劉海涅，楊玉卿，劉海波，李揚(yáng)，申小虎　(中海油田服務(wù)股份有限公司，北京 101149)

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一種定量判別儲(chǔ)層流體性質(zhì)的新方法

劉海涅，楊玉卿，劉海波，李揚(yáng)，申小虎(中海油田服務(wù)股份有限公司，北京 101149)

[摘要]在錄井技術(shù)及常規(guī)測(cè)井難以有效確定儲(chǔ)層的流體性質(zhì)時(shí)，基于電纜測(cè)壓取樣，在地面進(jìn)行油水樣分離后，采用現(xiàn)場(chǎng)水分析技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)原油高溫高壓物性分析技術(shù)，可以快速有效地解決該難題。對(duì)于水樣，利用現(xiàn)場(chǎng)水分析技術(shù)可以確定其離子組成、總礦化度以及泥漿濾液與地層水的體積，再根據(jù)圖版法，可以計(jì)算出地層水在地層條件下的體積。對(duì)于油樣，利用現(xiàn)場(chǎng)原油高溫高壓分析技術(shù)，可以確定原油的黏度、體積系數(shù)等高壓物性參數(shù)，并計(jì)算出原油在地層條件下的體積。根據(jù)取樣在地層條件下原油與地層水的比例，即可定量地確定儲(chǔ)層的流體性質(zhì)。該判別結(jié)果較目前測(cè)井解釋結(jié)論進(jìn)一步定量化，且可有效確定儲(chǔ)層，特別是油水同層的含水比例或產(chǎn)水率，有效指導(dǎo)油田的勘探開(kāi)發(fā)作業(yè)。

[關(guān)鍵詞]儲(chǔ)層流體性質(zhì)；定量判別；現(xiàn)場(chǎng)水分析技術(shù)；電纜測(cè)壓取樣；原油高溫高壓物性分析

目前，儲(chǔ)層流體性質(zhì)的判別方法有很多，比較常用的方法是通過(guò)錄井技術(shù)[1，2]、測(cè)井技術(shù)[3～6]來(lái)定性識(shí)別流體性質(zhì)。通常情況下，在巖性相同、物性相似、孔隙結(jié)構(gòu)相近的儲(chǔ)層中，可以根據(jù)電阻率的變化來(lái)判斷儲(chǔ)層是否含水。一般先找出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)水層，反算地層水電阻率，然后判斷儲(chǔ)層的流體性質(zhì)。但由于儲(chǔ)層巖性的多樣化、孔隙結(jié)構(gòu)的差異大，尤其是在油藏關(guān)系復(fù)雜、油(氣)水層測(cè)井響應(yīng)分異小時(shí)，儲(chǔ)層流體性質(zhì)的判別就有很多局限性和挑戰(zhàn)性，如油(氣)層中是否含水、含水多少、能夠產(chǎn)出多少水等難以定量計(jì)算，使測(cè)井解釋存在難以定論的問(wèn)題。特別是對(duì)于油(氣)水同層或者含水油(氣)層，也只是一個(gè)定性的概念，究竟該類儲(chǔ)層含水多少無(wú)法定量，因此，目前的流體判斷方法對(duì)油田開(kāi)發(fā)指導(dǎo)意義有限。但是，油(氣)水同層或者含水油(氣)層也可能具有很大的開(kāi)發(fā)潛力[7,8]。在試油階段，根據(jù)勘探試油工作規(guī)范[9]，當(dāng)儲(chǔ)層測(cè)試油水同出時(shí)，把含水率小于5%的產(chǎn)層定義為純油層，含水率5%～20%的產(chǎn)層定義為含水油層。顯然，通過(guò)試油可以對(duì)儲(chǔ)層流體性質(zhì)的解釋更加細(xì)化，也能夠有效指導(dǎo)油田的后期開(kāi)發(fā)作業(yè)。筆者基于電纜測(cè)壓取樣，在地面進(jìn)行油水樣分離后，采用現(xiàn)場(chǎng)水分析技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)原油高溫高壓物性分析技術(shù)，力求實(shí)現(xiàn)在勘探階段，不僅能夠有效判別儲(chǔ)層的流體性質(zhì)，而且要針對(duì)油層，定量計(jì)算出產(chǎn)水比例或產(chǎn)水率，盡可能節(jié)約昂貴的測(cè)試費(fèi)用。

