一种利用两类微量元素示踪剂监测气井水平井压裂效果的方法与流程

本发明属于油气田开发，具体涉及一种利用两类微量元素示踪剂监测气井水平井压裂效果的方法。

背景技术：

1、近年来，非常规油气在我国油气总产量中所占比例越来越大，目前非常规油气开发需要借助水平井分段压裂、体积压裂等特殊方法才能获取有效经济产能。针对非常规油气水平井分段多簇大规模压裂改造后的效果评价是水平井开发方案优化，产量精细挖潜，提高最终采收率的重要保证。

2、目前水平井压裂监测常采用微地震监测与示踪剂监测技术。微地震监测能够监测裂缝缝长、缝宽、压裂几何形态及平面分布。微地震监测采用发射层析成像地下破裂点定位方法，将目标区域做网格划分，根据地层速度模型计算出每个网格到地面各站点的理论走时，再根据地面接受到的信号计算每个网格的成像值，确定地下三维空间的破裂形态，监测缝长、缝宽、压裂几何形态及平面分布，但其不能监测产液剖面，信噪比低，影响监测精度的因素较多。

3、压裂示踪剂监测技术是选择示踪物质作为示踪剂，在压裂过程中，不同层段加入不同种类示踪剂，压裂完成后，对压裂返排液进行密集取样，检测返排液中示踪剂的浓度，绘制示踪剂浓度随时间变化曲线，并计算各段产液量、产气量，从而分析裂缝形态，确定各段对产液量、产气量的贡献，明确压裂后井筒和井间的连通性。压裂示踪剂监测技术相比于微地震监测技术能够精确监测压裂各层段产液剖面情况，近些年在国内取得了一定的应用，具有广阔的发展前景。示踪剂种类主要包括化学类、示踪剂类、微量元素类，相对于无机盐、放射性同位素和稳定性同位素示踪剂，微量元素示踪剂具有明显优势：一是种类多，彼此无干扰，可以满足单井组、多个相邻井组或区块整体同步测试以及分层测试要求；二是微量元素示踪剂无毒、无放射性，无环境及安全隐患；三是微量元素具有优异的热稳定性和生物稳定性，满足长时间、大井距、高温等复杂油藏条件监测要求，而且用量少。

4、cn114483009a公开了一种示踪剂测试气井水平井产气剖面的方法，包括：步骤1，根据地质储层条件筛选示踪剂种类数量；步骤2，根据工程参数确定示踪剂用量及注入时机；步骤3，分段随压裂施工注入示踪剂；步骤4，根据取样制度分别取样检测确定各分段产气量；步骤5，根据产气量分析贡献及效果确定高产储层或优化方案。该方法中仅采用气溶性示踪剂进行测试评价，可评价气井各分段在生产过程中的产气量和产气贡献率，但对于分段压裂效果评价井，尤其是需要跟踪监测压裂返排效果的气井，则无法准确评价分段压裂裂缝形态、返排效果、主力层压裂是否成功等，无法给后续类似储层的压裂施工方案及参数优化提供依据。

5、综上所述，如何提供一种可实现长时间监测，同时能更精确地判断气井返排量与产气量的之间的联系，提高监测结果精确度的方法成为当前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用两类微量元素示踪剂监测气井水平井压裂效果的方法，所述方法优化了评价手段，同时采用两类微量元素示踪剂对气井水平井进行监测，更加精确的判定返排量与产气量间存在的联系，使监测结果更为准确，可在气井水平井压裂效果评价中得到广泛应用。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种利用两类微量元素示踪剂监测气井水平井压裂效果的方法，所述方法包括以下步骤：

4、(1)根基地质储层条件，针对每一层段，分别筛选出对应的水溶性示踪剂和气溶性示踪剂；

5、(2)根据工程参数分别确定水溶性示踪剂和气溶性示踪剂的用量；

6、(3)分层段随压裂施工注入对应的水溶性示踪剂和气溶性示踪剂；

7、(4)压裂后分别根据水溶性示踪剂取样制度和气溶性示踪剂取样制度进行取样检测，并分别绘制浓度变化曲线，从而对压裂效果进行评价。

8、本发明使用的示踪剂均为微量元素示踪剂。其中，水溶性示踪剂包括由镨、钕、钐、铕、钆、铥、镱或镥等微量元素配制的示踪剂溶液；气溶性示踪剂包括烃类与酯类或醇类合成的物质。

