孟悅新 李相方 杜 輝 隋秀香
(中國石油大學(xué)石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 102249)
泵抽式電纜地層測(cè)試關(guān)鍵點(diǎn)及曲線優(yōu)化新方法
孟悅新 李相方 杜 輝 隋秀香
(中國石油大學(xué)石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 102249)
泵抽式電纜地層測(cè)試時(shí),關(guān)鍵測(cè)試數(shù)據(jù)點(diǎn)的準(zhǔn)確選取和最佳測(cè)試曲線的合理確定是保證其解釋結(jié)果真實(shí)可靠的首要環(huán)節(jié)。充分考慮了泵抽式電纜地層測(cè)試器能夠同時(shí)提供多種地層流體測(cè)量數(shù)據(jù)和儀器控制參數(shù)的有利條件,從電纜地層測(cè)試滲透率解釋的基本原理出發(fā),研究了某海上油田512組實(shí)際壓力測(cè)試和取樣測(cè)試曲線,運(yùn)用數(shù)值微分方程和模糊綜合評(píng)判模型,建立了綜合使用多種測(cè)量參數(shù)共同確定壓降測(cè)試起始點(diǎn)等7個(gè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)點(diǎn)和最佳測(cè)試曲線的最優(yōu)化方法。使用該方法開發(fā)的計(jì)算機(jī)軟件對(duì)新型國產(chǎn)泵抽式電纜地層測(cè)試器(ERCT)109個(gè)層位的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了滲透率解釋,證明該方法不僅能夠提高解釋精度,而且消除了人工選擇測(cè)試曲線和關(guān)鍵數(shù)據(jù)點(diǎn)所帶來的解釋結(jié)果因人而異的弊端,保證了解釋結(jié)果的客觀性和唯一性。
電纜地層測(cè)試;滲透率解釋;關(guān)鍵數(shù)據(jù)點(diǎn);最佳測(cè)試曲線;最優(yōu)化方法
泵抽式電纜地層測(cè)試廣泛用于陸地和海上油田的油氣資源評(píng)價(jià)[1],在電纜地層測(cè)試資料的解釋過程中,能否準(zhǔn)確選取每條壓力測(cè)試曲線上的7個(gè)關(guān)鍵特征點(diǎn)是決定滲透率解釋精度高低的關(guān)鍵環(huán)節(jié),這些特征點(diǎn)分別是:測(cè)試前及測(cè)試后井筒靜壓取值點(diǎn)、探頭密封完成點(diǎn)、壓降測(cè)試起始點(diǎn)、壓降測(cè)試結(jié)束點(diǎn)、壓力恢復(fù)測(cè)試起始點(diǎn)和壓力恢復(fù)測(cè)試結(jié)束點(diǎn)。由于泵抽式電纜地層測(cè)試器能夠同時(shí)測(cè)量多達(dá)50個(gè)以上的地層、流體和儀器控制參數(shù),因此在上述關(guān)鍵測(cè)試點(diǎn)的選取過程中,除了其他電纜地層測(cè)試器(如FMT等)常用的地層壓力和儀器液壓測(cè)量曲線外[2],可供選用的還有測(cè)試活塞位移速度、測(cè)試活塞單步位移抽吸體積、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和累計(jì)抽吸體積等多條測(cè)試曲線。
電纜地層測(cè)試器典型的壓力測(cè)試曲線如圖1所示。圖中點(diǎn)1為測(cè)試前井筒靜壓取值點(diǎn),點(diǎn)2為探頭密封完成點(diǎn),點(diǎn)3為壓降測(cè)試起始點(diǎn),點(diǎn)4、點(diǎn)5分別為壓降測(cè)試結(jié)束點(diǎn)和壓力恢復(fù)測(cè)試起始點(diǎn)(通常情況下可以取同一點(diǎn)),點(diǎn)6為壓力恢復(fù)測(cè)試結(jié)束點(diǎn),點(diǎn)7為測(cè)試后井筒靜壓取值點(diǎn)。
一般情況下,pstb=p( t4)。
式中:Kd為地層的壓降滲透率,m2;C為流動(dòng)形狀因子,半球形流動(dòng)時(shí)取1,球形流時(shí)取0.5;q為測(cè)試流量,m3· s-1;μ為流體黏度,Pa·s;rp為探頭半徑,m;p( t6)為壓力恢復(fù)測(cè)試結(jié)束時(shí)探管入口處的測(cè)試壓力,MPa;pstb為壓降測(cè)試過程中的穩(wěn)定流動(dòng)壓力,MPa;p( t4)為壓降測(cè)試結(jié)束時(shí)探管入口處的測(cè)試壓力,MPa。
