邊仁河 祖成敏

(大慶鉆探工程公司測(cè)井公司儀器維修中心 黑龍江大慶)

電纜地層測(cè)試器預(yù)測(cè)試方法研究

邊仁河 祖成敏

(大慶鉆探工程公司測(cè)井公司儀器維修中心 黑龍江大慶)

文章分析了最新的電纜地層測(cè)試器中預(yù)測(cè)試的工作原理、預(yù)測(cè)室實(shí)現(xiàn)方式、預(yù)測(cè)室活塞運(yùn)動(dòng)方法,結(jié)合地層滲透性的大小選擇相應(yīng)的操作模式,從而獲得最佳的測(cè)試結(jié)果,求出地層滲透率。常規(guī)預(yù)測(cè)試方法滿足了早期傳統(tǒng)儀器地層壓力測(cè)試的需求;體積預(yù)測(cè)試比較適于滲透率較低的地層;限壓力降預(yù)測(cè)試能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)測(cè)試過(guò)程中的流體流動(dòng)壓力大于地層飽和壓力,避免發(fā)生汽化現(xiàn)象,所抽取流體為單相地層流體。在每種預(yù)測(cè)試模式選擇中,預(yù)測(cè)試活塞的抽取速度還可以作為補(bǔ)充測(cè)試手段由操作工程師自己選定從而快速判斷地層滲透性好壞。這些單獨(dú)或組合預(yù)測(cè)試控制模式的應(yīng)用使得電纜地層測(cè)試器的預(yù)測(cè)試功能適應(yīng)性更強(qiáng),滲透率估算更為準(zhǔn)確。

地層測(cè)試器;滲透率;預(yù)測(cè)試;地層壓力

0 引 言

地層滲透率是地質(zhì)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)重要參數(shù),它的求取是一個(gè)復(fù)雜的課題。因?yàn)榈貙恿黧w的組分比較復(fù)雜,可能是單相的油、氣、水,或者其中兩相甚至三相的組合,地層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)可能是均質(zhì)、非均質(zhì)、裂縫地層,也可能是任意組合混合結(jié)構(gòu)。這些因素都為地層滲透率的求取帶來(lái)了難度。利用電纜地層測(cè)試器獲取的地層壓力恢復(fù)時(shí)間、判別流體類型等資料求取地層的平均有效滲透率、建立清晰的流體壓力梯度場(chǎng),是一種非常有效的測(cè)井方法。

早期使用的電纜地層測(cè)試器的預(yù)測(cè)試室體積固定,造成原有儀器僅適于均質(zhì)中等滲透率(0.1×10-3～100×10-3μm2)的測(cè)試要求,而對(duì)于均質(zhì)低滲透率或高滲透率地層的測(cè)試則是一個(gè)盲區(qū)。最新型地層測(cè)試器的預(yù)測(cè)試技術(shù)有了較大的改進(jìn),采用智能程控預(yù)測(cè)試技術(shù),操作工程師可以根據(jù)已獲取的油藏信息,有針對(duì)性地選擇合適的預(yù)測(cè)試控制模式,使得預(yù)測(cè)試功能適應(yīng)性更強(qiáng),滲透率估算更為準(zhǔn)確,減少了儀器測(cè)試盲區(qū)。

1 預(yù)測(cè)試原理

圖1 壓力預(yù)測(cè)試示意圖

電纜地層測(cè)試器將測(cè)試探頭推靠到井壁,如圖1所示。探頭通過(guò)封隔器(“派克”)和地層緊密密封后,擠壓泥餅,回縮探針形成一條由地層通往儀器預(yù)測(cè)試室的流體測(cè)試空腔,操作工程師控制儀器選擇某種預(yù)測(cè)試控制模式開啟預(yù)測(cè)試室,抽取一定體積的地層流體樣品,從而形成地層壓力降,這一壓力降以近似于球面形式向外傳播。壓降結(jié)束后,地層流體中未被擾動(dòng)的部分又向低壓區(qū)流動(dòng),直至壓力恢復(fù)到原始地層壓力。在這一過(guò)程中,儀器中設(shè)置的壓力計(jì)將全程記錄地層壓力和時(shí)間的函數(shù)曲線。典型的預(yù)測(cè)試壓力記錄曲線如圖2所示。通過(guò)測(cè)試的壓降大小和不同時(shí)間記錄的恢復(fù)壓力是地層滲透率的函數(shù),因此根據(jù)壓力降落數(shù)據(jù)和壓力恢復(fù)資料可計(jì)算地層滲透率K。根據(jù)達(dá)西公式求取地層滲透率[1]。

