[发明专利]聚合物示踪剂和使用热解的检测方法

说明书

对地下流体流动进行示踪包括向第一注入装置提供第一聚合物示踪剂，从第一采出装置收集第一含水样品，和评估第一含水样品中第一聚合物示踪剂的存在。第一聚合物示踪剂包括由至少第一单体形成的第一聚合物。第一含水样品中第一聚合物示踪剂的存在通过以下方式来评估：从第一含水样品去除水以得到第一脱水样品，将第一脱水样品热解以得到第一气态样品，和评估第一气态样品中第一聚合物的热解产物的存在。第一气态样品中第一聚合物的热解产物的存在指示在第一注入装置位置和第一采出装置位置之间存在第一地下流动路径。

相关申请的交叉引用

本申请要求标题为“POLYMERIC TRACERS(聚合物示踪剂)”且于2016年11月7日提交的美国临时申请号62/418,433的优先权，将其以其整体通过引用并入本文。

技术领域

本文涉及聚合物示踪剂的热分解以及其经由用于油田示踪剂应用的热解气相色谱-质谱法(GCMS)的检测。

背景

含烃储集层是含有多个流体相的复杂、互连的地下系统。理解在注入井和采出井之间的连通性是高效储集层管理方面的一个因素，因为在给定井处出人意料的早期水突破可能显著降低采油速率。示踪剂研究提供一种理解水在地下如何分配以及通知储集层工程师如何调整注入速率以减少水采出的手段。传统地，示踪剂研究通过以下方式进行：注入水溶性分子如氟化苯甲酸和荧光染料如罗丹明或荧光素，然后在采出井处分别经由质谱法或荧光进行鉴别。此信息可以用于建立地下环境中的流体路径的地图。

随时间的井间示踪剂扩散的储集层模拟已经证实，在不同井处注入的示踪剂可以从单个采出装置提取，突出了清楚且无疑义的示踪剂信号对于帮助区分的重要性。这对于标准基于荧光的示踪剂造成多种问题，所述标准荧光系示踪剂由于它们的宽的发射带宽(50nm至100nm)而产生重叠的信号。甚至对于具有中等数量井的小储集层，这个问题，连同荧光检测的有限范围(300nm至1200nm)、原油的荧光背景以及量子产率和可检测性的下降，减少了可区分示踪剂的量。此外，由于荧光对于局部环境敏感，所以盐度、温度和溶解的有机物质的存在使得难以定量。

在油田中使用分子示踪剂还存在其他缺点。与更大的实体如粒子、聚合物和树枝状聚合物相比，由于其小尺寸，分子倾向于在基质内更大程度地扩散。这导致在采出井处的更低浓度以及检测的更大难度。分子示踪剂必须从含水采出流体分离，因为水与气相色谱-质谱(GCMS)仪器不相容。这是耗时且昂贵的。对于储集层应用，必须通过验证所提出的示踪剂不粘贴储集层基质、是热稳定的并且可独特地鉴别的来审查每种独特的分子示踪剂。满足所有这些规定显著减少可以使用的潜在示踪剂的数量。因此，需要开发分子示踪剂的替代平台，其允许开发丰富的编条形码方案用于解释在含有多个流体相的复杂、互连的地下系统中的连通性。

概述

所公开的系统和方法涉及在含盐、含水基质中的示踪剂材料的检测、对多种示踪剂编条形码(barcode)的能力以及井口检测能力。总的来说，示踪剂运动用于通知地下流动模式的储集层管理者。此信息进而用于更好地分配流体以使油采收率最大化。

聚合物示踪剂的热分解提供一种用于产生数十或数百种聚合物条形码的方法，所述聚合物条形码可以通过使用热解-GCMS无疑义地鉴别。通过GCMS检测器提供的尖锐且准离散的信号使它们适合于复杂的井间示踪剂分析。作为额外的附加益处，GCMS检测适合于在质量上不相同的示踪剂，因此消除了对于在荧光和其他示踪系统中使用的昂贵官能化分子标签物的需求，降低了材料成本，并且增加了适合于示踪的标签的数量。

此方法还消除了对收获后提取方案的依赖，因为热解器可以用于从体系去除任何水或干扰物。电解质由于在热解期间未达到它们的极高沸点而得以减轻(mitigated)。另外，所公开的过程(方法，process)具有优异的原子经济性，因为完整的示踪剂质量有利于可检测信号。