關(guān)于地?zé)峄毓嘀惺聚櫾囼灥膸c(diǎn)思考

關(guān)于地?zé)峄毓嘀惺聚櫾囼灥膸c(diǎn)思考

作為中國第一個開展灌溉?；毓嗍堑?zé)崽锕芾碇凶顬閺?fù)雜的一項技術(shù),為探明熱儲層滲流場特征和注入流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)移特征、避免因回灌而引起熱儲流體的冷卻降溫即熱突破現(xiàn)象,需要進(jìn)行回灌試驗和示蹤連通試驗來全面監(jiān)測回灌綜合效應(yīng)。示蹤試驗在地?zé)峄毓嘌芯恐胁⒉怀Ｒ?但自上世紀(jì)60年代中期以來,油田井間示蹤技術(shù)在我國和其它許多國家的油藏開發(fā)動態(tài)測試中得到了長足的發(fā)展,是目前指導(dǎo)老油田開發(fā)中后期采油、認(rèn)識井間潛力、在高含水油田提高采收率、達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)目的較為成熟和不可或缺的油藏開發(fā)工程手段。雖然示蹤測試技術(shù)在地?zé)崽锟碧介_發(fā)工作中不如油田普及,但天津市二十多年的地?zé)峄毓嘌芯恐?曾在開采歷史較長、開發(fā)規(guī)模較大的王蘭莊和山嶺子地?zé)崽飪?nèi)選擇了四眼回灌井,先后進(jìn)行過兩次不同示蹤劑的回灌試驗,其中王蘭莊地?zé)崽锏腍X-25B井是唯一一眼參與了前后兩次連通試驗的回灌井。筆者以HX-25B井示蹤試驗為例,通過兩次測試數(shù)據(jù)分析對比,結(jié)合傳統(tǒng)抽水試驗結(jié)果,得出了一些認(rèn)識,整理成文,愿共商榷。1熱儲材料的配制要求地?zé)峄毓嘀械氖聚櫾囼炇窃诨毓嗑凶⑷胍欢▌┝康奶囟ㄊ聚檮?使之隨回灌流體一起進(jìn)入目的熱儲層,在觀測井中及時監(jiān)測示蹤劑產(chǎn)出情況,得到樣品中產(chǎn)出示蹤劑濃度隨時間的響應(yīng)曲線。通過示蹤劑產(chǎn)出計算及峰值特征分析,了解回灌流體的運(yùn)移空間、擴(kuò)散途徑、方向性流動趨勢和速度、波及方向和范圍等,探明采、灌井之間的連通關(guān)系和熱儲層非均質(zhì)特征。由于地?zé)豳Y源的特性和測試方法的局限,用于地?zé)峄毓嗟氖聚檮┍仨毥?jīng)過嚴(yán)格的靜態(tài)和動態(tài)性能評價,應(yīng)保證示蹤材料在熱儲層中的本底低、樣品中產(chǎn)出情況充分可識別、檢驗分析靈敏度高;在熱儲溫度、壓力條件下具足夠的化學(xué)、生物和熱穩(wěn)定性;溶于水但不被儲層巖石吸附;與被跟蹤流體流動特征相似、配伍性好;與地層巖石和儲層流體不發(fā)生化學(xué)反應(yīng);放射性同位素示蹤劑要有合適的半衰期,安全無毒,具有環(huán)保和安全性能;價格合理、使用數(shù)量適中、現(xiàn)場可操作性強(qiáng)并具經(jīng)濟(jì)性。目前在地?zé)峄毓嘀?用作示蹤劑的主要有:化學(xué)示蹤劑、放射性同位素和穩(wěn)定同位素示蹤劑、活性示蹤劑、熒光染色示蹤劑。2調(diào)查井內(nèi)流體熱儲層特征一個科學(xué)合理的實施方案是試驗?zāi)芊袢〉妙A(yù)期成果的關(guān)鍵。試驗井場水文地質(zhì)條件、熱儲層特征、示蹤物質(zhì)在熱儲流體中的本底情況及試驗現(xiàn)場操作條件等,是確定選擇合適的示蹤材料、注入劑量、試驗周期及取樣制度的綜合因素。示蹤劑濃度在觀測井中產(chǎn)出情況主要與井場水文地質(zhì)條件和熱儲層特征有關(guān)。如果在巖溶裂隙介質(zhì)中熱儲層沒有區(qū)域流干擾,回灌流體冷鋒面從回灌井井底向四周推進(jìn)并逐漸擴(kuò)大,形成一個瓢把朝向開采井的葫蘆瓢狀區(qū)域,最終達(dá)到開采井產(chǎn)生熱突破,示蹤劑鋒面掠過的這個總區(qū)域與采灌量大小、采灌井距、流體流通渠道的橫截面積、熱儲層性質(zhì)(厚度、孔隙度、滲透性)等均有關(guān)系。