1方法原理

筆者提出的儲(chǔ)層流體性質(zhì)定量判別方法主要依托電纜測(cè)壓取樣技術(shù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)水分析技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)原油高溫高壓物性分析技術(shù)，分別對(duì)油層電纜測(cè)壓取樣獲得的水樣和油樣進(jìn)行快速分析，定量計(jì)算出油層，特別是油水同層的含水比例，為產(chǎn)能計(jì)算、儲(chǔ)量預(yù)測(cè)提供基礎(chǔ)參數(shù)。

1.1原油高溫高壓物性分析

現(xiàn)場(chǎng)原油高溫高壓物性分析技術(shù)主要是利用QUAD PVT儀器[12,13]，在海上作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)電纜測(cè)壓取樣的油樣，快速進(jìn)行黏度試驗(yàn)、恒質(zhì)膨脹試驗(yàn)、單次脫氣試驗(yàn)，然后根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，獲得地層條件下原油的黏度、體積系數(shù)、體積收縮率、原油密度、單次脫氣氣油比、脫氣油密度參數(shù)、地層原油泡點(diǎn)壓力、Y函數(shù)、熱膨脹系數(shù)、壓縮系數(shù)等所有地層流體高壓物性數(shù)據(jù)，提高對(duì)油藏高壓物性描述的精度和速度，滿足海上油藏快速評(píng)價(jià)及勘探階段快速評(píng)價(jià)的要求。

該儀器由3套主要設(shè)備組成，包括原油PVT釜、自動(dòng)氣體體積計(jì)量計(jì)、高壓毛細(xì)管黏度計(jì)。原油PVT釜體分為上、下2部分：上釜體積為100cm3，主要進(jìn)行氣體(凝析氣)試驗(yàn)，并與自動(dòng)氣體體積計(jì)量計(jì)連接；下釜體積為30cm3，主要進(jìn)行黑油試驗(yàn)。2個(gè)釜體中間設(shè)有光纖探頭，探測(cè)原油中產(chǎn)生的氣泡，確定泡點(diǎn)壓力；下釜底端配有震動(dòng)攪拌設(shè)備。該釜體獨(dú)特的設(shè)計(jì)，有效地減少了儀器占據(jù)的體積，使儀器在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用更加方便。該套原油PVT釜能夠完成原油樣品的恒質(zhì)膨脹、原油脫氣等試驗(yàn)，可獲得氣油比、泡點(diǎn)壓力、體積系數(shù)、壓縮系數(shù)、膨脹系數(shù)等PVT參數(shù)。高壓毛細(xì)管黏度計(jì)工作原理是基于Poiseuine定律：

(1)

式中：μ為油藏流體的黏度，Pa·s；r為管子半徑，m；L為管子長(zhǎng)度，m；Δp為毛細(xì)管上、下壓力之間的壓差，Pa；Q為流量，m3/s；k為常數(shù)，m3。

1.2現(xiàn)場(chǎng)水分析技術(shù)

水樣一般為地層水和泥漿濾液的混合物，同時(shí)K+不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，樣品中K+的來(lái)源也只能為地層水或泥漿濾液，即混合樣品中K+質(zhì)量濃度乘以樣品體積等于泥漿中K+質(zhì)量濃度乘以泥漿濾液體積與地層水中K+質(zhì)量濃度乘以地層水體積之和。

假設(shè)樣品體積為1，經(jīng)過(guò)推導(dǎo)，樣品中泥漿濾液混入量的計(jì)算公式如下：

(2)