正確選取點(diǎn)5至點(diǎn)6是為了準(zhǔn)確計(jì)算壓恢滲透率。壓恢滲透率主要是根據(jù)圖1中點(diǎn)5與6之間的壓力-時(shí)間變化規(guī)律獲得的,其球形流模型計(jì)算公式為[4]
在上述7個(gè)關(guān)鍵測(cè)試點(diǎn)中,正確選取點(diǎn)1和點(diǎn)7是為了在地層測(cè)試開始前和結(jié)束后,分別獲得壓力傳感器對(duì)同一個(gè)穩(wěn)定對(duì)象——井筒泥漿柱的靜止壓力測(cè)量值,用來檢驗(yàn)壓力傳感器的穩(wěn)定性。
正確選取點(diǎn)2是為了檢驗(yàn)探頭與地層之間是否已經(jīng)形成可靠的連接通道。
正確選取點(diǎn)3至4是為了準(zhǔn)確計(jì)算壓降滲透率。
壓降滲透率主要是根據(jù)圖1中點(diǎn)3與4之間的壓力-時(shí)間變化規(guī)律獲得的,計(jì)算公式為[3]
式中:Kr為柱形流滲透率,m2;h為測(cè)試點(diǎn)到相距最近的不滲透邊界的距離,m;mr為圖1中點(diǎn)5與6之間的壓力-柱形流時(shí)間函數(shù)曲線的特征直線斜率。
可以看出,壓降測(cè)試起始點(diǎn)、壓降測(cè)試結(jié)束點(diǎn)、壓力恢復(fù)測(cè)試起始點(diǎn)和壓力恢復(fù)測(cè)試結(jié)束點(diǎn)的正確選取直接決定了滲透率解釋結(jié)果精度的高低。
探頭密封壓力點(diǎn)在整條測(cè)壓曲線上呈現(xiàn)為極大值,對(duì)應(yīng)地在儀器內(nèi)部液壓管線壓力測(cè)量曲線和電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量曲線上也均位于峰值區(qū)。確定該點(diǎn)的差分方程組為
式中:Kg為球形流滲透率,m2;φ為地層孔隙度;Cp為地層流體的壓縮系數(shù),MPa-1;mg為圖1中點(diǎn)5與6之間的壓力-球形流時(shí)間函數(shù)曲線的特征直線斜率。
柱形流模型計(jì)算公式為
式中:p( t2)為探頭密封完成時(shí)探管入口處的測(cè)試壓力,MPa;p( t2- Δt)為探頭密封完成前一個(gè)采樣周期探管入口處的測(cè)試壓力,MPa;p( t2+ Δt)為探頭密封完成后一個(gè)采樣周期探管入口處的測(cè)試壓力,MPa;Δt為儀器的采樣周期,s;p(t)為壓力測(cè)試過程中探管入口處任一時(shí)刻的測(cè)試壓力,MPa。
測(cè)試前井筒靜壓取值點(diǎn)在壓力測(cè)試曲線上必須位于探頭密封完成點(diǎn)之前、距離探頭密封完成點(diǎn)最近的一個(gè)壓力穩(wěn)定區(qū)間內(nèi)。相應(yīng)地該點(diǎn)處的活塞移動(dòng)速度為零,在液壓管線壓力測(cè)量曲線和電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量曲線上也均位于低值區(qū)。確定該點(diǎn)的數(shù)學(xué)方法為
式中:p( t1)為測(cè)試前井筒靜壓取值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的探管入口處的測(cè)試壓力,MPa;P為所有測(cè)試壓力值組成的樣本空間;E(P )為P的數(shù)學(xué)期望,MPa;為任一時(shí)刻的測(cè)試壓力值,MPa;p( ti)為測(cè)試前井筒靜壓取值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻,s;t1為探頭密封完成點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻,s;vc(t)為任一時(shí)刻測(cè)試活塞的移動(dòng)速度,m·s-1。
