李欣，張國(guó)強(qiáng)，任宏，蘇朝博，胡云，王健

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津塘沽300452；2.中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津塘沽300452）

稠油出砂儲(chǔ)層的電纜地層流體取樣新技術(shù)

李欣1，張國(guó)強(qiáng)2，任宏1，蘇朝博1，胡云2，王健2

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津塘沽300452；2.中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津塘沽300452）

渤海油田探明稠油地質(zhì)儲(chǔ)量占總探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量的50.4%以上，稠油儲(chǔ)層埋藏淺出砂嚴(yán)重，電纜地層流體取樣成功率極低，通過試油取樣的勘探成本又非常昂貴，故稠油出砂儲(chǔ)層取樣一直是電纜取樣的難題。針對(duì)上述問題從探針類型和泵型的選擇、泵速壓差的控制、泵抽時(shí)間、灌樣方法等方面入手，形成了具渤海特色的流體取樣方法。實(shí)踐證明，該方法大大提高了稠油出砂儲(chǔ)層電纜地層流體取樣的成功率。

渤海油田；稠油出砂儲(chǔ)層；電纜地層流體取樣；灌樣方法

1955年首支地層測(cè)試器投入商業(yè)化應(yīng)用以來，地層測(cè)試與流體取樣技術(shù)經(jīng)歷了多個(gè)重要發(fā)展時(shí)期［1］，其主要目的是通過直接獲取地層流體樣品及測(cè)量地層壓力等地質(zhì)參數(shù)來評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的油氣產(chǎn)能。雖然該技術(shù)日趨成熟，但由于受儲(chǔ)層滲透性、泥漿濾液的侵入程度、儲(chǔ)層厚度、探針類型、泵型、泵速壓差及泵抽時(shí)間等因素的影響，稠油儲(chǔ)層、低滲透性地層、出砂地層仍然是電纜地層流體取樣目前面臨的主要難題，稠油出砂儲(chǔ)層取樣失敗將直接影響儲(chǔ)層評(píng)價(jià)及儲(chǔ)量申報(bào)。本文通過分析儲(chǔ)層特性和稠油性質(zhì)，選擇合適的探針類型、泵型，控制泵速壓差以及泵抽時(shí)間等方法有效提高取樣成功率，降低勘探成本。

1　技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1電纜地層流體取樣技術(shù)面臨的難題

1.1.1稠油流度低渤海油田稠油資源十分豐富，探明稠油地質(zhì)儲(chǔ)量占總探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量的50.4%［2］。稠油具有高密度、高黏度、高膠質(zhì)加瀝青質(zhì)的特點(diǎn)。以A井區(qū)為例，該井地層流體取樣原油在50℃時(shí)黏度為48 210 mPa·s，20℃時(shí)密度為1.01 g/cm3，據(jù)中國(guó)稠油分類標(biāo)準(zhǔn)，屬于接近超稠油的特稠油，基本無流動(dòng)性，在地面轉(zhuǎn)樣時(shí)沒有外力作用，油樣無法從取樣桶中流出（見圖1）。

圖1　A井地層流體原油樣品Fig.1 Crude oil sample of A well formation

稠油儲(chǔ)層取樣存在著相互矛盾：其一是稠油黏度大，流度低（流度=滲透率/黏度），取樣所需驅(qū)動(dòng)壓差大，才能將原油從地層中抽吸出來。其二是渤海油田常規(guī)稠油油藏埋藏淺，儲(chǔ)層出砂嚴(yán)重，壓差大會(huì)使原油攜砂堵塞儀器。因此，在稠油出砂儲(chǔ)層取樣需要減小壓差，增大過流面積，既要保證原油流出地層，又要保證出砂不堵塞儀器，即是目前稠油出砂儲(chǔ)層取樣面臨的主要難題。

