14C-AMS技术用于油田示踪实验的方法研究

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我国大部分注水开发油田已处于开发中后期,为了提高油田的采收率,油田开发人员需要提前了解开采油田的地质状况来调整开采措施,为调剖堵水中堵剂类型的选择及堵剂用量的确定提供可靠的依据。井间示踪监测技术作为一种直接进入油田,监测油田开采状况,认识油藏非均质性的一种技术,被广泛应用,示踪剂是井间示踪监测技术的一个重要物质,随着油田的开发,示踪剂也在不断地发展更新。目前,中原油田多采用化学示踪剂作为油田示踪监测的手段,化学示踪剂用量大,成本高,且由于长期的使用,化学示踪剂的地层本底值增加,进而影响示踪结果。14C作为自然界中常见且广泛存在的同位素,被作为示踪剂应用于环境科学、生物医学等各领域,也是较为理想的油田井间示踪剂之一。本研究依托于广西师范大学200 k V单极静电加速器质谱仪(GXNU-AMS),主要开展了14C-AMS技术用于油田井间示踪的研究工作。研究的主要内容如下:(1)14C水样制备系统的建立及水样制备方法研究。由于油田采出样品为水样,而实验室样品制备系统制备的原始样品为固体样,因此结合实验室现有条件对原有制样系统进行了改进,使其成为固-液同用的14C样品制备系统。同时,在制备固体样品的流程基础上进行了一系列水样制备工作,主要对水样制备系统的制备条件及系统性能进行了研究,最终样品的CO2回收率为75.20%,说明系统的导气密闭性良好,石墨产率为87.48%,说明石墨还原单元能够成功将CO2还原为石墨,使用IAEA-C1作为本底样品放于实验室去离子水中进行流程制备,几个独立空白样品经水样制备装置制备压靶后进行AMS测量,此测量结果包含了去离子水的本底,最终显示此水样制备装置的本底值稳定,均值为(2.19±0.14)×10-14,此本底已经能够满足井下示踪的需求。(2)油田示踪实验及油水样品采集和制样。14C水样制备装置建立完成后进行了油田示踪的实验,首先考虑到经济、环保、易于获得等因素,结合实验室静态吸附实验,选择了市面上存在的检查幽门螺旋杆菌的14C呼气实验所用尿素胶囊作为14C油田示踪剂的载体,论文选取中原油田胡136侧1块井组对14C示踪剂的油田应用效果进行评价,根据油田井组的基本参数计算示踪剂的注入量,设计示踪剂的注入工艺及取样监测方案,向油田地层中投入的14C示踪剂的活度为1.332×107Bq,总共含有的14C个数为3.472×1018个,将取得的油水样品在实验室水样制备系统中进行样品制备。(3)对采集的油田水样品进行加速器测量和分析。对加速器质谱仪测试条件进行了调试优化,使用不经流程制备的商业石墨评估AMS的本底值,最终仪器本底为(4.363±0.699)×10-15,使用商业石墨,IAEA-C8和草酸这三个流程标准样品的实验结果的线性拟合方法来评估仪器的可靠性,结果显示有良好的线性拟合结果,验证了GXNU-AMS的可靠性,其中流程石墨的归一化14C/12C值为(6.47±0.48)×10-15,草酸的归一化14C/12C结果为(1.583±0.009)×10-12,IAEA-C8的14C/12C丰度比结果为(1.917±0.045)×10-14。油田采集样品经过油水分离后在实验室14C水样制备装置中进行制样,形成石墨靶样后利用加速器质谱仪进行14C的测量,得到14C与12C间的丰度比,通过与标准和样品的比对,最终获得其归一化结果,经过分析得到示踪剂突破曲线,对比同时注入油田的微量元素示踪剂钬(化学符号为Ho)的示踪剂突破曲线,能够看到14C示踪剂突破曲线有明显的示踪剂峰值,而Ho示踪剂的检测灵敏度较低,不能够得到明显的示踪剂浓度峰值,验证14C-AMS用于油田示踪的较常规示踪剂的优势。经过理论分析、实验室制样及油田施工实验,最终完成了14C-AMS技术用于油田示踪的研究工作,得到了完整的示踪剂突破曲线,相比较稀土元素示踪剂而言,14C示踪剂能够进入油田并携带出注入水和油田信息,14C-AMS技术用于油田示踪能够得到完整的示踪剂突破曲线,检测灵敏度高,在本文中定性地判断了地层中是否存在高渗透条带、大孔道,后续可以将此示踪剂突破曲线带入数值模型中定量计算井组储层的基本参数,如高渗层厚度、渗透率、平均含油饱和度、裂缝宽度等,并且可以进一步求出孔道半径,为后续的开发提供指导和依据,比如:可以为调剖堵水中堵剂类型的选择及堵剂用量的确定提供可靠的依据。14C示踪剂具有用量小、稳定性高、安全环保、成本低的优点;同时采用加速器质谱法进行测量分析,具有高灵敏度的优点,克服了现有示踪剂灵敏度低、放射性高和单一性等问题,能够解决常用示踪剂在地层本底浓度较高的问题,给交叉井组及分层注水井使用多种背景浓度较低的示踪剂提供更多选择。
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