測(cè)試后井筒靜壓取值點(diǎn)的選擇方法與此類似,只是選點(diǎn)的區(qū)間變?yōu)榫嚯x壓力測(cè)試曲線終點(diǎn)最近的一個(gè)壓力穩(wěn)定段,在式(5)中將t1換成測(cè)試后井筒靜壓取值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻t7,t2換成壓力恢復(fù)測(cè)試結(jié)束點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻t6。
壓降測(cè)試過程就是測(cè)試活塞移動(dòng)引起地層壓力變化的過程,壓降測(cè)試起始點(diǎn)應(yīng)該與測(cè)試活塞開始移動(dòng)的點(diǎn)嚴(yán)格對(duì)應(yīng)。因此,筆者選擇測(cè)試活塞移動(dòng)速度由零開始變正的點(diǎn)作為壓降測(cè)試起始點(diǎn),同時(shí)對(duì)該點(diǎn)以后的測(cè)試壓力的變化趨勢(shì)進(jìn)行檢驗(yàn),以消除無效活塞移動(dòng)點(diǎn)可能帶來的誤判。確定該點(diǎn)的差分方程組為
式中:t3為壓降測(cè)試起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻,s;vc(t3)為t3時(shí)刻的測(cè)試活塞移動(dòng)速度,m·s-1;vc(t3+ Δt )為t3后一個(gè)采樣周期的測(cè)試活塞移動(dòng)速度,m·s-1;p( t3)為t3對(duì)應(yīng)的探管入口處的測(cè)試壓力,MPa;p( t3+ Δt)為t3后一個(gè)采樣周期對(duì)應(yīng)的探管入口處的測(cè)試壓力,MPa。
壓降測(cè)試結(jié)束點(diǎn)則選擇測(cè)試活塞移動(dòng)速度由正變?yōu)榱愕狞c(diǎn),同時(shí)對(duì)該點(diǎn)以后的測(cè)試壓力的變化趨勢(shì)進(jìn)行檢驗(yàn),以消除無效活塞停止點(diǎn)可能帶來的誤判。確定該點(diǎn)的差分方程組為
式中:t4為壓降測(cè)試結(jié)束點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻,s;vc(t4)為t4時(shí)刻的測(cè)試活塞移動(dòng)速度,m·s-1;vc(t4- Δt )為t4前一個(gè)采樣周期的測(cè)試活塞移動(dòng)速度,m·s-1;p( t4)為t4對(duì)應(yīng)的探管入口處的測(cè)試壓力,MPa;p( t4+ Δt)為t4后一個(gè)采樣周期對(duì)應(yīng)的探管入口處的測(cè)試壓力,MPa。
一般情況下,壓力恢復(fù)測(cè)試起始點(diǎn)與壓降測(cè)試結(jié)束點(diǎn)位于同一個(gè)位置。但是對(duì)于低滲地層而言(滲透率小于5×10-3μm2),需要考慮管儲(chǔ)效應(yīng),應(yīng)該在測(cè)試壓力曲線上選擇位于壓降測(cè)試結(jié)束點(diǎn)后面的壓力最低點(diǎn)作為壓力恢復(fù)測(cè)試起始點(diǎn),此時(shí)確定該點(diǎn)的差分方程組變?yōu)?/p>
式中:t5為壓力恢復(fù)測(cè)試起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻,s;p( t5)為t5對(duì)應(yīng)的探管入口處的測(cè)試壓力,MPa;p( t5- Δt )為t5前一個(gè)采樣周期對(duì)應(yīng)的探管入口處測(cè)試壓力,MPa;p( t5+ Δt)為t5后一個(gè)采樣周期對(duì)應(yīng)的探管入口處的測(cè)試壓力,MPa。
該點(diǎn)位于地層恢復(fù)壓力變化幅度小于壓力計(jì)最大測(cè)量誤差、并穩(wěn)定600 s以后的壓力測(cè)量曲線段的尾部最高點(diǎn)。為了保證壓力恢復(fù)期間地層壓力不受其他因素的影響,還要同時(shí)檢測(cè)儀器內(nèi)部的測(cè)試活塞和電動(dòng)機(jī)是否處于靜止?fàn)顟B(tài)。確定該點(diǎn)的差分方程組為
式中:δg為儀器的測(cè)量精度,MPa;tc為地層恢復(fù)壓力達(dá)到δg的時(shí)刻,s;p( tc)為tc對(duì)應(yīng)的探管入口處的測(cè)試壓力,MPa;p( tc- Δt)為tc前一個(gè)采樣周期對(duì)應(yīng)的探管入口處的測(cè)試壓力,MPa;ω( ti)為儀器動(dòng)力電機(jī)任一時(shí)刻的轉(zhuǎn)速,rad·s-1。