式中,K為滲透率;C為儀器系數(shù);Q為預(yù)測(cè)室流體流速;μ為流體粘稠度;ΔP=FSI-DD:最終封閉壓力減去抽吸壓力(預(yù)測(cè)試時(shí)的流動(dòng)壓力)。

圖2 典型的預(yù)測(cè)試壓力記錄曲線

2 儀器預(yù)測(cè)室(工作)實(shí)現(xiàn)方式

目前國(guó)內(nèi)外在用電纜地層測(cè)試器壓力預(yù)測(cè)室設(shè)計(jì)上有兩種:(1)機(jī)械式活塞控制;(2)液壓式活塞控制。機(jī)械式活塞控制預(yù)測(cè)試機(jī)理如圖3所示。是采用電動(dòng)馬達(dá)(與行星式滾珠絲杠裝置聯(lián)系在一起)和高速減速齒輪箱組合,根據(jù)地層壓力大小、流體流速調(diào)節(jié)壓力預(yù)測(cè)室容積,以適應(yīng)地層壓力恢復(fù)時(shí)間求準(zhǔn)地層壓力。

液壓式活塞控制預(yù)測(cè)試機(jī)理如圖4所示。采用液壓泵控制液壓流量,調(diào)節(jié)預(yù)測(cè)室容積,通過(guò)控制測(cè)試的流動(dòng),使壓降保持在泡點(diǎn)壓力以上,讓活塞的排出量與流體的流入量相等,這可以保證只有單項(xiàng)流體流動(dòng),消除多項(xiàng)解釋的麻煩,保持樣品的完整,從而求得良好滲透率參數(shù)測(cè)量結(jié)果[2]。

圖4 液壓式活塞控制預(yù)測(cè)試機(jī)理

兩種工作方式均能實(shí)現(xiàn)地層壓力的可變?nèi)莘e壓力測(cè)試,相對(duì)于地層測(cè)試器的早期產(chǎn)品具有更好的適應(yīng)性和測(cè)量精度,具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。機(jī)械式預(yù)測(cè)試工作方式相對(duì)于液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)極大提高了預(yù)測(cè)試流速控制和容積的穩(wěn)定性保持。液壓式預(yù)測(cè)試工作方式在保證流體單相態(tài)上具有優(yōu)勢(shì),有利于地層流體的PVT取樣。

3 預(yù)測(cè)試活塞的運(yùn)動(dòng)控制方式(測(cè)量模式)

儲(chǔ)集層滲透率的變化范圍很大,一般為10-4μm2～10μm2。欲求取地層滲透率,應(yīng)在儲(chǔ)層中產(chǎn)生一個(gè)地層測(cè)試器可以識(shí)別和感知的壓力擾動(dòng)。這意味著預(yù)測(cè)試室的活塞在機(jī)械或液壓系統(tǒng)的控制下,運(yùn)動(dòng)速度和抽取體積必須和地層滲透率匹配。預(yù)測(cè)試的容積是指預(yù)測(cè)室活塞抽送運(yùn)動(dòng)形成的管腔容積。我們討論預(yù)測(cè)試的體積時(shí),通常是指預(yù)測(cè)試活塞因運(yùn)動(dòng)而引起的體積變化量(ΔV)。預(yù)測(cè)試室的實(shí)際體積實(shí)時(shí)記錄在測(cè)試曲線上。最新的單探頭電纜測(cè)試器預(yù)測(cè)試模式有3種:(1)常規(guī)模式預(yù)測(cè)試;(2)限體積模式預(yù)測(cè)試;(3)限壓力降模式預(yù)測(cè)試[3]。

3.1 常規(guī)模式預(yù)測(cè)試

常規(guī)預(yù)測(cè)試時(shí)(預(yù)測(cè)室體積恒定),預(yù)測(cè)試活塞將滿行程運(yùn)動(dòng),即ΔV=某一恒定值。

3.2 限體積模式預(yù)測(cè)試

在限體積預(yù)測(cè)試期間,預(yù)測(cè)試活塞在預(yù)測(cè)試室體積達(dá)到操作者經(jīng)MAXIS規(guī)定的某一值時(shí)停止運(yùn)動(dòng)。在低滲透率情況下,體積預(yù)測(cè)試可以節(jié)省操作時(shí)間。理論上任何一點(diǎn)的體積預(yù)測(cè)試可做無(wú)數(shù)次,但累計(jì)體積不超過(guò)儀器設(shè)計(jì)的最大值。在變滲透率巖層,當(dāng)不知道用多大的預(yù)測(cè)試體積時(shí),應(yīng)當(dāng)開始用一個(gè)小體積的預(yù)測(cè)試觀察地層的響應(yīng)情況,如有必要再選用大一些的體積預(yù)測(cè)試。測(cè)試事例如圖5所示。

