張明杰 張?zhí)m江 郭書(shū)生 夏竹君

(1. 中海石油有限公司湛江分公司 廣東 湛江 524057;2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)湛江分公司 廣東 湛江 524057)

0 引 言

儲(chǔ)層滲透率大小受孔隙度、巖性、膠結(jié)物含量及成分等各方面因素的影響，低孔滲儲(chǔ)層的成因主要與儲(chǔ)層沉積相和成巖作用密切相關(guān)，多屬于近物源及遠(yuǎn)物源沉積，其次非均質(zhì)性也是低孔滲地層的顯著特點(diǎn)之一［1］，這些因素都對(duì)儲(chǔ)層滲透率起到很大的影響作用。低孔滲流體識(shí)別一直以來(lái)都是一個(gè)難題，流體性質(zhì)決定著儲(chǔ)量的計(jì)算及后續(xù)的井位部署，尤其是非烴儲(chǔ)層，為了解儲(chǔ)層流體性質(zhì)及儲(chǔ)層物性，現(xiàn)場(chǎng)常規(guī)做法就是對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行測(cè)壓取樣。MDT 測(cè)井技術(shù)是繼試油測(cè)試技術(shù)之外又一直接識(shí)別地下流體性質(zhì)的新的測(cè)井技術(shù)，提高了對(duì)地下流體識(shí)別的水平［2］。但對(duì)于低孔滲儲(chǔ)層，常規(guī)的泵抽取樣工具難以取到真正的地層流體，這為低孔滲儲(chǔ)層流體識(shí)別帶來(lái)困難。本文介紹的是斯倫貝謝公司最新研制的速星(saturn)泵抽流體取樣技術(shù)，它獨(dú)特的設(shè)計(jì)使得這種泵抽取樣的風(fēng)險(xiǎn)得以降低，其在南海高溫高壓低孔滲儲(chǔ)層的成功應(yīng)用案例為低孔滲儲(chǔ)層流體識(shí)別提供了保證。

1 低孔滲儲(chǔ)層流體取樣面臨的困難

進(jìn)行儲(chǔ)層流體取樣時(shí)，必須首先泵抽完侵入帶和過(guò)渡帶的混合流體，才能泵抽到儲(chǔ)層的真正流體。工區(qū)儲(chǔ)層流體取樣面臨的主要難點(diǎn)之一:在南海高溫高壓低孔滲氣田，鉆井工程由于考慮安全因素，泥漿比重一般要高于地層壓力系數(shù)，這或多或少造成泥漿的侵入，尤其是低孔滲儲(chǔ)層。實(shí)踐證明，地層孔隙度越大，泥漿濾液侵入深度越小，地層孔隙度越小，泥漿濾液侵入越深［3］，高孔滲地層由于滲透率較高，容易快速形成泥餅，侵入的深度不是很深。而低孔滲地層由于孔滲較低，難以形成泥餅，造成侵入較深。難點(diǎn)之二:由于低孔滲儲(chǔ)層滲流速度較慢，則泵抽時(shí)間較長(zhǎng)。目前常規(guī)的MDT 及其它測(cè)壓取樣設(shè)備在中高滲透(大于10 md)地層才可以取到真正的地層流體，但目前對(duì)于滲透率小于1 md 的極低孔滲以下的地層難以取到真正地層的流體。目前在低孔滲儲(chǔ)層(0 ～5 md)泵抽取樣的常規(guī)做法目前是采用雙派克儀器，但這種方法及其它方法由于泵抽時(shí)間也較長(zhǎng)及存在儀器卡死打撈風(fēng)險(xiǎn)，作業(yè)難度較大。因此迫切需要研究或引進(jìn)新型的儲(chǔ)層流體取樣技術(shù)。

2 新型速星泵抽流體取樣技術(shù)

2.1 工作原理

速星(saturn)泵抽流體取樣工具是最近斯倫貝謝公司針對(duì)低孔滲儲(chǔ)層泵抽取樣最新研制出來(lái)的，2013 年首次在中國(guó)南海東方氣田嘗試獲得成功，目前中國(guó)區(qū)只有南海區(qū)有兩套。針對(duì)低孔滲儲(chǔ)層，探針的發(fā)展也從標(biāo)準(zhǔn)探針、大孔徑探針、超大孔徑探針、橢圓探針發(fā)展，目的是為了增加過(guò)流面積在低孔滲地層取得真實(shí)儲(chǔ)層流體。速星泵抽工具安裝了4 個(gè)超大過(guò)流表面積橢圓形探針，如圖1 所示，根據(jù)達(dá)西定律Q=KA△P/Ul，過(guò)流表面積A越大，在同等壓差及其它參數(shù)不變的情況下過(guò)流流體越多，在低孔滲地層條件下容易獲取到真實(shí)儲(chǔ)層流體。