為了消除近井地帶泥漿污染對(duì)地層滲透性的影響,泵抽式電纜地層測(cè)試一般要在同一個(gè)測(cè)試層位完成多次泵抽作業(yè)。這樣就會(huì)存在多組地層測(cè)試曲線,而使用不同的測(cè)試曲線解釋出的地層滲透率往往存在較大的差異。筆者使用反演法,通過已知的地層和流體參數(shù)計(jì)算最優(yōu)化的地層測(cè)試參數(shù)指標(biāo)集,然后分別計(jì)算所有測(cè)試曲線各對(duì)應(yīng)參數(shù)對(duì)于最優(yōu)化指標(biāo)集的海明貼近度進(jìn)行模糊綜合評(píng)判[5-6],從而確定最佳測(cè)試曲線。
合理測(cè)試壓差應(yīng)設(shè)計(jì)為原始地層壓力的15%左右[4],結(jié)合本文的實(shí)際解釋經(jīng)驗(yàn),對(duì)于地層壓力測(cè)試過程,由于抽吸的流體只有20 mL左右,所以絕大多數(shù)為地層水[7],因此該指標(biāo)可以選擇到30%,即
式中:Δpid為合理測(cè)試壓差,MPa;Δpi為原始地層壓力,MPa。
將合理測(cè)試壓差轉(zhuǎn)換為電纜地層測(cè)試可控制的流量,其計(jì)算公式為
式中:qid為合理測(cè)試流量,m3·s-1。
壓恢測(cè)試恢復(fù)時(shí)間的設(shè)計(jì)應(yīng)該以能夠使壓力恢復(fù)的測(cè)試半徑達(dá)到儲(chǔ)層的垂直邊界作為標(biāo)準(zhǔn),該項(xiàng)指標(biāo)用tid表示,其計(jì)算公式為[4]
按照現(xiàn)代試井理論,壓降測(cè)試的影響范圍要達(dá)到儲(chǔ)層的邊界。對(duì)于泵抽式電纜地層測(cè)試而言,由于測(cè)試時(shí)間的限制,一般無法使壓降測(cè)試的影響范圍達(dá)到儲(chǔ)層的水平邊界,因此可以選擇儲(chǔ)層的垂直邊界作為設(shè)計(jì)壓降測(cè)試抽吸體積的標(biāo)準(zhǔn),用 表示,其計(jì)算公式為
將壓降測(cè)試起始與結(jié)束點(diǎn)之間測(cè)壓曲線上出現(xiàn)的拐點(diǎn)數(shù)的倒數(shù)定義為“壓降曲線平穩(wěn)度”,用符號(hào)α表示。該值越大,則壓降曲線越平穩(wěn),理想值為1,計(jì)算公式為
式中:n1為壓降測(cè)試期間壓力測(cè)試曲線上拐點(diǎn)的個(gè)數(shù)。
流量曲線平穩(wěn)度定義為壓降測(cè)試起始與結(jié)束點(diǎn)之間,測(cè)試流量曲線上出現(xiàn)拐點(diǎn)數(shù)的倒數(shù),用符號(hào)β表示。該值越大,則流量曲線越平穩(wěn)。該指標(biāo)的理想值為1,計(jì)算公式為
式中:n2為壓降測(cè)試期間流量測(cè)試曲線上拐點(diǎn)的個(gè)數(shù)。
從地層壓力測(cè)試的目的來說,理想的結(jié)果是測(cè)量到地層的原始?jí)毫?,反映到壓力測(cè)試曲線上,就是曲線的最終斜率為零。該指標(biāo)用符號(hào)ε表示,理想值為1。計(jì)算公式為
式中:ζi為每條壓力測(cè)試曲線的最終斜率,MPa·s-1;m為實(shí)測(cè)曲線的總數(shù)。
由于近井地帶存在泥漿污染的緣故,從完成時(shí)間上看,越靠后的測(cè)試數(shù)據(jù)受到的泥漿污染的影響越小,越能反映地層的真實(shí)滲透性。因此,在前述5項(xiàng)指標(biāo)基本相同的情況下,優(yōu)先選用測(cè)試時(shí)間靠后的測(cè)量曲線,該指標(biāo)用符號(hào)τ表示,其理想值為1。計(jì)算公式為
相對(duì)于前述8項(xiàng)最佳測(cè)試曲線的評(píng)判指標(biāo),分別計(jì)算每條測(cè)試曲線對(duì)應(yīng)參數(shù)的海明貼近度,經(jīng)過歸一化的計(jì)算通式為