1.1.2儲(chǔ)層出砂嚴(yán)重渤海油田稠油油藏埋藏淺，壓實(shí)成巖作用差，儲(chǔ)層膠結(jié)疏松，砂粒間結(jié)合能力較弱，在一定壓力梯度下，砂粒易發(fā)生脫落，孔隙中原油黏度高，攜砂能力強(qiáng)，致使稠油攜砂進(jìn)入派克導(dǎo)致砂堵。淺層稠油儲(chǔ)層往往伴有出砂現(xiàn)象，使流體取樣更加困難。1.1.3儀器漏封地層流體取樣時(shí)要求派克與井壁密封，泵抽使地層流體在壓差作用下進(jìn)入儀器取得原油樣品。如果派克周圍的砂巖比較疏松，在壓差的作用下易發(fā)生垮塌，導(dǎo)致泥漿進(jìn)入儀器取樣失敗，這也是取樣過程中常見的問題之一。

1.2解決稠油出砂儲(chǔ)層取樣的技術(shù)方法

隨著不同的探針類型、泵型相繼問世，結(jié)合應(yīng)用情況，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，摸索出一套行之有效的稠油出砂儲(chǔ)層地層流體取樣方法。

1.2.1探針類型的選擇常規(guī)探針取樣模式通常要求自然伽馬值小于75 API，地層密度小于2.45 g/cm3，有效孔隙度大于15%，有效滲透率大于10 mD，常規(guī)探針對(duì)于低滲透性地層、稠油儲(chǔ)層等適用性較差。稠油出砂儲(chǔ)層需要較大的壓降驅(qū)動(dòng)地層流體，但為防止地層出砂和垮塌需要增大過流面積減小壓降，因此建議選用超大面積探針進(jìn)行取樣，油質(zhì)越稠需要的過流面積越大。

超大面積探針和速星探針大幅度增加了過流面積（見表1），解決了因滲透性低壓差大導(dǎo)致取樣困難的難題，為低流度地層的取樣提供了有效途徑，提高了稠油取樣的成功率。地層流體取樣探針（見圖2）。

1.2.2泵型的選擇斯倫貝謝泵抽模塊的泵型可分為常規(guī)變流泵（0.8 mL/s～32.8 mL/s）和蝸牛泵（0.07 mL/s～0.84 mL/s）。常規(guī)泵又分為常壓泵（8.2 mL/s～32.8 mL/s）、高壓泵（6.3 mL/s～24.6 mL/s）、超高壓泵（4.4 mL/s～18.3 mL/s）和雙倍超高壓泵（0.8 mL/s～16 mL/s）。在保證時(shí)效的前提下提高稠油取樣成功率，統(tǒng)計(jì)結(jié)論（見表2）。根據(jù)不同的原油性質(zhì)和不同的出砂情況要選擇對(duì)應(yīng)的泵型，使地層流體取樣既具有較高效率又能夠成功取得樣品。對(duì)于油稠且出砂嚴(yán)重儲(chǔ)層，既要選擇超大探針，同時(shí)還要使用低速泵。

表1　地層流體取樣探針類型對(duì)比Tab.1 Comparison of different formation fluid sampling probe types

表2　不同類型原油與泵型匹配統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Statistical list of different kinds of crude oil and their corresponding pump types

1.2.3低泵速小壓差泵抽取樣常規(guī)取樣一般采用中高泵速，但對(duì)于稠油出砂儲(chǔ)層必須要采取低泵速小壓差的泵抽方式，緩慢抽吸地層流體，保證稠油不攜砂進(jìn)入派克，降低砂堵的概率。但隨著高黏度原油進(jìn)入儀器，壓差會(huì)越來越大，必須繼續(xù)降低泵速以減少壓差，要求流壓基線應(yīng)該比較平穩(wěn)，以防止砂堵和漏封（見圖3）。

圖3　A井地層流體取樣壓力變化圖Fig.3 Pressure variation of A well formation fluid sampling

1.2.4泵抽時(shí)間稠油的流動(dòng)性非常差，鉆井過程中驅(qū)替困難，因此稠油儲(chǔ)層的泥漿侵入淺，如A井，從地層中取出2 L流體后就開始有原油進(jìn)入取樣儀器。根據(jù)取樣用途不同，取樣量也不同，相應(yīng)的泵抽時(shí)間也長(zhǎng)短不一。如果只是為了鑒定油水性質(zhì)，需要的泵抽時(shí)間較短即可進(jìn)行定性判斷；但如果要對(duì)流體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)分析，則需要取較多樣品，泵抽時(shí)間隨之加長(zhǎng)，同時(shí)需要實(shí)時(shí)根據(jù)光譜分析、流體密度、電導(dǎo)率等判斷地層流體污染程度，確定取樣時(shí)機(jī)。

