采时，再开始继续采样。
步骤(6)、利用东方宝麟科技发展(北京)有限公司所配套先进实验室中的超灵敏的现代色谱仪等高精度检测设备(本领域现有设备)，在室内对所有样品进行室内定量和定性检测分析，测量在返排、生产期间的每种油样、水样或气样样品中，所含化学示踪剂的种类、含量，并根据每种化学示踪剂的、含量，确定某一特定取样时间点内，水平井各个层段在生产状态下的产油量、产水量或产气量，经过对比获取每个层段的产出贡献率情况，从而绘制出水平井压裂各个层段在取样周期内的产出剖面图或贡献比例图。
二、具体案例：
以某井区XX-4井为例，共测试施工20段，采样区间为30天。由静态产出剖面(见图4)分析可知，采样期间主力产气段为2、14、17、18、19、20段，气体产量分别为14.9％，11.6％，13.8％，11.3％，14.9％，14.1％，合计为80.6％；中等产气段为3、6、9、12、13、15、16段，产气量分别为5.1％，1.8％，2.3％，1.5％，1.7％，3.0％，3.2％，合计为18.6％；低产气段为5、7、8、11段，产气量分别为0.1％，0.1％，0.4％，0.2％，合计为1.8％；不产气段为1、4、10，产出占比为0％。结合动态产气剖面(见图5)做综合分析评价，评价结果表明1-5、7-8、11-14、17、19-20段位于同一层位，由测试结果显示其中2、14、17、19-20段高产，3、12-13段中产，其他段低产，该层位总体产气贡献为78.4％，平均每段产出贡献为5.6％，为总体主力贡献层位；6、9-10、15-16、18段位于另一相邻层位，由测试结果显示其中18段高产，10段不产段，其他段为中产段，该层位总体产气贡献仅为21.6％，平均每段产气贡献为3.6％，为总体中等贡献层位。
以上实施例仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明保护范围的限制，并且与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种测试水平井各段油气水剖面的方法，其包括以下步骤：
(1)根据包括油气藏类型、压裂液类型、测试段数在内的信息，确定化学示踪剂的种类和组合；
其中，所述化学示踪剂的组合包括油溶性示踪剂和水溶性示踪剂的组合、气溶性示踪剂和水溶性示踪剂的组合，及油溶性示踪剂、气溶性示踪剂和水溶性示踪剂的组合；且每段只能使用一种油溶性示踪剂、气溶性示踪剂或水溶性示踪剂，每种油溶性示踪剂、气溶性示踪剂及水溶性示踪剂不能在同一口水平井中重复使用；
(2)根据目标井邻井单井或单段油-气-水产量、设计压裂施工参数与邻井压裂液返排率、水平井单段储层有效泄油体积、有效示踪物质的最低检测浓度、示踪剂产品使用安全系数，及包括储层自身孔隙度、含油-气饱和度、原油体积系数和天然气压缩因子在内的参数，确定各段所用化学示踪剂的设计用量、注入时机和注入流速；
(3)根据施工现场的实际条件，分别规划出施工过程中需要放置化学示踪剂的安全区域，并确定测试所用示踪剂注入设备且在施工前确认布置完成现场作业设备连接流程；
优选地，所述施工现场的实际条件包括施工现场地面设备的布置情况及施工现场地面各类管线的连接情况；
(4)现场压裂施工时，根据设计泵注程序完成施工段所需相应化学示踪剂的注入作业；
(5)在整口水平井压裂施工结束后，按照设计取样时间及频率实施连续的示踪剂测试取样作业，并在完成所有取样后及时对样品进行检测；
(6)对所有样品进行室内定量和定性检测分析，测量在返排、生产期间的每种油样、水样或气样样品中所含化学示踪剂的种类、含量，并根据每种化学示踪剂的含量确定某一特定取样时间点内，油气藏水平井各个层段在生产状态下的产油量、产水量或产气量，再经过对比获取每个层段的产出贡献率情况，从而绘制出油气藏水平井压裂各个层段在取样周期内的产出剖面图或贡献比例图。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述油溶性示踪剂的用量Qoj按照如下式(1)计算得到：
