蔡軍，高永德 （中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東 湛江524057）

劉海波，劉海涅，王曉飛 （中海油服油田技術事業(yè)部，河北 燕郊065201）

隨著南海海域油氣勘探的逐步深入，低阻低孔低滲等復雜儲層越來越多，對該類儲層的流體性質(zhì)識別和評價是當前面臨的挑戰(zhàn)。為有效解決這一難題，電纜地層測試是海上探井一項獲取地層流體樣品的重要測井手段。但在應用過程中，存在以下問題：因儲層滲透性、泵抽效率以及泥漿侵入深度等因素影響，電纜地層測試作業(yè)經(jīng)常不能完全取到較純凈的原狀地層流體樣品；取到油氣樣品后就對儲層的流體性質(zhì)下結(jié)論，忽視了水樣樣品的離子組分，影響對水樣的來源的判斷，最終導致對地層流體性質(zhì)的認識錯誤；水樣樣品需要送到陸地實驗室分析，不僅時間長，因樣品大部分是泥漿濾液和地層水的混合樣，不但不能正確反映地層水特征，也無法確定其是否含地層水；油氣樣品與水樣樣品分別分析，沒有從整體上考慮各自所占體積，不利于正確并定量地判斷儲層的流體性質(zhì)［1～3］。

為了解決這些問題，提高儲層流體性質(zhì)識別的精度和提供準確的油氣評價物性參數(shù)，筆者探索了一種新的井場水樣分析技術，該技術由離子含量測定和數(shù)據(jù)分析2部分組成，保證分析結(jié)果的合理性與精度，且具有顯著的時效優(yōu)勢。

1 水樣分析流程

井場水樣分析按以下步驟進行操作，以獲得儲層流體性質(zhì)的正確判斷。

1）對可能進行電纜地層測試取樣的目的層，需要采集鉆開該層時的泥漿樣品進行壓榨獲得泥漿濾液樣品作對比樣品；

2）若電纜地層測試獲得的樣品為油水混合液，則需進行油水分離獲得水樣樣品；

3）對泥漿濾液樣品和井下水樣樣品進行離子測定，獲取泥漿濾液樣品和水樣中各離子的組分和濃度；

4）結(jié)合區(qū)域地層水背景資料，對水樣的離子含量數(shù)據(jù)進行定量的K＋濃度法或定性的Na＋／K＋比值法分析，以確定水樣中混入的泥漿濾液占比；

5）對水樣離子含量扣除泥漿濾液的影響，可獲得地層水的總礦化度，進一步計算地層水電阻率，為測井地層評價提供本井的地層水電阻率；

6）對井下地層取到的油水混合樣品或氣水混合樣品，扣除混入的泥漿濾液的影響后，可以進一步進行地層條件下的含水率估算，最終確定原狀地層流體性質(zhì)。

2 離子含量測定原理

井場快速水樣分析采用離子色譜技術。該技術的測量原理是，樣品溶液進入離子色譜儀后，由于水樣中各種離子因所含電荷、具有的半徑、水合能及其他性質(zhì)的差異，導致了對離子交換樹脂親合力的不同，使陰陽離子在淋洗液和樹脂之間的分配系數(shù)也不盡相同；在柱中反復洗脫和交換后被分開并依次流出，進入微膜抑制器，進行相應的H＋和OH－的交換，使得被測離子變成相應的電導較高的堿和酸；背景電導變成水和低電導的碳酸，經(jīng)電導檢測器逐個檢測，與標準溶液比較，根據(jù)保留時間、峰高或峰面積來分別定性、定量分析水樣中各離子的質(zhì)量含量。

研究涉及的水樣分析設備主要有2種，即美國戴安ICS900離子色譜和瑞士萬通848電位滴定儀。ICS900離子色譜是用PC電腦控制的化學抑制性離子色譜控制系統(tǒng)，能夠測定的常規(guī)陰離子有F－、Cl－、Br－、NO3－、N、P、S，常規(guī)陽離子有Li＋、Na＋、K＋、Mg2＋、Ca2＋、N。848電位滴定儀是離子色譜的必要補充，它是基于所配置的不同試劑來測定樣品中不同離子的濃度和pH值，測定主要離子有C與HC。為進一步提高分析時效，可配2臺離子色譜儀器，對陰陽離子同時測量。

3 數(shù)據(jù)分析方法原理

3.1 計算泥漿濾液含量

1）定量的K＋濃度法 K＋在地層中含量比較少，而海上泥漿一般為氯化鉀泥漿，K＋含量都很高，且K＋不易與其他離子發(fā)生化學反應。如果樣品中K＋濃度比泥漿濾液的K＋濃度低，則很容易被發(fā)現(xiàn)。因此，在實際應用中，將K＋含量作為區(qū)分地層水和泥漿濾液的特征離子，這就是定量的K＋濃度法［3］。

水樣為地層水和泥漿濾液的混合物，同時K＋不易發(fā)生化學反應，取樣樣品中K＋的來源為地層水或泥漿濾液，即混合水樣中K＋濃度乘樣品體積等于泥漿濾液中K＋濃度乘泥漿濾液體積與地層水中K＋濃度乘地層水體積之和，據(jù)此原理可以求出水樣中泥漿濾液混入的比例。