圖1 各種測(cè)壓取樣探針的過(guò)流面積對(duì)比圖

針對(duì)低孔滲地層，將速星探針模塊安裝在常規(guī)測(cè)壓取樣MDT 工具上，如圖2 所示，下井工具則有雙探針模式，即用于測(cè)壓的常規(guī)探針或大孔徑探針和速星探針(速星探針由于座封和解封需要時(shí)間，且測(cè)壓需要較長(zhǎng)時(shí)間，因此速星探針只用于低孔滲地層的泵抽取樣)。工作時(shí)，首先MDT 常規(guī)探針在儲(chǔ)層測(cè)壓，然后選取低孔滲地層相對(duì)較好的滲透點(diǎn)，速星探針直接座封，用MDT泵入速星膠皮泥漿，膠皮膨脹貼緊井壁，將井筒內(nèi)鉆井液與探針膠皮能完全封隔開(kāi)，膠皮上的探針隨膠皮貼緊井壁，刺破泥餅，在地層與探針到儀器內(nèi)部管線之間形成連通通道，地層流體通過(guò)泵抽進(jìn)入儀器內(nèi)部管線，MDT 內(nèi)部流體分析模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流體組分、溫度、壓力、電阻率、流體密度等，并傳輸?shù)降孛?，判斷流體為純地層流體后，再進(jìn)行取樣。

圖2 速星(Saturn)探針和常規(guī)MDT 儀器組合圖

2.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

速星(saturn)泵抽流體取樣技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面:

1)增加重型機(jī)械彈簧

新型速星探針外型呈橢圓狀，如圖3 所示，兩端安裝有64 個(gè)重型機(jī)械彈簧，心軸周?chē)b有兩個(gè)大直徑重型機(jī)械彈簧。優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械彈簧的大閉合力能確保每個(gè)測(cè)點(diǎn)完成后速星探針的快速回收，使作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

圖3 速星探針外觀圖

2)增大探針的過(guò)流表面積

如圖1 所示，標(biāo)準(zhǔn)探針的過(guò)流表面積為0. 15 in2(1 in=25.4 mm)，而每個(gè)速星探針過(guò)流表面積為79.44 in2，是標(biāo)準(zhǔn)探針的529.6 倍。主要優(yōu)點(diǎn):這種超大的過(guò)流表面積探針在低孔滲地層條件下實(shí)現(xiàn)流體取樣。

3)增加探針數(shù)目

常用的MDT 工具只有一個(gè)探針，只能從一個(gè)方向泵抽地層流體，取樣時(shí)間長(zhǎng)且成功率低，而新型速星泵抽取樣工具在井眼周?chē)渴鹆? 個(gè)對(duì)稱(chēng)自密封式速星取樣探針，如圖4 所示，在儀器座封后，泵抽時(shí)儲(chǔ)層流體從儀器四周的4 個(gè)橢圓探針進(jìn)入儀器內(nèi)部。主要優(yōu)點(diǎn)是:4個(gè)對(duì)稱(chēng)探針在井眼周?chē)貙又袑?shí)現(xiàn)了真正的三維繞流，大大縮短獲得真實(shí)儲(chǔ)層流體所需時(shí)間。

新型速星(saturn)泵抽取樣工具獨(dú)特的探針設(shè)計(jì)，使座封更容易成功，可以用在低滲、稠油、疏松地層、薄互層、不規(guī)則井眼等復(fù)雜條件下，快速取得地層真實(shí)流體。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)探針(左圖)及新型速星(Saturn)探針(右圖)泵抽圖

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2012 年-2013 年，該技術(shù)在南海西部高溫高壓低孔滲氣田14 口井中進(jìn)行應(yīng)用，并獲取了真正的儲(chǔ)層流體，取樣成功率達(dá)到了95%，現(xiàn)以東方區(qū)案例進(jìn)行介紹。

東方區(qū)案例氣田主要特點(diǎn)是儲(chǔ)層存在高溫高壓，以往所鉆資料顯示，壓力系數(shù)在1. 7 ～2. 2 之間，溫度140 ℃～170 ℃，儲(chǔ)層巖性較細(xì)，泥質(zhì)含量較高，存在低孔滲儲(chǔ)層，常規(guī)泵抽取樣困難。在東方區(qū)部分儲(chǔ)層C02含量較高，有時(shí)測(cè)井資料顯示為氣層，但經(jīng)過(guò)泵抽取樣后又證實(shí)為CO2含量很高的二氧化碳層，因此在東方區(qū)的氣層均要進(jìn)行地層流體泵抽取樣以證實(shí)精確的氣體組分及確定后續(xù)的井位部署。