式中:N( Aj,Bj)i為第i條測(cè)試曲線的第j項(xiàng)指標(biāo)的海明貼近度;l為每項(xiàng)指標(biāo)中的元素個(gè)數(shù);Aj為理想指標(biāo)集合中的第j項(xiàng)指標(biāo);Aj(uk)為理想指標(biāo)集合中的第j項(xiàng)指標(biāo)的第k個(gè)元素;Bj為實(shí)測(cè)曲線指標(biāo)集合中的第j項(xiàng)指標(biāo);Bj(uk)為實(shí)測(cè)曲線指標(biāo)集合中的第j項(xiàng)指標(biāo)的第k個(gè)元素。
使用8項(xiàng)評(píng)判指標(biāo)的海明貼近度構(gòu)成每條測(cè)試曲線的評(píng)判矩陣
式中:N1i—N8i順序?qū)?yīng)第i條測(cè)試曲線的實(shí)際測(cè)試壓差、測(cè)試流量、壓恢測(cè)試恢復(fù)時(shí)間、壓降測(cè)試抽吸體積、壓降曲線平穩(wěn)度、壓恢測(cè)試最終斜率和壓力測(cè)試時(shí)間分別同理想指標(biāo)集的海明貼近度。
式中:λ1—λ8順序?qū)?yīng)Δpid,qid,tid,Vid,α,β,ε和τ的權(quán)重系數(shù)。
使用代數(shù)合成方式,計(jì)算出每條曲線的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)σi:
選擇σi最大的曲線作為最佳測(cè)試曲線。
應(yīng)用本研究成果開發(fā)的相關(guān)計(jì)算機(jī)軟件,對(duì)新型國產(chǎn)泵抽式電纜地層測(cè)試器(ERCT)在某海上油田獲得的109個(gè)層位的實(shí)測(cè)資料進(jìn)行了滲透率解釋。圖2為某井在2 933 m處的測(cè)壓曲線全貌,圖中空心標(biāo)記代表未被選用的測(cè)試曲線的對(duì)應(yīng)關(guān)鍵測(cè)試點(diǎn)位置。
圖3是經(jīng)典解釋方法[3]、流量分析解釋方法[8]和數(shù)值模擬解釋方法[7]獲得的壓降滲透率解釋成果對(duì)比。
從圖3可以看出,由于關(guān)鍵測(cè)試點(diǎn)和最佳測(cè)試曲線選擇合理、準(zhǔn)確,確保了不同解釋方法獲得的解釋結(jié)果具有良好的一致性,與數(shù)值模擬解釋方法獲得的滲透率相比,經(jīng)典解釋方法的平均誤差為2.55%,流量分析解釋方法的平均誤差為3.37%。
1)在泵抽式電纜測(cè)試資料的滲透率解釋中,綜合使用地層壓力、活塞位移速度和活塞單步位移抽吸體積等測(cè)試數(shù)據(jù)來共同確定關(guān)鍵特征點(diǎn),能夠提高解釋結(jié)果的精度。
2)在同一個(gè)層位先后完成多次壓力測(cè)試的情況下,使用對(duì)壓力測(cè)試曲線的多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)判的方法,能夠準(zhǔn)確選定其中的最佳測(cè)試曲線,從而提高滲透率解釋結(jié)果的合理性。
3)使用文中成果開發(fā)的計(jì)算機(jī)軟件對(duì)泵抽式電纜地層測(cè)試器109個(gè)層位的實(shí)際測(cè)試資料進(jìn)行了滲透率解釋,提高了解釋結(jié)果的精度,消除了人工選點(diǎn)引入的不確定因素,保證了解釋結(jié)果的客觀性和可重復(fù)性。
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Optimization method of key test point picking and best plot choosing from pumping wireline formation test data
Meng Yuexin Li Xiangfang Du HuiSui Xiuxiang
(MOE Key Laboratory of Petroleum Engineering in China University of Petroleum,Beijing 102249,China)
