吳一雄,張恒榮,楊冬,張海榮,袁偉

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司,廣東 湛江 524057)

0 引 言

電纜地層測試技術在油田勘探開發(fā)過程中的應用越來越多。近年來,中海石油(中國)有限公司湛江分公司每年實施探井約40口,進行電纜地層測試測井作業(yè)井約60%以上。隨著勘探開發(fā)的深入,低滲透率儲層越來越多,而低滲透率儲層泵抽過程中泥漿濾液的驅替效率低,油氣突破耗時長,獲得有代表性的地層流體樣品困難[1-2],進行相關資料的經(jīng)驗總結和數(shù)據(jù)挖掘顯得尤為重要。

目前油田技術人員通常直接應用現(xiàn)場提供的測壓流度、壓力值和取樣樣品化驗分析數(shù)據(jù)[3-8],缺少對泵抽過程中井下監(jiān)測的流動壓力、流量、泵抽體積、含水率、氣油比、氣體組分、流體密度等動態(tài)資料的分析和應用。

本文通過對泵抽儀器監(jiān)測的瞬時含水率數(shù)據(jù)進行預處理,實現(xiàn)油氣突破時間和穩(wěn)定時間的自動拾取,結合區(qū)域統(tǒng)計分析獲得南海西部油氣田純油氣層泵抽取樣油氣突破時間和動態(tài)含水率預測模型,為現(xiàn)場作業(yè)決策和低滲透率儲層流體識別提供指導。

1 泵抽取樣原始資料預處理

泵抽取樣過程中[9],為提高泵抽效率一般都采用雙向泵抽模式,加之油水重力分異作用影響,這樣的泵抽模式在流體監(jiān)測過程中會有水峰—油峰—油峰—水峰交替出現(xiàn)的過程。利用儀器自動識別計算的含水率數(shù)據(jù)雖然可以有效判斷泵抽過程中流體瞬時變化情況,而瞬時數(shù)據(jù)不利于后續(xù)研究分析,需要作周期化平均預處理。

對關鍵參數(shù)含水率進行預處理,利用泵抽過程中泵向參數(shù)變化,編程實現(xiàn)周期平均含水率的自動計算;利用周期化含水率的變化趨勢和單個周期內瞬時含水率最大值和最小值之差的關系,按相關算法實現(xiàn)油氣突破時間和穩(wěn)定時間的自動拾取,具體效果見圖1。通過上述處理,有利于研究各參數(shù)的整體變化規(guī)律,統(tǒng)一拾取標準,減小人為誤差,同時可以開展多點泵抽數(shù)據(jù)的批量計算,自動將各點泵抽的突破時間、穩(wěn)定時間等數(shù)據(jù)輸出到指定表格中,以便后續(xù)的統(tǒng)計分析。

2 泵抽取樣動態(tài)含水率預測

泵抽取樣過程中,隨著泵抽時間增加,泵抽流體體積增大,近井帶的泥漿濾液逐漸被原狀地層流體驅替[10-11],出現(xiàn)一個含水飽和度逐漸變小的徑向剖面。這一過程隨著流體監(jiān)測的含水率逐漸下降而愈發(fā)明顯,最終含水率穩(wěn)定在一定數(shù)值而不再下降,與泥漿濾液的補給速率保持平衡。為提高取樣樣品代表性和取樣效率,開展低滲透率儲層純油層泵抽取樣過程中含水率的變化規(guī)律研究。

2.1 動態(tài)含水率影響因素及預測模型分析

通過對原始泵抽資料的預處理獲得周期平均含水率逐點數(shù)據(jù),得到了不同油田、不同物性、不同油品、不同探針類型泵抽點的實際含水率變化數(shù)據(jù)(見圖2)。表1是每個泵抽點的深度、流度、探針、油品及油氣突破和穩(wěn)定時間。

從圖2可見,流度大、油質輕,油氣突破快,含水率下降快,穩(wěn)定含水率低,同時含水率變化快慢與探針類型也有關[12],說明泵抽過程中含水率的變化是一個復雜的多因素影響的過程。

AH.Akram等[12]通過數(shù)值模擬和實例驗證方法給出了泵抽過程中泥漿濾液含量隨泵抽時間變化的計算模型

(1)

式中,Fw為泵抽過程中儀器監(jiān)測的含水率,%;t0為油氣突破時間,min;t為泵抽時間,min;n為驅替指數(shù),與泥漿侵入半徑、流體黏度、油水相滲、電機轉速、探針泄流面積等相關。

表1 泵抽點詳細情況

*非法定計量單位,1 mD=0.987×10-3μm2;1 cP=10-3Pa·s,下同

圖2 不同油井及泵抽點含水率圖

從式(1)可以看到含水率預測的關鍵參數(shù)為油氣突破時間t0和驅替指數(shù)n。

2.2 泵抽取樣油氣突破時間預測

南海西部海域鉆遇較多低滲透率、特低滲透率儲層,測壓流度小于1 mD/cP,甚至0.1 mD/cP,測壓多為干點或超壓點,低滲透率儲層泥餅形成慢,地層流動性差,油氣突破時間長,取得有代表性的地層樣品困難。

通過對東方13-1/2、陵水17-2、陵水25-1、陵水13-2等氣田的取樣油氣突破時間與流度、泵轉速、探針泄流面積、含氣飽和度等參數(shù)的單相關分析發(fā)現(xiàn),取樣泵抽過程中儲層流度越高、泄流面積越大、含氣性越好、泵轉速越快、泵抽突破時間就越短。

將這些因素整理,定義為氣體突破因子F,表達式為

F=(vf/Sg/Rpm/Sp)×1000

(2)