針對(duì)東方氣田儲(chǔ)層低孔滲現(xiàn)狀，本案例井在獲取常規(guī)滿貫資料后，又進(jìn)行了核磁共振測(cè)井和MDT 測(cè)井。核磁測(cè)井能夠準(zhǔn)確計(jì)算出束縛流體孔隙度、可動(dòng)流體孔隙度及滲透率［4］，可以作為選取測(cè)壓取樣點(diǎn)的參考，也可為測(cè)井解釋提供可動(dòng)孔滲證據(jù)。MDT 在本井黃流組儲(chǔ)層2 517 m ～2 537 m 所測(cè)地層壓力系數(shù)為1.99，測(cè)量最高溫度158 ℃。常規(guī)測(cè)井資料分析2 517 m ～2 537 m 平均孔隙度15 pu 左右，核磁可動(dòng)孔隙度小于4 pu，核磁滲透率小于0.6 md，如圖5 所示。MDT 以前在東方區(qū)黃流組所測(cè)的14 個(gè)壓力點(diǎn)顯示地層流度為0.02 md/cp ～0.24 md/cp，為極低孔滲儲(chǔ)層。

圖5 東方氣田某井黃流組測(cè)井解釋結(jié)論及核磁孔滲圖

本井從常規(guī)、核磁及MDT 測(cè)壓資料綜合分析，測(cè)井解釋初次解釋為干層，常規(guī)泵抽取樣難以取到地層真正流體，難以進(jìn)行儲(chǔ)量計(jì)算，因此本井引進(jìn)了斯倫貝謝新型速星泵抽流體取樣技術(shù)，選取儲(chǔ)層最高流度0.24 md/cp，深度2 836.5 m，如圖5 水平箭頭的位置進(jìn)行速星泵抽取樣。泵抽不到30 min，氣組分占近90%，泵抽2 h 后，MDT 光譜分析上已不見(jiàn)水組份，基本為純氣體組分，如圖6 所示，從上至下數(shù)第二道黃色區(qū)域?yàn)闅怏w組分，第四道棕色為泥漿組分，藍(lán)色為水組份，橫坐標(biāo)為泵抽時(shí)間，單位為s。

地面放樣顯示基本為純氣，見(jiàn)微量水，見(jiàn)油花，地面放樣氣體組分分析C1 為90.9% ～91.1%左右，CO2含量3.35% ～3.5%，如表1 所示，為優(yōu)質(zhì)氣體。本井經(jīng)過(guò)用新型的速星(saturn)泵抽取樣證實(shí)該儲(chǔ)層含氣，氣體組分較好。根據(jù)這個(gè)測(cè)試結(jié)果，最終將東方區(qū)該層位解釋為氣層及差氣層，如圖6 所示，儲(chǔ)量計(jì)算也得以解放，大大的增加了儲(chǔ)量的估算，同時(shí)也為后續(xù)的井位部署提供了依據(jù)。

圖6 東方氣田某井2836.5m 處泵抽流體組分隨時(shí)間變化圖

表1 東方區(qū)某井2 836.5 m 速星(saturn)取樣樣品分析表

4 結(jié) 論

1)目前低孔滲儲(chǔ)層評(píng)價(jià)一直是個(gè)難題，能否計(jì)算儲(chǔ)量、取得儲(chǔ)層流體及確定流體成分至關(guān)重要，它對(duì)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)、儲(chǔ)量計(jì)算影響很大。2012 年～2013 年，新型速星泵抽流體取樣技術(shù)在南海西部高溫高壓低孔滲氣田14口井中進(jìn)行應(yīng)用，并獲取了真正的儲(chǔ)層流體，取樣成功率達(dá)到了95%，為低孔滲儲(chǔ)層評(píng)價(jià)及儲(chǔ)量計(jì)算提供了保障和依據(jù)，同時(shí)也為海上其它區(qū)域及陸地高溫高壓低孔滲儲(chǔ)層的開(kāi)發(fā)研究及評(píng)價(jià)起到借鑒及指導(dǎo)作用。

2)新型速星泵抽流體取樣技術(shù)也可以為后續(xù)低孔滲儲(chǔ)層的DST 測(cè)試及產(chǎn)能預(yù)測(cè)提供依據(jù)，斯倫貝謝公司核磁共振測(cè)井CMR 和MDT 測(cè)壓取樣相結(jié)合的電纜測(cè)井方法可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的DST 鉆桿測(cè)試［5］，從而降低測(cè)試成本，同時(shí)也為目前低孔滲儲(chǔ)層研究提供了可信的手段及方向。

［1］吳海燕. 低孔滲儲(chǔ)層測(cè)井資料評(píng)價(jià)及地質(zhì)工程應(yīng)用［J］.天然氣工業(yè)，2007，27(7):39 -41.

［2］楊 勇，王賀林，岳云福，等.運(yùn)用MDT 測(cè)井技術(shù)準(zhǔn)確識(shí)別疑難油氣層實(shí)例［J］. 中國(guó)石油勘探，2006，11(5):52-57.

［3］林純?cè)?，?舫. 泥漿侵入特性的測(cè)井應(yīng)用［J］. 測(cè)井技術(shù)，2002，26(4):341 -346.

［4］周洪濤，柳建華. 核磁共振和MDT 測(cè)井在塔河油田碎屑巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］. 石油物探，2011，50(5):526-530.

［5］孫 友. 用CMR/MDT 組合電纜測(cè)井方法代替DST 測(cè)試的探討［J］. 中國(guó)海上油氣(地質(zhì))，2002，16(6):428-432.