在進(jìn)行示蹤試驗時由這些綜合因素來估算出合理的注入劑量,同時還須保證樣品中示蹤劑產(chǎn)出濃度要高于(至少10倍)本底和示蹤劑的突破濃度及化驗檢測時的最低限度值,另外完整的試驗周期、合理的取樣制度也是示蹤試驗的重要環(huán)節(jié)。3熱灌試驗的例子3.1采灌井的管道布置試驗井場位于天津市王蘭莊地?zé)崽餃婵h隆起之雙窯凸起的北部,控制性斷裂為走向北西向的海河斷裂帶及走向北北東向的白塘口西斷裂(見圖1),包括一眼回灌井、五眼觀測井(見表1)?；毓嗑c觀測井目的層均為中元古界薊縣系霧迷山組(Jxw)熱儲層,熱儲巖性主要為厚層狀白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r,巖溶裂隙比較發(fā)育,成井時的抽水試驗資料顯示,熱儲條件比較優(yōu)越1。在巖溶裂隙熱儲層中,流體運(yùn)動通常首先沿主裂隙或巖溶管道竄流,再由強(qiáng)逕流帶向周圍巖塊滲流。若采灌井有管道相通,相對低溫的回灌流體進(jìn)入開采井的時間是比較快的,即很快就會產(chǎn)生開采井的降溫現(xiàn)象,出現(xiàn)熱突破,這樣的采灌系統(tǒng)是不能運(yùn)行的。因此布置回灌系統(tǒng)時,一般都應(yīng)避開有管流相通1。而回灌井和開采井是否存在裂隙管道竄流關(guān)系,可以通過傳統(tǒng)的抽水試驗資料來進(jìn)行分析,更簡便和直觀的方法是通過示蹤連通試驗來探明。3.2回灌井生長狀況為確定采、灌系統(tǒng)方案,對井HX-25、HX-25B完井之初均進(jìn)行了抽水試驗,同期觀測井也有詳細(xì)的動態(tài)數(shù)據(jù)。當(dāng)HX-25井以140m3/h抽水時:HX-25B井水位變化幅度為20~30cm;相距1909m的HX-26井水位呈持續(xù)下降狀態(tài),最大降深為6.9m;相距1939m的HX-14井水位也呈持續(xù)下降狀態(tài)(見圖2),HX-25井與HX-26、HX-14井為典型的管道流曲線特征,即降深與時間(ΔS～t√)(ΔS～t)呈直線關(guān)系,有巖溶裂隙直接連通,所以HX-25井是不可作為回灌井之用的。HX-25B井抽水時,觀測井HX-25、HX-26、HX-14、HX-09水位上下波動范圍很小在30cm以內(nèi),其中HX-14井的波動幅度要略大于其它三眼井。HX-25B井的抽水試驗曲線表現(xiàn)為雙重孔隙介質(zhì)類型,由此可判斷HX-25B井與井場其它各地?zé)峋g不存在直接的水流通道,適宜作回灌井之用。由回灌井HX-25B與開采井HX-25組成的采、灌系統(tǒng)從1996年開始持續(xù)運(yùn)行,狀況良好,其回灌水源是經(jīng)過板換后的原始地?zé)崃黧w,水源平均溫度為40~60℃,年回灌率均在90%以上。由10多年連續(xù)動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)可知,周邊幾眼開采井的單位涌水量、井口流溫多年來基本穩(wěn)定。3.3化學(xué)顯效劑回流試驗3.3.1對示蹤離子的濃度較常用的化學(xué)示蹤劑是鹵化物,如碘化物和溴化物等。一般地?zé)崃黧w中均含有[I-]、[Br-](通常在0.01~1.0mg/l),為提高流體中示蹤離子的濃度達(dá)到出現(xiàn)明顯峰值的目的,通常注入的劑量很大。化學(xué)示蹤劑注入后對儲層流體比較安全,不會造成污染損害影響其利用,因此一般在初期探索中使用,天津市王蘭莊地?zé)崽锏氖状蔚責(zé)崾聚欉B通試驗就選擇了碘化鉀(KI)作為示蹤劑。