2）定性的Na＋／K＋比值法 為了保證鉆井安全，不污染儲層，需經(jīng)常調(diào)整泥漿體系，故出現(xiàn)井筒泥漿濾液與侵入地層的泥漿濾液性質(zhì)不同的情況，采用Na＋／K＋比值法對流體性質(zhì)進行定性判別。實際應用中，總結(jié)出水樣與泥漿濾液的Na＋／K＋比值之差值0.3作為水樣組成定性區(qū)分的界限值，并與定量的K＋濃度法相結(jié)合，可以較好地判斷取樣樣品的流體性質(zhì)［3］。

3.2 計算地層水含量和總礦化度及電阻率

采用離子分析法來求取混合水樣中的地層水含量，即定量的K＋濃度法和定性的Na＋／K＋比值之差法，綜合判斷水樣中是否含泥漿濾液以及比例，扣除泥漿濾液的離子影響后，可以計算出地層水總礦化度及電阻率。

地層水總礦化度計算公式為：

等效NaCl總礦化度Pwe計算公式為：

式中，P0為地層水總礦化度，mg／L；P1為泥漿濾液總礦化度，mg／L，為泥漿濾液中常見陰陽離子濃度之和；P2為混合水樣總礦化度，mg／L，為樣品中常見陰陽離子濃度之和；M為泥漿濾液的占比，%；Pi與Ki分別為第i種離子的礦化度與等效系數(shù)。

根據(jù)混合溶液總礦化度確定各種離子等效系數(shù)Ki的關系圖版［4］，可以求得水樣樣品的等效NaCl總礦化度，對幾種稀有離子可用固定的等效離子系數(shù)。根據(jù)NaCl溶液電阻率與其礦化度及溫度的關系圖版［4］，可得到地層溫度下地層水電阻率。

3.3 計算儲層產(chǎn)水率

儲層產(chǎn)水率的求取多采用生產(chǎn)測井技術及鉆井中途測試（DST）技術?；陔娎|地層取樣情況，筆者采用現(xiàn)場水分析技術：通過確定水樣中地層水的比例和體積，借助圖版法［5］得出其在地層條件下的體積；對于油樣樣品，根據(jù)現(xiàn)場原油高溫高壓分析所確定原油的體積系數(shù)，把地面條件下取得的油樣體積轉(zhuǎn)化為地層條件下的原油體積；根據(jù)地層條件下油層中油與水的含量比例，可定量地判斷儲層的流體性質(zhì)，進而確定儲層產(chǎn)水率。

4 現(xiàn)場應用

北部灣某凹陷C井是一口預探井，目的是落實該凹陷的含油氣性，實現(xiàn)中深層油氣勘探突破。圖1是該井目的層段的測井響應曲線綜合圖。從圖1可以看出，該井在3601.4～3604.4m井段，砂體特征明顯，物性較好，氣測值也較高，但是電阻率有下降趨勢。為確定儲層流體性質(zhì)，決定在3603.8m進行電纜地層測試取樣，泵抽210min后，泵抽出流體體積42000ml，獲得油樣體積15ml，水樣體積780ml，氣樣體積微量。利用井場快速水分析技術對水樣樣進行離子含量測定和數(shù)據(jù)分析，得到泥漿濾液混入比例、地層水總礦化度、等效NaCl總礦化度及地層溫度下地層水電阻率，列于表1。據(jù)此計算出水樣中地層水體積780ml×（1－9.86%）＝703ml。根據(jù)泵抽取樣時地層壓力5074psi和溫度137.3℃，利用圖版法計算出地層條件下地層水體積703ml×1.06＝745.18ml。根據(jù)臨井原油PVT樣品分析知原油體積系數(shù)為1.2，可計算出地層條件下原油體積為18ml。最終計算該儲層的含水率為97.6%，儲層流體性質(zhì)為含油水層。

圖1 北部灣區(qū)C井測井響應曲線綜合圖

表1 北部灣區(qū)C井井場快速水分析數(shù)據(jù)表

5 結(jié)論與認識

1）基于井場快速水分析技術的結(jié)果，可以確定地層水的離子含量和總礦化度、電阻率以及儲層產(chǎn)水率等參數(shù)，結(jié)合地面油氣樣品體積及高壓物性參數(shù)，可以定量地判斷儲層的流體性質(zhì)。

2）電纜地層測試取樣技術在復雜儲層受地層和井筒條件的限制往往無法取到純凈的原狀地層流體，借助該技術的應用，可以彌補取樣技術的不足，準確快速判斷儲層流體性質(zhì)，為現(xiàn)場作業(yè)決策提供重要依據(jù)，該項技術目前已在南海海域數(shù)十口探井的疑難油氣層取樣分析中得到良好應用，具有較好的推廣價值。

3）該項技術是基于離子分析法進行流體性質(zhì)分析，今后將增加電阻率測量方法［6］，2種方法可以互相印證，不僅使結(jié)果更加可靠，而且可以針對不同泥漿體系進行分析，拓展應用范圍。

［1］劉樹鞏 .海上油田油藏流體高壓物性參數(shù)現(xiàn)場測定系統(tǒng)研究與應用 ［J］.中國海上油氣；2011，23（2）：104～106.

［2］劉海波，劉海涅，李揚，等 .高溫高壓脫水儀的研制 ［J］.石油儀器，2013，27（5）：8～10.

［3］劉海涅，楊玉卿，郭書生，等 .現(xiàn)場水分析技術及其在東方氣田高溫高壓氣井中的應用 ［J］.中國海上油氣，2014，26（1）：1～5.

［4］雍世和，張超模 .測井數(shù)據(jù)處理與綜合解釋 ［M］.東營：中國石油大學出版社，2007：207.

［5］何更生 .油層物理 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1994：140.

［6］郭海敏 .生產(chǎn)測井導論 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2003：387.