式中：M為樣品中泥漿濾液混入的比例，%；ρ2為樣品中K+的質(zhì)量濃度，mg/L；ρ1為泥漿濾液中K+的質(zhì)量濃度，mg/L；ρ0為地區(qū)地層水中K+的質(zhì)量濃度，mg/L。

地層水中K+的質(zhì)量濃度取地區(qū)經(jīng)驗(yàn)值，樣品中K+的質(zhì)量濃度一般相對(duì)小很多，而泥漿濾液中卻很高，所以經(jīng)驗(yàn)值的選取對(duì)計(jì)算結(jié)果影響很小。

同樣經(jīng)過(guò)推導(dǎo)，純地層水礦化度的計(jì)算公式如下：

(3)

式中：S0為純地層水總礦化度，mg/L；S2為地層取樣樣品總礦化度，mg/L；S1為泥漿濾液總礦化度，mg/L。

2分析流程

圖1　儲(chǔ)層流體性質(zhì)定量判別流程圖

在上述分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水分析技術(shù)所確定的水樣中地層水的比例或體積，利用PVT設(shè)備分析出地層水的體積系數(shù)，計(jì)算出其在地層條件下的體積；同樣，對(duì)于油樣，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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；最后，根據(jù)地層條件下油層中油與水的比例，可定量地確定儲(chǔ)層的流體性質(zhì)，進(jìn)而確定出儲(chǔ)層的產(chǎn)水率。儲(chǔ)層流體性質(zhì)定量判別的思路及流程如圖1所示。

3應(yīng)用實(shí)例

筆者提出的新技術(shù)在中國(guó)海域

應(yīng)用后，對(duì)高溫高壓以及復(fù)雜巖性等油氣藏流體性質(zhì)的識(shí)別發(fā)揮了重要作用?，F(xiàn)以南海北部灣盆地的2口井為例來(lái)說(shuō)明定量判別油層的方法。

A井為北部灣潿洲凹陷的第1口預(yù)探井，目的是落實(shí)該井所在構(gòu)造濁積體的含油氣性、儲(chǔ)集物性及產(chǎn)能數(shù)據(jù)。利用現(xiàn)場(chǎng)水分析技術(shù)對(duì)水樣樣品進(jìn)行分析，分析結(jié)果見(jiàn)表1。從表1中看出，水樣中泥漿濾液的混入比例為61.5%，計(jì)算出地層水體積為100×(1-61.5%)=38.5mL。根據(jù)電纜測(cè)壓取樣，地層壓力2714psi(1psi=6.895kPa)，地層溫度94.36℃，利用PVT儀器分析出地層水體積系數(shù)為1.03；根據(jù)地層水體積系數(shù)計(jì)算出地層條件下地層水體積為38.5×1.03=39.7mL。對(duì)于油樣，根據(jù)PVT樣品分析結(jié)果可知，原油體積系數(shù)約為1.50，計(jì)算出地層條件下原油體積為700×1.50=1050mL。

圖2是該井目的層段的測(cè)井響應(yīng)曲線圖。

圖2　北部灣潿洲凹陷A井目的層段測(cè)井響應(yīng)曲線圖

樣品名稱深度/m陰、陽(yáng)離子的質(zhì)量濃度/(mg·L-1)HCO-3Cl-SO2-4Na+NH+4K+Ca2+Mg2+樣品總礦化度/(mg·L-1)鈉鉀離子比值泥漿混入比例/%泥漿濾液45122746037951072731117901997849665510.60樣品51993.529726206813207689111311428439586871.1961.5

從圖2可以看出，在1992.3～1996.0m井段，泥質(zhì)含量較低，孔隙度較好，氣測(cè)值較高；但隨著物性變好電阻率有下降趨勢(shì)，流體性質(zhì)難以確定。為此，決定在電阻率較低的1993.5m處，利用RCI(reservoir characterization instrument)進(jìn)行測(cè)壓取樣，泵抽197.8min，泵抽出流體體積42500.00mL，取得油樣體積700mL，水樣體積100mL，氣樣體積0.48ft3(1ft=0.3048m)。