3.3.2采集品曲線圖1998~1999年對井運(yùn)行期間,在回灌井HX-25B中注入由原始地?zé)崃黧w稀釋后的KI溶液20kg作示蹤劑,由HX-25B井井口混入回灌水源中一同注入儲層,系統(tǒng)采用常壓、泵管進(jìn)水式自然回灌方式,灌量約100m3/h,水源溫度50℃左右,注入示蹤劑后在觀測井中1次/24h采集地?zé)崃黧w5l樣品送檢,試驗周期80天,共取得分析數(shù)據(jù)300余組,繪制成曲線圖3。3.3.3熱儲流體的連通性由圖3可看出KI注入后各觀測井的[I-]基本在0.08~0.2mg/l之間波動,與其原始濃度(HX-25:0.15mg/l;HX-14:0.12mg/l;HX-26:0.11mg/l;HX-09:0.11mg/l)基本相近,沒有觀測到較為明顯的變化。由于地?zé)崃黧w中普遍含有鹵族離子,化學(xué)示蹤劑試驗一般都存在本底干擾問題。相對較大的熱儲流體而言,示蹤劑是擴(kuò)散到回灌井井底一個較大的儲層空間,如果試驗井場內(nèi)采、灌井之間熱儲層連通性較差,薄層泥巖隔水層和微小斷裂的阻水作用也將阻礙回灌流體運(yùn)移到開采區(qū)域,所以示蹤離子并沒有在開采井中大量增加。不過從圖3中可以發(fā)現(xiàn)HX-14井的[I-]產(chǎn)出濃度為0.12~0.21mg/l,比其它幾眼觀測井的[I-]變化幅度相對要大,而且相對其原始濃度(0.12mg/l)也要高出許多,這種微弱的變化特征也顯示出試驗井場各地?zé)峋g的水力聯(lián)系:回灌井HX-25B與開采井HX-14有微弱水力聯(lián)系,與其它幾眼觀測井的水力聯(lián)系不明顯,這與抽水試驗得出的結(jié)論一致。3.4線性譜顯著劑的回歸試驗3.4.1放射性同位素示蹤劑放射性同位素示蹤劑不受任何化學(xué)分解作用的影響,它們按一定的方式、時間衰變,種類多,探測和分析相對簡單,無本底分析干擾,只需很小的濃度和劑量即可滿足檢測要求,分析靈敏度高,用量少,現(xiàn)場注入方便,同時還可實現(xiàn)分層注入跟蹤不同層位流體動態(tài)狀況,可以說在某些方面,放射性同位素示蹤劑是地?zé)峄毓嘌芯恐械淖罴咽聚櫜牧?。雖然放射性同位素會在一定時間內(nèi)自行衰變消亡,但其核素對具體操作的試驗人員存在一定的傷害隱患,因此在試劑和樣品處理、運(yùn)輸?shù)确矫娴囊笫謬?yán)格,具體注入時均要經(jīng)過一系列安全性的評估和保障措施的審核,注入量和采出濃度均應(yīng)低于國家標(biāo)準(zhǔn)《輻射防護(hù)規(guī)定》(GB-8703)的相關(guān)要求。由于化學(xué)示蹤連通試驗結(jié)果不明顯,HX-25B井第二次連通試驗借鑒了油田井間示蹤測試技術(shù),選用放射性同位素35S(T1/2=87天)作示蹤劑,檢測靈敏度約為0.5Bq。3.4.2回灌地層試驗此次試驗在2001~2002年同一井場進(jìn)行,考慮到井群位于居民區(qū),為不影響供暖生產(chǎn)和市民生活熱水使用,選用對人體和環(huán)境無毒害、半衰期短效的35S,在回灌井HX-25B井口注入350mCi(約1.3×1010Bq)隨回灌水源進(jìn)入儲層,仍為常壓、泵管自然回灌,灌量約100m3/h,水源溫度約50℃,在周圍四眼開采井HX-25、HX-14、HX-26、HX-13中定期取樣(5l水樣+1ml穩(wěn)定劑)送檢。試驗周期為180天,共獲得有效數(shù)據(jù)340個。分析結(jié)果顯示僅HX-14井檢測到了示蹤劑成份(見圖4),其它觀測井中均未能檢測出示蹤劑。3.4.3回灌流體運(yùn)移規(guī)律從圖4可看出:觀測井HX-14在注入35S后第53天首次檢出示蹤劑,并在86天出現(xiàn)一個相對高值,大約在126天后示蹤劑大量檢出,至130天達(dá)到最高峰值(1.229Bq/l),150天后示蹤劑則驟然減少,到170天后完全消失,顯示出一個較為明顯、完整的試驗周期。