式中,vf為測壓流度,mD/cP;Sg為測井解釋含氣飽和度,%;Rpm為取樣過程中泵轉速,r/min;Sp為泵抽探針過流面積,in2[注]非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同。

圖3 鶯-瓊氣田油氣突破時間與突破因子F關系圖

圖3中LL10-2-1井3 856.4 m處速星泵抽取樣點明顯偏離回歸線主體,該點流度0.3 mD/cP,含氣飽和度60%,泵轉速約為400 r/min,預測氣體突破時間約需泵抽100 min,而實際泵抽1 600 min后才有較明顯的油氣突破。圖4中電成像資料證實由于鉆井泥漿比重過大,在泵抽點附近存在明顯的水力壓裂縫,泵抽過程中存在泥漿濾液的動態(tài)侵入,刪除該點后鶯-瓊氣田油氣突破時間與突破因子F的相關系數(shù)提升至0.84,具體模型為

t0=35.4F-0.264

(3)

圖4 LL10-2-1井3 856.4 m附近電成像圖

同樣,結合油田油品情況分類統(tǒng)計了各類型探針泵抽油氣突破時間與油田突破因子Fo的關系(見圖5),Fo具體表達式為

Fo=(vfRpm/Δp)

(4)

式中,Δp為鉆井液柱壓力與地層孔隙壓力之差,psi[注]非法定計量單位,1 psi=6.89×10-3 MPa,下同。

在使用超大直徑探針情況下,凝析氣突破最快,稠油最難突破,速星探針泄流面積大,有利于油氣快速突破。針對常用的超大直徑探針和常規(guī)油類型建立的油氣突破時間預測模型,相關系數(shù)達0.902。

圖5 北部灣盆地油氣突破時間與突破因子Fo關系圖

2.3 泵抽取樣驅替指數(shù)確定

由于驅替指數(shù)n涉及泥漿侵入深度和流體相滲,而這些參數(shù)都很難通過直接方法獲取。研究從泥漿侵入和泵抽驅替2個方面考慮驅替指數(shù)的研究,引入鉆井壓差系數(shù)比值(鉆井壓差系數(shù)比值=泥漿柱壓力系數(shù)/地層壓力系數(shù))和泵抽效率(泵抽效率=泵抽體積/泵抽時間/泵轉速)確定。圖6是北部灣盆地近30個純油層泵抽點的驅替指數(shù)與泵抽效率和鉆井壓差系數(shù)的關系,相關系數(shù)達0.72,由此建立了北部灣盆地的區(qū)域驅替指數(shù)n的預測模型

n=1.21×(V/T/Rpm)/(Δp/ρgh)1.09

(5)

式中,V為泵抽流體累計體積,mL;t為泵抽時間,min;ρ為地層水密度,g/cm3;g為重力加速度,m/s2;h為泵抽點垂深,m。

3 應用實例

WW11-2-1井深度3 540.1 m處,流度為0.3 mD/cP,WW11-7-2井深度2 063.7 m處,流度為9.7 mD/cP均采用超大直徑探針泵抽取樣。2個泵抽點地層物性較差,屬于低滲透率儲層,從測井曲線和錄井資料來看,純油層還是油水過渡帶識別困難,需要進行泵抽取樣落實地層流體性質。

圖6 北部灣盆地驅替指數(shù)n預測模型

利用上述油氣突破時間預測模型對這2個泵抽點的泵抽油氣突破時間進行預測,預測結果與實際結果吻合較好,具體參數(shù)見表2。

利用泵抽效率和鉆井壓差系數(shù)結合式(4)預測驅替指數(shù)n,然后將預測的突破時間t0和驅替指數(shù)n代入式(1)實現(xiàn)泵抽點的含水率預測。圖7中WW11-2-1井泵抽點含水率與實際泵抽過程中監(jiān)測的含水率結果吻合良好,雖然整體含水率高達到55%,但仍為純油層,泵抽動態(tài)含水率較高主要是地層低滲透率,泥餅形成不好,泥漿濾液驅替清空效果不好導致。最終放樣結果為油80 cm3,氣體62 826 cm3,混合流體92 cm3,通過水分析確定混合流體就是泥漿濾液,沒有地層水,證明了含水率預測的準確性。

表2 油氣突破時間與實際突破時間對比表

圖7 WW11-2-1井測井圖及3 540.1 m處泵抽含水率變化規(guī)律圖

圖8中WW11-7-2井實際泵抽過程中監(jiān)測的含水率比預測含水率高,下降速度慢,分析認為可能是地層出水,導致實際含水率較純油層高。現(xiàn)場放樣油水同在,且樣品中水的氯根為28 000 mg/L,介于地層水氯根18 000 mg/L和鉆井液氯根40 000 mg/L之間,進一步證明了含水率預測的準確性。

圖8 WW11-7-2井測井圖及2 063.7 m處泵抽含水率變化規(guī)律圖

4 結論

(1)該算法實現(xiàn)了泵抽過程中原始數(shù)據(jù)的預處理和成果批量輸出,油氣突破時間和含水率穩(wěn)定時間地自動拾取,提高了工作效率,減小了人為誤差。

(2)低滲透率儲層電纜泵抽取樣過程中侵入帶泥漿濾液驅替難,油氣突破時間較長,通過區(qū)域資料整理和影響因素分析,獲得了南海西部油田區(qū)域的油氣突破時間預測模型,為現(xiàn)場作業(yè)提供指導,避免因動態(tài)侵入等因素導致超長泵抽時間而不能獲得地層流體樣品的情況出現(xiàn)。

(3)通過對純油層含水率變化規(guī)律研究,獲得了區(qū)域油層泵抽含水率預測模型,提高了低滲透率儲層的流體識別精度,實際應用效果較好。