When the pumping wireline formation test technology is used for evaluating the oil and gas resources in the oilfield,the optimization method of key test point picking and best test plot choosing is a primary link in ensuring the authenticity and reliability of the interpretation results.Based on the advantages that pumping wireline formation tester is able to provide many kinds of formation fluid test data and instrument control parameters and started from the permeability interpretation principle of wireline formation test,this paper studied 512 groups practical testing plots of formation pressure test and sampling operation of one offshore oilfield,built up a new optimization method to accurately determine the seven key test points,such as the start point of drawdown test and the best test plot by utilizing several kinds of test information simultaneously.The developed software in this method has been applied to interpret the permeability of 109 layers combined with the test data of new domestic pumping wireline formation tester(ERCT).The results show that the new method presented in this paper not only improves the calculation precision,but also eliminates the differences of the interpretation results caused by different operators,which ensures the objectiveness and uniqueness of the results.
wireline formation test,permeability interpretation,key data points,the best test plot,optimization method.
國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863)項(xiàng)目“油氣層鉆井中途測(cè)試儀工程化集成與應(yīng)用”(2006AA090101);國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目“凝析氣藏相變滲流機(jī)理及其試井方法研究”(50974128)
TE357.8
A
2010-05-24;改回日期:2010-07-15。
孟悅新,男,中國石油大學(xué)(北京)博士研究生,主要從事油氣田開發(fā)理論與系統(tǒng)工程等方面的研究工作。電話:(010)89734340,E-mail:duhui1209@163.com。
(編輯 滕春鳴)
1005-8907(2010)05-632-05
孟悅新,李相方,杜輝,等.泵抽式電纜地層測(cè)試關(guān)鍵點(diǎn)及曲線優(yōu)化新方法[J].斷塊油氣田,2010,17(5):632-636.
Meng Yuexin,Li Xiangfang,Du Hui,et al.Optimization method of key test point picking and best plot choosing from pumping wireline formation test data[J].Fault-Block Oil&Gas Field,2010,17(4):632-636.