蔡軍, 孫建孟, 劉坤

(1.中國石油大學(華東)石油工程學院, 山東 青島 266580; 2.中海石油(中國)有限公司湛江分公司,廣東 湛江 524057; 3.中國石油大學(華東)地球科學與技術學院, 山東 青島 266580)

0 引 言

模塊式電纜地層動態(tài)測試器MDT(Modular Formation Dynamics Tester)作為新一代電纜地層測試儀,可進行測壓、滲透率評價、流體識別、井下流體取樣、預測產(chǎn)能等測井作業(yè)[1-2]。在石油勘探開發(fā)過程中,泥漿不可避免地侵入地層造成儲層污染[3]。研究泥漿侵入特性的方法主要是用數(shù)值模擬方法和泥漿侵入實驗模擬泥漿侵入特性和儲層的污染程度[4-5]。中國一些專家針對該問題進行了大量研究工作。王衛(wèi)萍等介紹了RFT中如何獲取泥漿和地層壓力,對儲層污染的分析提供定性判斷[6];周霞等介紹了通過RFT提供的泥漿壓力與地層壓力合理判斷儲層的污染情況,給生產(chǎn)提供合理的分析依據(jù)[7];時新芹等分析了MDT對儲層流體性質(zhì)的識別方法,為儲層污染分析提供了一種分析方法[8];馬建國等介紹了電纜地層測試確定儲層參數(shù)的方法,包括污染系數(shù)等儲層損害性參數(shù)的方法[9];王杰堂介紹了電纜地層測試中壓降法計算儲層污染深度的方法[10]。這些方法基本上考慮的是電纜地層測試的某個方面,具有局限性。本文采用地層壓力測試數(shù)據(jù)、地層流體采樣數(shù)據(jù)和試油資料從流度、鉆井液柱壓力和地層壓力差、泵抽流體速度、鉆井液和取樣流體氯根相對差值建立評價儲層污染程度的方法體系,并取得了較好的效果。

1 多參數(shù)評價儲層污染

Z區(qū)烴源巖主要位于下第三系地層,儲蓋關系良好,是油氣藏的富集帶,儲層物性多表現(xiàn)為低滲透特征。巖性以細砂巖和粉砂巖為主,全巖分析顯示礦物成分主要為石英,并且發(fā)育有長石和黏土礦物,黏土礦物分析顯示黏土成分主要為伊利石和伊蒙混層。巖石物性分析顯示孔隙范圍主要分布在12%～20%,滲透率主要分布在0.1～5 mD*非法定計量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同,為中孔隙度滲透率儲層。儲層污染損害主要發(fā)生在井筒附近區(qū)域,因為該區(qū)是工作液與儲層直接接觸地帶,也是溫度、壓力、流體流速劇烈變化帶。儲層損害實質(zhì)就是儲層孔隙結構變化導致的滲透率下降。導致儲層污染的因素很多,歸納起來有內(nèi)在因素(即儲層本身的巖性、物性、油氣水性質(zhì))和外在因素。儲層污染可以分為機械損害、化學損害、生物損害和熱力損害,針對Z油田探討由于泥漿侵入導致的儲層污染損害。

1.1 流度

電纜地層測試器通過抽吸地層流體引起探針周圍地層壓力變化,通過記錄壓力變化曲線,依據(jù)地下流體的滲流理論,應用壓降分析法和壓力恢復法估算地層的流度。在使用電纜地層測試儀器中非常小的預測室進行預測時,由于預測室體積很小,測試過程中只涉及少量流體流動,這時流體的流動模式可認為是呈球形或半球形的,根據(jù)單相液體穩(wěn)定滲流理論的球面向心流理論[11],有

(1)

式中,re為供液半徑;pe為供液壓力;rp為有效取樣管半徑;pw為取樣管處的流動壓力。若研究的是整個球形空間的點匯,則產(chǎn)量為

(2)

式中,μ為流體黏度?？紤]到實際測試中有效取樣管半徑遠小于供液半徑,實際情況下流動速度并不是絕對均勻的。斯倫貝謝電纜地層測試儀器在現(xiàn)場估算儲層流度的算法為積分法[12],其公式為

(3)

式中,MOB為壓降流度,μm2/(Pa·s);C為壓降流動因子,無量綱;Q為預測室體積,cm3;ΔTi為相鄰采樣點之間的時間間隔,s;Δpi為相鄰采樣點之間的壓力降,psi*非法定計量單位,1 psi=6.885 kPa,下同。MDT計算的壓降流度為儲層滲透率與流體黏度的比值,在忽略地下流體種類、壓力和溫度的影響因素時,流度反映的就是地下流體的相滲透率。