一般泵抽時(shí)間從幾小時(shí)到十幾小時(shí)不等，同時(shí)要考慮井壁的穩(wěn)定性，并在取樣前做好黏卡實(shí)驗(yàn)，結(jié)合異向解卡短節(jié)預(yù)防儀器黏卡。

1.2.5階段性灌樣稠油出砂儲(chǔ)層取樣時(shí)一旦出現(xiàn)砂堵、漏封等，則取樣往往會(huì)失敗。此外，稠油乳化現(xiàn)象嚴(yán)重，很難取到較純的稠油樣品。為降低此類風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)過多次實(shí)踐，提出了階段性灌樣的方法。

取樣過程中PVT樣桶可以通過泄壓得到常規(guī)樣品，針對(duì)這一特點(diǎn)，可根據(jù)光譜、流體密度、電導(dǎo)率等分析判斷，每隔一定時(shí)間取一個(gè)樣品備份，樣品純度是遞增的，在樣品較純時(shí)取得最后流體樣品。一旦取樣失敗還有其他備份樣品做保證，解決了上述問題。階段性灌樣有以下兩個(gè)優(yōu)勢(shì)：一是通過多個(gè)取樣桶累計(jì)原油量，增加取得原油的總量，為實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)分析提供保證；二是通過不同階段水中離子變化分析地層流體受泥漿濾液污染情況，判斷儲(chǔ)層是否含水。

2　技術(shù)成功應(yīng)用實(shí)例

稠油出砂儲(chǔ)層電纜地層流體取樣技術(shù)在A井、B井等多口井進(jìn)行了成功應(yīng)用，均取得較多的稠油樣品，為流體性質(zhì)判斷、升級(jí)區(qū)域儲(chǔ)量規(guī)模提供了可靠的數(shù)據(jù)支持，下文以A井、B井為例進(jìn)行闡述。

2.1A井

2.1.1基本情況A井完鉆井深1 721.0 m，主要目的層為明下段、館陶組、沙二段，埋藏淺壓實(shí)較差，出砂嚴(yán)重，錄井油氣顯示油質(zhì)較稠。在1 039.5 m成功地進(jìn)行了流體取樣。

2.1.2探針及泵速選擇地層測(cè)試得出A井1 039.5 m安全生產(chǎn)壓差為0.36 MPa，出砂生產(chǎn)壓差為1.42 MPa（見表3），儲(chǔ)層極易出砂，因此要選擇大直徑探針、低速泵進(jìn)行流體取樣。探針選用的是LCC公司的RCI大直徑探針。

表3　A井地層測(cè)試出砂解釋數(shù)據(jù)Tab.3 A well formation test sand producing interpretation data

2.1.3取樣措施作業(yè)過程中A井油層采用平均0.46 mL/s（1.68 L/h）的泵抽速率，保證了盡量小的流速和壓差，從地層中抽出2 L流體后開始有原油進(jìn)入儀器，但隨著原油的進(jìn)入，地層與儀器內(nèi)的壓差也越來越大，由開始的0.345 MPa逐漸增加到7.584 MPa（見圖3），為防止壓差造成出砂，繼續(xù)降低泵抽速率。同時(shí)為避免出現(xiàn)砂堵、漏失、垮塌、儀器故障等造成無法取得樣品的問題，現(xiàn)場(chǎng)采用階段性灌樣。

泵抽12.5 h后成功取得流體21.0 L（油：700 mL）流體樣品，原油黏度極大，沒有外力的作用基本不具有流動(dòng)性（見圖1）。原油分析結(jié)果：黏度（50℃）為48 210 mPa·s，相對(duì)密度（20℃）為1.010 g/cm3，相對(duì)密度（50℃）為0.991 8 g/cm3，屬于接近超稠油的特稠油。A井流體取樣創(chuàng)渤海稠油取樣之最。