將這次試驗結(jié)果反映出來的相關(guān)地質(zhì)信息與通過傳統(tǒng)水文地質(zhì)方法獲得的資料進(jìn)行對比分析可知:1)此次試驗只在HX-14井中檢測出示蹤劑成份,說明兩次示蹤試驗與抽水試驗均得出了相同的結(jié)論即HX-25B只與HX-14有水力聯(lián)系,兩種方法共同證實在該試驗井場中具有這樣的滲流場特征:熱儲層主要受北西向海河斷裂帶影響,地?zé)峋g的連通渠道以北西向的裂隙為主,回灌流體主體的流向是沿主裂隙向北西方向運(yùn)移的,注入的示蹤劑是沿著這條主要裂隙通道運(yùn)移到HX-14井底。2)試驗結(jié)果顯示僅僅在HX-14井中檢測到了稍高于本底的值,井中檢出的示蹤劑產(chǎn)出濃度最大只有1.229Bq/l,不到總注入量(1.3×1010Bq)的十億分之一,說明回灌流體沿著斷裂帶補(bǔ)給到了其它區(qū)域,流入的是一個巨大的熱儲空間,基本上沒有對該區(qū)的熱儲流體產(chǎn)生影響,只有極少一部分示蹤劑到達(dá)了HX-14井周圍并被檢測到,由此分析在該試驗井場,回灌井HX-25B與其它開采井之間并不存在裂隙管流通道,否則示蹤劑會在短時間內(nèi)大量流入并很快達(dá)到較高值。3)到達(dá)時間為130天可說明:在一個供暖期內(nèi)(約135天),回灌井HX-25B注入的低溫流體并不會使開采井的流體溫度出現(xiàn)下降并產(chǎn)生熱突破。事實上歷年動態(tài)觀測資料也表明:HX-14井的井口出水溫度多年來基本穩(wěn)定,沒有出現(xiàn)降溫現(xiàn)象。4)以示蹤劑35S峰值出現(xiàn)時間為130天計算,回灌流體從HX-25B井運(yùn)移到相距1939m的HX-14井速率約為14.92m/d,這一流速是在不考慮熱儲層性質(zhì)和流體物理性質(zhì)等因素影響的情況下,回灌流體從回灌井井底流向開采井的“概化”速度,其數(shù)值應(yīng)大于熱儲層的滲透系數(shù)(水力坡度J為1時的滲流速度)。HX-25B井通過抽水試驗所求得的滲透系數(shù)(K)為14.62m/d(見表1)。在該試驗井場,注入同位素示蹤劑的回灌流體在儲層中的“概化”流速與熱儲層的滲透系數(shù)相差不大,二者吻合較好。由此可見,在判斷回灌流體注入熱儲層后的運(yùn)移方向、速率等方面,放射性同位素示蹤連通試驗與抽水試驗結(jié)果能較好的吻合起來,說明放射性同位素示蹤技術(shù)運(yùn)用到地?zé)峄毓嘀?對分析回灌流體運(yùn)移途徑、采灌井之間的滲流場特征均有比較理想的結(jié)果,且具有更直觀、量化、形象等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然放射性同位素示蹤劑所需測試儀器復(fù)雜,檢測設(shè)備昂貴,材料成本高,出于安全角度考慮,試驗方案必須經(jīng)過嚴(yán)格審核、取得合法批準(zhǔn)后方可進(jìn)行,盡量使用無化學(xué)毒性試劑。4采用示蹤劑試驗來分析示蹤技術(shù)這種利用某種物質(zhì)在熱儲層中的傳輸,來獲取儲層方向性非均質(zhì)特征和回灌流體運(yùn)移規(guī)律的實時跟蹤手段和研究方法,已在地?zé)峄毓嘌芯恐杏辛顺醪教剿鳌Ｍㄟ^示蹤劑試驗所獲取的資料能了解多種地質(zhì)信息,如分析熱儲層滲流場特征、探索回灌流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)移特點(diǎn)、采灌井之間的水力聯(lián)系、預(yù)測采灌井之間熱突破出現(xiàn)的可能性及時間等,同時也可以采用示蹤劑試驗并結(jié)合熱儲地質(zhì)條件分析、抽水試驗等方法,來判斷采、灌井間是否存在裂隙管道竄流關(guān)系,變更和調(diào)整不宜運(yùn)行的采灌系統(tǒng)方案,以此來為地?zé)崽镩_發(fā)中回灌系統(tǒng)的布置提供幫助,正確指導(dǎo)和優(yōu)化規(guī)劃采、灌井的合理布局。在設(shè)計示