3.3 限壓力降模式預(yù)測(cè)試

對(duì)于限壓力降預(yù)測(cè)試而言,預(yù)測(cè)試活塞將在流體管路中的壓力降至操作工程師經(jīng)地面采集系統(tǒng)規(guī)定的值時(shí)停止運(yùn)動(dòng)。由于系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的原因,實(shí)際流體管路壓力會(huì)“擊穿”規(guī)定值。預(yù)測(cè)試室的體積可以是1CC～最大值之間的任意值。這一選擇適用于低滲透率井,以減少壓力恢復(fù)時(shí)間;也可用于滲透率低且泥漿壓力高的井況;還適用于飽和壓力點(diǎn)以上的壓力測(cè)試,以確保流體管路中只有一種單相流體。它還可以避免在派克上產(chǎn)生過(guò)大的拉力差,減少派克密封失敗和損壞。在滲透率很高的情況下,實(shí)際流體管路壓力在未達(dá)到規(guī)定值時(shí),滿刻度體積的預(yù)測(cè)試就可能已經(jīng)出現(xiàn)。在滲透率很低的情況下,流體管路壓力很快會(huì)降至規(guī)定值,且預(yù)測(cè)試體積可能很小。

圖5 限體積模式預(yù)測(cè)試

3.4 預(yù)測(cè)試活塞的抽取速度

預(yù)測(cè)試活塞的抽取速度也可用流量表示。地層滲透率低時(shí),其速度應(yīng)減小,并與地層供給流體的速度相匹配,以避免過(guò)高的壓力降;地層滲透率高時(shí),其速度相應(yīng)增加,以便產(chǎn)生出可觀察到的壓力降和壓力恢復(fù)過(guò)程。低預(yù)測(cè)試速率還可用于容易跨塌的軟地層。

4 結(jié) 論

為了適應(yīng)地層滲透率復(fù)雜多變的情況,最新的電纜式地層測(cè)試器在預(yù)測(cè)試工作實(shí)現(xiàn)方式以及活塞運(yùn)動(dòng)控制方式上較早期地層測(cè)試儀器有了重大技術(shù)改進(jìn),通過(guò)不同的控制模式(常規(guī)預(yù)測(cè)試;限體積預(yù)測(cè)試;限壓力降預(yù)測(cè)試三種模式)單獨(dú)或組合工作,完成更具有適應(yīng)性的精確地層壓力測(cè)量。在每種模式中,控制預(yù)測(cè)試活塞的抽取速度還可以作為補(bǔ)充測(cè)試手段由操作工程師自行選定,快速直觀的判定地層滲透性好壞。

[1] 王壽奎.重復(fù)式電纜地層測(cè)試器[M].北京:石油工業(yè)出版社,1987

[2] SCHLUMBERGER CO.MDT Hydraulic Manual[M].1992

[3] 張 宏.MDT模塊式地層測(cè)試器預(yù)測(cè)試技術(shù)研究[J].天然氣工業(yè).2006

Study on the identifying method of pretest in the formation test tool.

Bian Renhe and Zu Chengmin.

This article focuses on the principle of pretest,the realization of pretest,and the movement of pretest piston.This article also explains how to choose the appropriate operation subsets according to the formation permeability.As a result,we can get the best test result and solve the formation permeability.The conventional pretest method can meet the need of traditional formation test demand.The volume pretest is more suitable for low permeability formations.The limited pressure pretest can make the flowing pressure higher than the formation saturation pressure during the test process,which avoids the gasification when the extracted liquid is in single phase.Adjusting the speed of pretest piston will become a supplemental way if an engineer wants to evaluate the formation permeability more quickly.The application of pretest subsets combination gets the functions of the cable formation pressure test more adaptable,and the permeability estimation more accurate.

Formation test;Permeability;Pretest;Formation pressure

P631.8+3

B

1004-9134(2011)04-0012-03

邊仁河,男,1972年生,工程師,1994年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院測(cè)井專業(yè),現(xiàn)在大慶油田鉆探工程公司測(cè)井公司儀器維修中心從事生產(chǎn)管理工作。郵編:163412

2011-03-09編輯梁保江)

PI,2011,25(4):12～14

·儀器設(shè)備·