2.2B井

2.2.1基本情況B井所在構(gòu)造是渤海油田重點(diǎn)勘探區(qū)塊，區(qū)塊東一段儲(chǔ)層發(fā)育一套稠油層。為進(jìn)一步擴(kuò)大該構(gòu)造儲(chǔ)量規(guī)模，鉆探B井，并在2 076.0 m進(jìn)行了流體取樣。

2.2.2探針及泵速選擇地層測(cè)試得出B井2 076.0 m安全生產(chǎn)壓差為5.65 MPa，出砂生產(chǎn)壓差為8.38 MPa（見表4），出砂生產(chǎn)壓差較高，表明儲(chǔ)層出砂并不嚴(yán)重，因此對(duì)泵抽速度要求不高，可選用中速泵。

表4　B井地層測(cè)試出砂解釋數(shù)據(jù)表Tab.4 B well formation test sand producing interpretation data

由于該儲(chǔ)層對(duì)泵速要求不高，根據(jù)區(qū)域資料該區(qū)塊儲(chǔ)層原油屬于普通稠油，本著降本增效的原則，在B井應(yīng)用COSL新研制的EFDT極板式超大探針（見圖4），其過流面積是常規(guī)探針的50多倍，相同泵抽速度情況下可有效降低泵抽壓差，一定程度防止儲(chǔ)層出砂和井壁垮塌，增加了稠油取樣的成功率。

圖4　油服大極板探針Fig.4 Large pad probe of COSL

2.2.3取樣措施儀器座封，開始泵排濾液，控制管線內(nèi)壓降在6.205 MPa以內(nèi)，初始泵速低，之后隨著管線壓降減小，逐漸增加泵速，管線流壓基線基本穩(wěn)定（見圖5）。泵排180 min后，泵出66.0 L濾液，各項(xiàng)參數(shù)趨于穩(wěn)定，開始灌樣。井口儀器轉(zhuǎn)樣，轉(zhuǎn)出樣品共1 800 mL（油：500 mL，濾液：1 300 mL），樣品氯根32 000 mg/L，泥漿氯根42 000 mg/L。B井采用油服超大探針，增大過流面積，泵抽過程中對(duì)管線流壓進(jìn)行精確控制，有效防止地層出砂及井壁垮塌，保障稠油取樣作業(yè)順利完成。

圖5　B井取樣壓力變化圖Fig.5 Pressure variation of B well formation fluid sampling

樣品分析結(jié)果：黏度（50℃）為2 733 mPa·s，相對(duì)密度（20℃）為0.977 9 g/cm3，相對(duì)密度（50℃）為0.959 0 g/cm3，稠油類型屬于普通稠油（見圖6）。由B井可以看出油服超大探針對(duì)于普通稠油有較好的應(yīng)用效果，能夠在出砂不是很嚴(yán)重的儲(chǔ)層取到稠油樣品。

圖6　B井稠油樣品（2 076.0 m）Fig.6 Heavy oil sample of B well（2 076.0 m）

3　結(jié)論

隨著稠油出砂儲(chǔ)層電纜地層流體取樣方法在渤海油田多次成功的實(shí)踐應(yīng)用，該方法日趨成熟，大大提高了稠油出砂儲(chǔ)層的取樣成功率，是電纜地層流體取樣的新突破，同時(shí)對(duì)確定儲(chǔ)層性質(zhì)和區(qū)塊儲(chǔ)層評(píng)價(jià)等具有深遠(yuǎn)的意義。該技術(shù)在達(dá)到地質(zhì)目的的前提下節(jié)約成本，提升時(shí)效，并得到以下結(jié)論：

（1）以往的稠油出砂儲(chǔ)層取樣成功率極低，很難取到原油樣品，曾一度在設(shè)計(jì)上不得不取消稠油儲(chǔ)層的地層流體取樣，要獲得稠油的油品性質(zhì)不得不依靠昂貴的地層測(cè)試來解決。本項(xiàng)目轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)觀念，通過對(duì)稠油出砂儲(chǔ)層的深刻認(rèn)識(shí)，應(yīng)用聲波來計(jì)算出砂生產(chǎn)壓差，結(jié)合常規(guī)測(cè)井資料與區(qū)域資料判斷儲(chǔ)層性質(zhì)及原油性質(zhì)，為地層流體取樣方案的制定提供基本依據(jù)。