鉆桿測試(DST)又稱中途測試,指在鉆井過程中發(fā)現(xiàn)良好油氣顯示,即停止鉆進,對可能的油氣層進行測試求產(chǎn)。利用鉆桿地層測試產(chǎn)能求得單位厚度采油指數(shù),探討求產(chǎn)段的流度平均值和單位厚度采油指數(shù)間的關系(見圖1)。

圖1 Z區(qū)單位厚度采油指數(shù)和流度關系圖

單位厚度采油指數(shù)是指單位厚度單位生產(chǎn)壓差下油井的日產(chǎn)量,它直接反映油井生產(chǎn)能力的大小。為反映試油層段整體污染程度,利用儲層的總厚度代替有效厚度,求得的單位厚度采油指數(shù)表示產(chǎn)油能力大小。據(jù)圖1分析,試油段的平均流度和單位厚度采油指數(shù)成正相關。一般情況下儲層的污染程度越大,儲層的產(chǎn)能相對就越小,因此能用流度衡量儲層的污染程度,但是儲層的污染程度還與其他因素有關,因此需要多參數(shù)綜合考慮。

1.2 鉆井液柱壓力、地層壓力差和流體泵抽速度

電纜地層測試器采樣過程中可連續(xù)記錄井下壓力值,壓力數(shù)據(jù)在地面上以模擬形式和數(shù)字形式記錄下來[13]。根據(jù)地層壓力測試的地層壓力恢復情況,可以把測點類型分為超壓、干測試、座封失敗和正常測試等4種[14]。超壓是指MDT獲取的測點壓力值高于儲集層真實壓力的現(xiàn)象,通常認為超壓現(xiàn)象與儲層物性條件較差有關,這是因為儲層物性較差時一般泥餅難以形成或形成泥餅的質(zhì)量較差,不足以隔開井筒泥漿和地層孔隙流體的壓力差。干測試指在MDT測試中測點的最終恢復壓力不足泥漿壓力的20%時所進行的測試[15]。干測試說明測試點的儲層物性非常差,孔隙度和滲透率比較低,儲層的壓力不易恢復到地層壓力。座封失敗一般認為是2個方面原因造成的,一是井眼不規(guī)則導致的封隔器無法正常工作,導致封隔失敗;二是儲層異常致密導致形成的泥餅質(zhì)量差、厚度薄,在測試過程中井筒和地層沒有完全封隔開,因為測試過程中沒有流度的信息,因此座封失敗在分析時沒有考慮。鑒于干測試點和超壓測試點地層壓力的恢復曲線并不能直觀識別地層壓力,因此用恢復的最后壓力近似代替地層壓力。圖2為泥漿柱和地層壓力差值與流度的關系圖,從圖2中可以看出對于超壓點和干測試點的流度都比較小,都小于10 mD/cP,也就是被污染儲層的流度一般都不大。因此,根據(jù)壓力測試點的類型和流度能在一定程度上反映儲層的污染情況。

圖2 泥漿柱壓力和地層壓力差與流度關系圖

圖3 泵速和流度的關系圖

MDT的泵抽模塊可以直接把流體從地層排到井眼鉆井液中,且不受體積限制。根據(jù)地下流體滲流理論分析可知,如果儲層污染嚴重,則泵抽的效率會比較低。圖3為泵抽流體時的泵速和流度的關系圖。從圖3可見,泵速和流度成正相關,因此,泵速也能在一定程度上反映儲層污染的程度。

1.3 鉆井液氯根和樣品氯根相對差

圖4 泥漿柱和樣品相對氯根差和流度的關系圖

多樣品模塊有6個取樣筒,每個取樣筒450 cm3,可提供足夠的高質(zhì)量PVT樣品分析。當儲層污染嚴重時,流度較小,儲層流體流動困難,雖然泵抽相應的時間后,但取得的流體仍然是污染后的流體,在儲層污染過程中,由于侵入擴散作用,地層流體氯根和鉆井液氯根會趨于一致,兩者越接近,污染程度越大。因此,構建一個相對氯根表征儲層污染的程度是可行的。地層的中的氯根含量,取該深度點所有樣品氯根的平均值。

ΔCl=(│mCl-MCl│/mCl)100%

(4)