式(1)中，ERlomax为目标井邻井原油最大采收率，％；R为预测水平井单段改造储层单翼裂缝长度，m；H为有效储层厚度，m；L为水平井单段段长，m；So为目标储层含油饱和度，％；B0为原油体积系数，m3/sm3；MDCoj为试验条件下，有效示踪油剂的最低检测浓度，ppt；为油剂使用安全系数，无量纲；Qlo为目标井邻井单井或单段最高产油量，m3/day；Day为目标井要求示踪检测天数，day；
其中，当Qlo为目标井邻井单井最高产油量时，油剂使用安全系数为0-10；当Qlo为目标井邻井单段最高产油量时，油剂使用安全系数为10-20；
优选地，所述油剂用量Qoj的值按照施工经验取值，且靠近式(1)右侧计算结果。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水溶性示踪剂的用量Qwj按照如下式(2)计算得到：
式(2)中，FBR为压裂液返排率，％；Vd为设计压裂施工液体规模，m3；MDCwj为试验条件下，有效示踪水剂的最低检测浓度，ppt；为水剂使用安全系数，无量纲；Qlw为目标井邻井单井或单段最高产水量，m3/day；Day为目标井要求示踪检测天数，day；
其中，当Qlw为目标井邻井单井最高产水量时，水剂使用安全系数为0-10；当Qlw为目标井邻井单段最高产水量时，油剂使用安全系数为10-20；
优选地，水剂用量Qwj的值按照施工经验取值，且靠近式(2)右侧计算结果。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气溶性示踪剂的用量按照如下式(3)计算得到：
式(3)中，ERlgmax为目标井邻井天然气最大采收率，％；R为预测水平井单段改造储层单翼裂缝长度，m；H为有效储层厚度，m；L为水平井单段段长，m；Sg为目标储层含气饱和度，％；Zg为天然气压缩因子；MDCgj为试验条件下，有效示踪气剂的最低检测浓度，ppt；为气剂使用安全系数，无量纲；Qlg为目标井邻井单井或单段最高产气量，m3/day；Day为目标井要求示踪检测天数，day；
其中，当Qlg为目标井邻井单井最高产气量时，气剂使用安全系数为0-10；当Qlg为目标井邻井单段最高产气量时，气剂使用安全系数为10-20；
优选地，气剂用量的值按照施工经验取值，且靠近式(3)右侧计算结果。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述注入时机是指：
当所述油剂、气剂主要应用在前置液阶段时，即在压力窗口充足，能够顺利提排量，并将施工排量稳定在8.0-9.0m3/min及其以上时，进行油剂、气剂的注入作业，以保证压裂液将油剂、气剂挤向井筒远端；
所述水剂则是全程注入。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述注入流速按照如下式(4)计算得到：
vj＝(Qj/Qf)*vf 式(4)；
当所述化学示踪剂为油剂、气剂时，式(4)中，Qf表示在排量稳定后的前置液阶段所用压裂液的量，Qj表示水平井设计当量段的油剂或气剂的用量，vf表示前置液阶段排量稳定后的施工排量；
当所述化学示踪剂为水剂时，式(4)中，若在达到顶替阶段时，施工压裂液量未超出设计用量时，Qf表示施工排量稳定后至顶替阶段前压裂施工所用设计压裂液的量，Qj表示水平井设计当量段的水剂的用量，vf表示开始注入水剂后的压裂施工排量。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所用示踪剂注入设备包括油剂和/或气剂注入设备，水剂注入设备；所述布置完成现场作业设备连接流程包括：