根據(jù)上述樣品現(xiàn)場(chǎng)快速分析結(jié)果，最終計(jì)算出該儲(chǔ)層樣品在地層條件下含油1050mL，含水39.7mL，總體積為1089.7mL。由此可知，該儲(chǔ)層含水率為3.6%，低于5%，按照相關(guān)規(guī)范[7,10]，該儲(chǔ)層流體性質(zhì)可解釋為油層，但油層電阻率下降與儲(chǔ)層含少量可動(dòng)地層水有關(guān)。

B井為北部灣烏石凹陷的一口預(yù)探井，目的是落實(shí)烏石凹陷的含油氣性，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)凹陷中淺層油氣勘探突破。利用現(xiàn)場(chǎng)水分析技術(shù)對(duì)水樣進(jìn)行分析，分析結(jié)果見(jiàn)表2。從表2中看出，泥漿濾液混入比例3.9%，計(jì)算出水樣中地層水體積為330×(1-3.9%)=317.1mL。根據(jù)電纜測(cè)壓取樣地層壓力5065psi，地層溫度136.9℃，利用PVT設(shè)備分析出地層水體積系數(shù)為1.06，根據(jù)體積系數(shù)計(jì)算出地層條件下地層水體積317.1×1.06=336mL。根據(jù)油樣PVT樣品分析結(jié)果，體積系數(shù)1.50，計(jì)算出地層條件下原油體積100×1.50=150mL。最終計(jì)算出該層含水率30.1%，高于20%，按照相關(guān)規(guī)范[7,10]，該儲(chǔ)層流體性質(zhì)可解釋為油水同層。

圖3是該井目的層段的測(cè)井響應(yīng)曲線圖，可以看出，該井在3579.9～3582.4m井段，砂體特征明顯，物性較好，氣測(cè)值也有所上升，但是電阻率有下降趨勢(shì)。為確定儲(chǔ)層流體性質(zhì)，決定在3580.2m處利用RCI進(jìn)行測(cè)壓取樣，泵抽作業(yè)330min，泵抽出流體體積114000mL，獲得油樣體積100mL，水樣體積330mL，氣樣體積0.90ft3。

表2　北部灣烏石凹陷B井現(xiàn)場(chǎng)水分析數(shù)據(jù)表

圖3　北部灣烏石凹陷B井目的層段測(cè)井響應(yīng)曲線圖

4結(jié)論

1)基于電纜測(cè)壓取樣，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)水分析技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)原油高溫高壓物性分析技術(shù)，分別對(duì)分離后的水樣樣品和油樣樣品進(jìn)行快速分析，可以獲得水樣的離子組成、總礦化度、泥漿濾液與地層水的混合比例以及原油的高壓物性參數(shù)等數(shù)據(jù)，為產(chǎn)能計(jì)算、儲(chǔ)量預(yù)測(cè)提供基礎(chǔ)參數(shù)，有效指導(dǎo)油田開(kāi)發(fā)作業(yè)。

2)在常規(guī)測(cè)井難以確定儲(chǔ)層的流體性質(zhì)時(shí)，采用上述方法能夠快速計(jì)算地層條件下油層，特別是油水同層的含水比例或產(chǎn)水率，定量地判別儲(chǔ)層的流體性質(zhì)。

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[編輯]龔丹

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]1673-1409(2016)5-0026-05

[中圖分類號(hào)]P631.84

[作者簡(jiǎn)介]劉海涅(1983-)，男，工程師，主要從事地層流體分析及測(cè)井解釋工作，liuhainie@163.com。

[收稿日期]2015-05-11

[引著格式]劉海涅，楊玉卿，劉海波，等.一種定量判別儲(chǔ)層流體性質(zhì)的新方法[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 2016,13(5):26～30.