孟令韬，鲍文辉，郭布民，申金伟，孙厚台

（中海油田服务股份有限公司，天津 300459）

近年来非常规资源探明储量不断增加，压裂改造技术已逐渐成为该类油藏经济开发的重要手段[1，2]。然而对非常规储层压裂改造过程中认识上的不平衡与不充分，导致储层改造效果差、单井产能低，往往难以达到预期改造效果，因此如何评价非常规储层压裂效果成为亟需解决的工程难题。

传统测井工具使用范围较窄，无法应对水平井、大位移井压裂改造工艺，且工序复杂、成本较高[3]。而地面与井下结合的微地震监测法虽然可以测定裂缝长度、宽度等几何形态，但难以确定产液剖面，且信噪比低、监测精度差[4]。示踪剂技术作为一种新兴的压裂效果评价手段具备适用范围广、精准度高与工艺简便等特点，逐渐受到广大油田科研工作者的广泛关注[5]。但目前针对示踪剂技术在非常规储层压裂效果评价的报道较少，本文首先介绍了示踪剂的研究进展，并对示踪剂技术在油田中的应用进行概述，重点分析了示踪剂技术在非常规储层压裂效果评价中的作用机理。

1 示踪剂研究进展

1.1 示踪剂简介

示踪剂是唯一能伴随注入流体进入油藏，指示流体注入方向、渗流速度并携带油藏信息返回地面的油田指示剂[6]。示踪剂种类可以按照不同标准划分，按在油水相的分配比，可分为油溶性示踪剂、水溶性示踪剂与油水分配型示踪剂；按物态形式，又可分为气态示踪剂、液态示踪剂与固态示踪剂。随着示踪剂技术在油气田开发领域的广泛应用，工程技术人员也总结出性能良好的示踪剂应满足以下6 个条件：（1）地层本底浓度低，无其他来源干扰；（2）与注入流体配伍性良好，不产生沉淀，不改变流体物理化学性质；（3）示踪剂检测方法便捷、精准程度高；（4）具备适应地层能力，不易与油层岩石发生吸附，耐温耐盐，稳定性好；（5）无毒无害，不伤害地层，不会对施工人员造成伤害；（6）来源广，价格低。

1.2 示踪剂发展历程

自1965 年Brigham 等[7]选用第一代化学示踪剂研究注入流体的运动规律与油藏非均质特征，到微量物质示踪剂[8]作为评价非常规储层压裂改造效果的技术手段，示踪剂随着油田不同时期的生产开发需求经历了四个阶段的转变。

1.2.1 第一代化学示踪剂 化学示踪剂主要分为三类：易溶的无机盐（如SCN-、NO3-、卤素等），一般被用作水相示踪剂，因带电荷与地层相同，所以地层吸附量较小，使用分光光度计即可检测[9]；染料（如茜素红、胭脂红等），该类示踪剂稳定性较差，在地层中容易被吸附，已逐渐呈被替代的趋势[10]；小分子有机化合物（如小分子卤代醇、卤代烷烃等），可用作油相示踪剂与分配型示踪剂使用，但小分子醇易被细菌吞噬，生物稳定性差，在使用的同时需要加入甲醛等杀菌剂。

1.2.2 第二代放射性同位素示踪剂 放射性同位素示踪剂主要包括氚（3H）元素，因为氚化氢（3HHO）与注入水物性特征相仿，且具备用量少、配伍性强、检测精度高等特点，也有用14C 与60Co 等。王路伟等[11]研发了三种放射性示踪砂作为示踪剂，示踪砂随压裂施工进入裂缝，通过能谱测井跟踪地层中示踪砂能区伽马计数率的变化，可较为精确得到裂缝深度与高度，达到评价压裂改造效果等目的。但放射性同位素示踪剂不可避免会对人体有害，其大规模使用受到一定限制。

1.2.3 第三代非放射性同位素示踪剂 非放射性同位素即稳定性同位素，无放射性危害，如12C、15N、18O 等，具备放射性同位素示踪剂用量少、检测精度高等特点，又克服了放射性同位素示踪剂对环境与操作人员存在的潜在伤害风险[12]，但非放射性同位素示踪剂种类少，检测时需中子活化，成本较高不利于推广。

1.2.4 第四代微量物质示踪剂 微量物质示踪剂是近些年快速发展的新型示踪剂[13，14]，主要指储层中含量极少或根本没有的物质，如稀土元素、纳米材料与聚合物颗粒等。此种示踪剂具备非放射性同位素示踪剂用量少、精度高等优点，且检测方法简单高效，是较为理想的示踪剂，尤其在水平井分级多段压裂效果评价中。以新疆油田为例，陈福利等[15]在吉木萨尔芦草沟组非常规致密油开发中使用多种微量物质示踪剂，确定了各段储层压裂返排次序、产油贡献和裂缝特征，对后续完善致密油储层改造提供有利技术依据。

1.3 示踪剂分析

将不同示踪剂技术特点与局限性分析总结（见表1），放射性同位素示踪剂由于自身放射性对施工人员存在潜在风险，在大多数油田使用受限。而非放射性同位素示踪剂虽克服了放射性危害但检测时需要中子活化，极大增加了使用成本，不利于技术推广。化学示踪剂种类多、检测方法便捷一度成为油田使用最广的示踪剂，但由于化学示踪剂用量大、地层适应性差、检测精度低等劣势，已逐渐呈淘汰趋势。微量物质示踪剂作为新型示踪剂受到油田科研人员广泛关注，其特点是地层本底浓度极低、检测精度高，可通过示踪剂产出数据定量分析与解释地层，有较高的准确性。就目前而言，虽然化学示踪剂仍是油田应用的“主力军”，但微量物质示踪剂是今后研究的重点方向。