（2）經(jīng)過一年多的探索實(shí)踐，創(chuàng)建了一套行之有效的具有渤海特色的稠油出砂儲(chǔ)層電纜地層流體取樣方法。根據(jù)儲(chǔ)層性質(zhì)和原油性質(zhì)甄選不同的泵型、探針類型，為稠油出砂儲(chǔ)層取樣提供基礎(chǔ)保障，作業(yè)過程中分析各類資料，取樣時(shí)控制好泵速壓差，采取低泵速小壓差的泵抽方式，緩慢抽吸地層流體，防止砂堵和漏封，并根據(jù)不同的取樣用途確定泵抽時(shí)間。為防止砂堵或井壁垮塌造成取樣失敗，創(chuàng)建了階段性灌樣的取樣方法，降低了稠油取樣失敗的風(fēng)險(xiǎn)，增加了樣品的總量，為實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)分析提供保障，階段性灌樣可根據(jù)不同階段水中離子變化來分析地層流體受泥漿濾液污染情況，對(duì)比判斷儲(chǔ)層是否含水，在達(dá)到地質(zhì)目的的前提下節(jié)約成本和提高時(shí)效。

（3）該技術(shù)大大提高了稠油出砂儲(chǔ)層的取樣成功率，為稠油出砂儲(chǔ)層的測(cè)井設(shè)計(jì)提供依據(jù)。通過獲得的地層流體樣品確定儲(chǔ)層性質(zhì)，為區(qū)塊儲(chǔ)層評(píng)價(jià)，儲(chǔ)量申報(bào)提供基本數(shù)據(jù)，使儲(chǔ)量評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)更加可靠。該套技術(shù)的成功應(yīng)用對(duì)于稠油儲(chǔ)層評(píng)價(jià)、儲(chǔ)量申報(bào)等意義重大，是電纜地層流體取樣的新突破，為渤海油田稠油勘探做出重要貢獻(xiàn)。

［1］楊興琴，王書南，周子皓.地層測(cè)試與井下流體取樣分析技術(shù)進(jìn)展［J］.測(cè)井技術(shù)，2012，36（6）：551-558.

［2］郭太現(xiàn)，蘇彥春.渤海油田稠油油藏開發(fā)現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展方向［J］.中國(guó)海上油氣，2012，25（4）：26-30.

A new technology of wireline formation fluid sampling in heavy oil with sand producing reservoir

LI Xin1，ZHANG Guoqiang2，REN Hong1，SU Zhaobo1，HU Yun2，WANG Jian2
（1.CNOOC EnerTech-Drilling&Production Co.，Tanggu Tianjin 300452，China；2.CNOOC（China）Ltd.，Tianjin Branch，Tanggu Tianjin 300452，China）

The proved heavy oil geologic reserves accounts for more than 50.4%of total proved geologic reserves in Bohai oilfield.While the shallow buried depth of heavy oil reservoir and its serious sand producing problem lead to low success rate of wireline formation fluid sampling.Formation test sampling can be a solution but cost much.Thus heavy oil reservoir sampling has always been a difficult problem in Bohai oilfield.To solve the problem，by following ways like choosing of probe and pump type，controlling of pump speed and pressure drop，pump time，modifying of filling sample method and so on，this paper introduced a fluid sampling method which fits for Bohai oilfield.Operation in study area proved that the success rate of wireline formation fluid sampling in heavy oil sand producing reservoir is greatly improved by this way.

Bohai oilfield；heavy oil sand producing reservoir；wireline formation fluid sampling；filling sample method

TE345

A

1673-5285（2016）09-0015-06

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.09.004

2016－07-19

中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司自主科研項(xiàng)目“細(xì)分構(gòu)造帶的錄井油氣水解釋模型及評(píng)價(jià)方法研究”，項(xiàng)目編號(hào)：ZZKY-2016-TJ-01。

李欣，男（1981-），工程師，學(xué)士學(xué)位，2004年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）勘查技術(shù)與工程專業(yè)，主要從事中國(guó)海洋石油國(guó)內(nèi)及海外的勘探作業(yè)總監(jiān)工作，郵箱：lixin3@cnooc.com.cn。