油剂或水剂注入设备，其包括油剂储罐或水剂储罐、油剂计量泵或水剂计量泵及软管线，该油剂储罐或水剂储罐分别通过软管线经由油剂计量泵或水剂计量泵与混砂车搅拌罐罐口相连，固定好后测试设备运转是否正常；
气剂注入设备，其包括气剂储罐、气剂计量泵、硬管线、控制阀门、转换接头及低压管汇；该气剂储罐通过硬管线经由气剂计量泵与控制阀门相连，该转换接头具有三个接口，其分别与混砂车供液出口端管线、低压软管线及控制阀门相连；气剂注入设备连接后，进行泄漏测试，监测是否存在泄漏情况；
优选地，所述控制阀门为单流阀；
还优选地，所述转换接头为一备一用。
8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，当所述化学示踪剂的组合包括油溶性示踪剂、气溶性示踪剂及水溶性示踪剂的组合时，该化学示踪剂组合的注入作业包括以下具体步骤：
1)前置液阶段：在压裂施工前开启气剂注入设备上的控制阀门，在压力窗口允许的情况下，在施工前期快速建立施工排量不低于8.0-9.0m3/min，再按照设计要求启动油剂计量泵、水剂计量泵及气剂计量泵，设置匹配的泵注流速，确保在前置液阶段结束时，完成油剂及气剂注入作业，并继续水剂注入作业；
优选地，若该阶段设计施工压裂液量较为充分，可在该阶段中适量尝试加砂作业；
2)携砂液阶段：继续按照当前施工排量匹配水剂流速进行水剂注入作业，同时进行携砂作业，确保在携砂液阶段结束时，完成全部水剂注入；
还优选地，若在施工过程中预测施工压裂液量将超出设计用量时，该阶段的施工后期必须适当降低水剂的泵入流速，以确保达到顶替阶段前完成设计水剂用量的注入；
3)顶替液阶段：使用压裂液进行顶替，确保全部支撑剂和示踪剂顺利进入地层，并清理井筒为下段施工做准备，施工结束，并且每段示踪剂注入后，需要清洗泵及管线中剩余的示踪剂，关闭转换接头上的控制阀门。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述取样具体包括如下步骤：
油样采集开始于见油，取样点在分离器之后，取样量不小于50mL，所述油样使用普通药剂瓶密封封装；
气样采集开始于见气，取样点在分离器之后，取样量不小于300mL，所述气样使用特制高压钢瓶封装，该钢瓶的承压能力不小于5MPa，并要求取样时分离器压力表显示数值不能超过2.5MPa，达到该值即可结束取样；
水样采集从返排开始，取样点在分离器之后或在返排池的返排液出口处；取样量不小于50mL，所述水样使用普通药剂瓶密封封装；
优选地，在返排、试采过程中，若返排水出现停止返排的情况，或井场需要其他施工而被迫停止返排、产气与产液时，采样也需要停止，并记录采样终止时间和产量，待水或气复采时，再开始继续采样。
10.一种测试水平井各段油气水剖面的系统，其包括：油剂和/或气剂注入设备，水剂注入设备；其中，所述油剂注入设备包括油剂储罐、油剂计量泵及软管线，该油剂储罐通过软管线经由油剂计量泵与混砂车搅拌罐罐口相连，固定好后测试设备运转是否正常；
所述水剂注入设备包括水剂储罐、水剂计量泵及软管线，该水剂储罐通过软管线经由水剂计量泵与混砂车搅拌罐罐口相连，固定好后测试设备运转是否正常；
所述气剂注入设备包括气剂储罐、气剂计量泵、硬管线、控制阀门、转换接头及低压管汇；该气剂储罐通过硬管线经由气剂计量泵与控制阀门相连，所述转换接头具有三个接口，其分别与混砂车供液出口端管线、低压软管线及控制阀门相连；气剂注入设备连接后，进行泄漏测试，监测是否存在泄漏情况；
优选地，所述控制阀门为单流阀；
还优选地，所述转换接头为一备一用。
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