表1 不同示踪剂工艺特点与局限性分析

2 示踪剂技术在非常规储层压裂效果评价中的应用

示踪剂技术[4，16]原理是选用与压裂液配伍的示踪剂，在压裂过程中伴随压裂液同步进入地层，压后返排时，对返排液以一定时间间隔密集取样检测，得到示踪剂返排曲线，通过解释示踪剂返排曲线可达到压裂效果评价等目的。该技术在非常规储层压裂效果评价中具体包括以下两方面的应用：

2.1 压裂裂缝评价

示踪剂产出形态由排出机制控制[17]，不同裂缝类型对应着不同特征的示踪剂返排曲线（见图1），由图1当压裂主要形成大裂缝时示踪剂返排曲线峰值宽大且呈单峰型，而当压裂形成复杂裂缝时，示踪剂返排曲线峰值复杂为多峰型。Tian 等[18]指出非常规储层地质特性差异大，需要使用示踪剂技术有针对性的调整压裂改造施工方案。在美国德州Delaware 盆地非常规储层压裂改造中采用示踪剂技术，根据示踪剂返排曲线，确定了压裂改造后不同层段裂缝形态与产出特征，指导了后续压裂工艺参数设计，取得了良好的压裂改造效果。Li 等[19]采用示踪剂技术对水平井多段压裂缝网形态展开研究，通过建立BTC 曲线（示踪剂突破曲线）表征压裂不同阶段裂缝网络形态，对压裂效果评价有重要指导意义。

图1 示踪剂返排曲线与裂缝类型的关系

常青等[20]制备了20 多种微量物质示踪剂对裂缝近井参数进行监测，得到了裂缝深度、高度等精确信息，判定裂缝是否发育在目标层位，为后续压裂评价与同区块压裂施工设计提供技术支持。谢建勇等[21]选择微量物质示踪剂对致密油水平井压裂进行监测，总结了示踪剂采出浓度变化与裂缝类型的关系，将裂缝形态分为微裂缝、大裂缝与混合裂缝三类。张洪亮[22]通过随钻测井结合示踪剂技术对致密油藏水平井各压裂，分析得到压裂段井筒周围储层岩性、含油性、压裂规模与压裂段产出贡献率等关系，为致密油藏压裂方案设计调整提供数据参考。

2.2 水平井分段压裂产能评价

在水平井多段分级压裂中，如何评价压裂改造后各段产能是尚待解决的工程性难题。示踪剂技术将不同种类示踪剂加入到不同层段的压裂液，压裂施工结束后定时监测返排液中每一种示踪剂的浓度，得到各层段改造后的产液贡献率，可作为评价不同层段压裂改造效果的有效依据，其机理（见图2）。

图2 示踪剂技术在水平井分段压裂中的应用示意图

Munoz 等[23]使用示踪剂对Eagle Ford 油田中水平井产能进行评价，提出了SRV 体积改造评价法，该方法可分析各压裂段裂缝特征、压裂返排状况。Ahmad等[24]采用示踪剂技术对水平井分段压裂后各段压裂液的返排速度与返排量进行监测，分析各压裂段裂缝发育情况，为压裂工艺技术改造和优化提供理论依据。Catlett 等[25]通过示踪剂监测法对初期返排、中期生产、后期稳产三个阶段间隔取样，分析得到示踪剂的回采率可较好反映压裂改造效果，回采率越高代表储层压裂改造效果越好。

我国低渗透油气藏资源丰富[26]，示踪剂技术在各大油田水平井分段压裂工艺中已开始先导性实验，均取得理想预期。赵政嘉等[27]解决水平井分段体积压裂后不同层段产液情况，开发了一套ZO 系列示踪剂技术，并成功应用于束鹿凹陷束探2x 井。在压裂过程中，示踪剂随压裂液注入地层并返排回地面，通过对产出流体中示踪剂种类与浓度的检测，得到各层段体积改造效果，分析井筒流体通道间流通关系，并为评价体积压裂效果奠定基础。耿宇迪等[28]为解决水平井分段酸盐无法监测各段产油产水贡献率等问题，选用示踪剂监测法监测返排液中不同类型示踪剂浓度，进而达到判断各压裂段油水运动规律、分析各段产油产水情况、验证压裂段是否存在机械堵塞等目的。

3 结论

示踪剂技术对非常规储层压裂改造有较好的指导效果，通过调研分析国内外相关领域研究进展得到以下两点认识：

（1）示踪剂技术经历了化学示踪剂、放射性同位素示踪剂、稳定性同位素示踪剂和微量物质示踪剂四个发展阶段，已形成了一套较为完整的理论体系。随着种类丰富、检测精度高、应用范围广的微量物质示踪剂兴起，未来将逐步提高对微量物质示踪剂的研究开发与推广应用。

（2）示踪剂技术在非常规储层压裂改造评价中可通过示踪剂返排曲线定性判断压裂形成的缝网形状，优化施工设计参数；也可判断水平井分段多级压裂各段产出情况，量化每一段产出贡献率，为压裂效果评价奠定可靠基础。