9、本发明通过在压裂过程中不同层段加入适宜的水溶性和气溶性两种示踪剂，在压裂完成后对压裂返排液以及气井产出气进行密集取样，检测返排液中示踪剂的浓度，绘制示踪剂浓度随时间变化曲线，运用示踪监测解释软件(本领域常用软件，这里不再赘述)拟合计算，并结合储层物性、生产动态进行综合分析并计算各段产液量、产气量，从而分析裂缝形态特征，准确评价水平井分段压裂效果；解决了气井水平井压裂后压裂液反排率低，各层段压裂液反排情况不清楚；压后气井产能低，各层段产能贡献率不清楚；压后出现母井产气量下降、产液量上升情况，井间干扰情况不清楚的问题，为后期压裂方案设计及油气田开发方案的制定和调整提供依据。

10、以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

11、作为本发明优选的技术方案，步骤(1)筛选所述水溶性示踪剂的规则包括：分别对目标井每一层段的地层水进行取样分析，选择本底浓度低的微量元素作为水溶性示踪剂。

12、本发明中，选择本底浓度较低的微量元素作为示踪剂，安全稳定，检出限浓度较低，避免了传统示踪剂普遍监测时间不长的问题。

13、作为本发明优选的技术方案，步骤(1)筛选所述气溶性示踪剂的规则包括：分别根据目标井每一层段的温度数据，选择对应的气溶性示踪剂。

14、作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述水溶性示踪剂用量的计算方法包括：

15、vpn＝v1+v2?????????????????????????式1

16、mn1＝vpn×ci×10-3?????????????????????式2

17、其中，mn1为第n层段水溶性示踪剂用量；vpn为第n层段压裂液体积，m3；v1为—前置液体积，m3；v2为携砂液体积，m3；ci为压裂液中的示踪剂质量浓度，mg/ml，根据经验取10-3kg/m3。

18、作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述气溶性示踪剂用量的计算方法包括：

19、mn2＝3.14×100×r2×mdl×φn×t/μ?????????式3

20、其中，mn2为第n层段气溶性示踪剂用量；φn为第n层段地层孔隙度；mdl为仪器最小检出限，ppb；r为最大产能半径，m；t为检测时间，d；μ为转换系数(一般取0.2)。

21、作为本发明优选的技术方案，步骤(3)中所述水溶性示踪剂伴随压裂液注入各层段，具体时机为：在前置液注入完毕后，开始注入水溶性示踪剂，在携砂液剩余两个井筒体积液量时，完成水溶性示踪剂的注入。

22、作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述水溶性示踪剂采用恒流泵伴随压裂液注入各层段，注入流量根据式4计算：

23、qih＝qici×10-3/c0?????????????式4

24、其中，qih为恒流泵流量，ml/min；qi为压裂液排量，m3/min；ci为压裂液中的示踪剂质量浓度，mg/ml；c0为水溶性示踪剂原液质量浓度，取0.1g/ml。

25、作为本发明优选的技术方案，步骤(3)中注入所述气溶性示踪剂的时机为：在各层段压裂液量的30％-50％间将气溶性示踪剂注入完毕。

26、本发明中，气溶性示踪剂的注入时机更优选地为在每层段总压裂液量的30％-50％时注入即可。

27、作为本发明优选的技术方案，步骤(4)中所述水溶性示踪剂取样制度包括：初期，2个/天；在水溶性示踪剂浓度递减到峰值的一半后，1个/天；待水溶性示踪剂浓度递减值峰值的10％后，1个/2-6天。

28、本发明中，在水溶性示踪剂浓度达到峰值再递减到峰值的一半之前均算作初期，即达到1个/天取样标准之前均采用2个/天的取样标准。

29、作为本发明优选的技术方案，步骤(4)中所述气溶性示踪剂取样制度包括：1-30天，1个/天；31-60天，2个/天。

30、本发明中，采用icp-ms法和光谱仪对水溶性示踪剂的浓度进行检测；采用气相色谱仪对气溶性示踪剂的浓度进行检测。

31、其中，水样的处理流程包括：预处理、消解处理、定容以及上机检测。

32、气样的处理流出包括：预处理，配制标样、萃取以及上机检测。

33、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

34、(1)本发明所述方法通过选择地层浓度低的微量物质作为示踪剂，在压裂施工时，利用恒流泵向地层的各层段中分别加入对应的水溶性和气溶性两类示踪剂，压裂完成后，对压裂返排液和气井产出气进行密集取样，对样品进行处理后，检测其中两类示踪剂的浓度，分别绘制两类示踪剂浓度随时间变化曲线，计算各段产液量、产气量，分析裂缝形态，并结合油藏地质情况等数据评价气井压裂效果、产液贡献率、产出顺序、各层段启动时间以及产气贡献率等；为后续的压裂设计，油田开发方案的制定和调整提供依据；

35、(2)本发明所述方法工艺简单，监测结果精确，解释方法更加专业合理，适于在气井水平井压裂效果评价中广泛应用。