式中,ΔCl為鉆井液氯根和樣品氯根相對差,無量綱;mCl為鉆井液氯根含量,mg/L;MCl為當前深度點所有樣品氯根的平均值,mg/L。圖4為相對氯根和流度的關系圖,兩者成冪指數(shù)關系,相對氯根含量在一定程度上能反映儲層的污染程度。

2 污染程度等級劃分和應用實例

(1) 利用泥漿柱壓力和地層壓力差定性判別儲層的污染點分布,剔除無效測試點。根據(jù)流度、泵速及相對氯根和儲層污染程度之間的關系建立了判別儲層污染程度的綜合評價指標F

F=MOB·v·ΔCl

(5)

式中,F為構建的綜合評價指標;MOB為分析流度,μm2/(Pa·s);v為泵速,L/min。

(2) 依據(jù)這3個參數(shù)和綜合指標把儲層污染劃分為3個等級(見表1)。

表1 Z區(qū)儲層污染劃分標準

(3) 為更直觀有效地判斷儲層污染,利用流度和綜合指標建立了儲層污染的判別標準圖版(見圖5)。依據(jù)流度和綜合指標的交會關系,把儲層污染劃分為重度污染、中度污染和輕度污染等3個等級。圖5圖例中求產(chǎn)層段指的是DST試油層段流度均值以及綜合評價指標均值F的分布規(guī)律,并且儲層產(chǎn)能隨著流度及綜合指標的增加而增加。圖5中分析取樣點共33個(見表2),符合率為82%。結果表明,該方法評價儲層污染可行。

圖5 流度和綜合指標F的交會圖

(4) 圖6為Z區(qū)A1井測井解釋成果圖。圖6中第1道為泥質(zhì)指示曲線和深度指示曲線;第2道為

圖6 Z區(qū)A1井測井解釋成果圖

序號流度/(mD·cP-1)泵速/(L·min-1)相對氯根綜合指標F符合與否符合率10.7019.5712.37169.46√20.909.078.7871.67√31.001.6520.5833.96√41.105.5612.7477.92√51.2412.5020.87323.49√61.4011.7619.17315.61√72.3011.3611.24293.68√82.479.5219.79465.35√92.7115.4831.871336.97×103.3631.5829.793160.98×114.6911.5926.671449.70√125.1015.1116.151244.54√135.7417.6414.001417.55√145.7530.233.46601.43×156.5018.4418.612230.59√167.6037.9326.837734.23√178.9035.2335.4711121.51×189.1337.8162.8721703.06×1914.3042.2234.9121076.77√2015.2021.4357.1218606.04√2116.7030.4367.2434170.09√2217.4029.1756.0028423.25√2318.9934.4859.9139227.58√2419.3040.0021.6416706.08√2524.9078.1366.67129702.28√2626.1010.3463.8517231.45√2728.1026.4547.5335326.43√2830.1136.0450.9455278.27√2935.4814.1379.7239966.22√3043.0221.8538.7036377.50√3143.8012.4516.108779.49×3244.2033.0050.0072930.00√3357.2010.5375.0045173.70√82%

表3 Z區(qū)A1井MDT儲層污染程度評價成果表

三孔隙度曲線;第3道為隨鉆電阻率曲線;第4道為全巖分析巖性剖面;第5道為滲透率損害比,污染前后的滲透率損害比為6～10,經(jīng)測井解釋為中度污染。表3為該井MDT儲層污染程度評價成果表,流度平均值為8.08,綜合評價指標為4 210。根據(jù)圖5交會圖分析,該井試油層段為中度污染,與測井解釋結論吻合,證明該方法評價儲層污染可行。

3 結論與認識

(1) 根據(jù)MDT壓力測試數(shù)據(jù)、泵抽流體信息和流體采樣信息等,探討了流度、泵抽流體速度、泥漿氯根與樣品氯根相對差值和儲層污染污染程度的相關性,這3個參數(shù)均呈負相關。根據(jù)壓力測試點類型可在一定程度上識別儲層污染。

(2) 通過33個數(shù)據(jù)樣本的統(tǒng)計分析,應用流度、泵抽流體速度、泥漿氯根與取樣流體氯根相對差值等參數(shù)構建了一個評價儲層污染綜合指標F,建立了由流度和綜合指標F交會圖給出的儲層污染程度判別標準圖版,把儲層污染程度劃分為重度、中度和輕度污等3個等級,判別效果符合率為82%,具有一定的可行性。

(3) 該方法拓展了電纜地層測試器的應用領域,不僅可直接用于儲層污染的識別,而且對常規(guī)測井判斷儲層污染也具有重要的參考價值。

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