邵陽(yáng),劉俊東,席斌,孫建孟,屈翠霞,宋宏業(yè),李衡
(1.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司天津分公司, 天津 300280;2.中國(guó)石油大學(xué)(華東), 山東 青島 266580)
近年來(lái),針對(duì)中低孔隙度滲透率儲(chǔ)層的勘探開(kāi)發(fā)逐年增加,這種儲(chǔ)層孔隙度滲透率結(jié)構(gòu)復(fù)雜,鉆井周期長(zhǎng),受鉆井液侵入嚴(yán)重,其侵入特征復(fù)雜多變。針對(duì)該類(lèi)儲(chǔ)層鉆井液侵入前后測(cè)井響應(yīng)特征的研究一直在進(jìn)行,也形成了很多研究方法,包括實(shí)驗(yàn)分析法、時(shí)間推移測(cè)井法、電阻率校正法等。其中實(shí)驗(yàn)與實(shí)際測(cè)井相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)分析法可以直觀(guān)分析鉆井液侵入的動(dòng)態(tài)過(guò)程,對(duì)侵入特征分析有很大幫助。但以往的實(shí)驗(yàn)分析中,小巖樣的低孔隙度滲透率巖心造成了巖心實(shí)驗(yàn)的局限性。為求得接近真實(shí)地層環(huán)境下的低孔隙度滲透率儲(chǔ)層鉆井液侵入規(guī)律,本文從中低孔隙度滲透率長(zhǎng)巖心的鉆井液侵入動(dòng)態(tài)聯(lián)測(cè)實(shí)驗(yàn)入手,模擬井筒環(huán)境,通過(guò)記錄15塊中低孔隙度滲透率巖心在2~4 MPa侵入壓差、0.5~6 d侵入時(shí)間條件下,侵入過(guò)程中不同侵入深度處電阻率變化,進(jìn)行侵入特征分析,形成了不同孔隙度滲透率條件下鉆井液侵入規(guī)律認(rèn)識(shí)。建立了不同侵入條件下鉆井液侵入速率模型,與實(shí)際測(cè)井相結(jié)合,計(jì)算鉆井液侵入半徑,能夠有效指導(dǎo)測(cè)井評(píng)價(jià)及下步施工措施。
中低孔隙度滲透率巖心孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜,非均質(zhì)性強(qiáng),以往針對(duì)整塊巖心進(jìn)行侵入過(guò)程中電阻率測(cè)量的實(shí)驗(yàn)方法已經(jīng)不能滿(mǎn)足研究需求,提出了鉆井液侵入動(dòng)態(tài)聯(lián)測(cè)實(shí)驗(yàn)思路,并與中國(guó)石油大學(xué)(華東)合作制造了實(shí)驗(yàn)設(shè)備并進(jìn)行了改進(jìn),獲得發(fā)明專(zhuān)利一項(xiàng)。圖1為儀器構(gòu)造圖,鉆井液循環(huán)釜體中有巖心夾持器,可同時(shí)進(jìn)行1~5塊10 cm以下長(zhǎng)巖心的鉆井液侵入實(shí)驗(yàn),根據(jù)其不同位置的電極環(huán)進(jìn)行分段電阻率和頂端至某一位置的電阻率的測(cè)量,從而記錄同一鉆井液侵入條件下不同巖心5個(gè)徑向深度電阻率隨時(shí)間的變化。該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)盡量模擬地層條件,還原真實(shí)侵入特征,實(shí)驗(yàn)巖心上下釜體中放置泥巖巖心模擬蓋層及隔層,并可同時(shí)進(jìn)行相同侵入條件下不同流體性質(zhì)2塊巖心的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。將巖心按照泥巖巖心與實(shí)驗(yàn)巖心交互放置,同時(shí)進(jìn)行2塊巖心的侵入實(shí)驗(yàn)。鉆井液循環(huán)壓力0~6 MPa可調(diào),圍壓最高可達(dá)10 MPa。圖1中紅色數(shù)字表示電極環(huán)距離巖心侵入端距離。
該實(shí)驗(yàn)可有效模擬鉆井液循環(huán)條件下,油水層的侵入機(jī)理差異、鉆井液配置差異、地層水變化、物性變化、巖性變化、含油性及其分布變化等引發(fā)的巖石電阻率變化,通過(guò)實(shí)驗(yàn)揭示了復(fù)雜儲(chǔ)層的成因機(jī)理,為復(fù)雜儲(chǔ)層油水識(shí)別奠定堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
圖1 “5巖心”鉆井液侵入動(dòng)態(tài)聯(lián)測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置原理
進(jìn)行了孔隙度(φ)分布范圍在2.74%~15.5%之間,滲透率(K)分布范圍在0.01~39.74 mD[注]非法定計(jì)量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2;1 cP=0.001 Pa·s,下同之間,2種侵入壓差(Δp)、3種鉆井液濾液礦化度(Cm)、2種原油黏度(η)共計(jì)15塊中低孔隙度滲透率飽和油巖樣的鉆井液侵入動(dòng)態(tài)聯(lián)測(cè)實(shí)驗(yàn)。并完成了數(shù)據(jù)采集,計(jì)算了能反映孔隙結(jié)構(gòu)的孔隙度滲透率比參數(shù)(φ/K),在0.39~685.11之間分布。圖2為采集到的鉆井液侵入電阻率動(dòng)態(tài)變化圖。其中F為孔隙度與滲透率比值,K為巖心滲透率,Cw為飽和水礦化度,Cm為鉆井液濾液礦化度,p為侵入壓差,η為巖心飽和油黏度,Ri為不同電極環(huán)處分段電阻率,i=1,2,3,4,5。
圖2 鉆井液侵入電阻率動(dòng)態(tài)變化圖
通過(guò)對(duì)飽和油巖樣鹽水鉆井液侵入前、后電阻率變化對(duì)比,可得到在鹽水鉆井液濾液侵入情況下,飽和油巖樣呈現(xiàn)明顯低侵入特征。但實(shí)驗(yàn)巖心飽和油黏度的差異會(huì)造成鉆井液侵入特征差異。隨著原油黏度的增加,鉆井液侵入需要克服的阻力越大,鉆井液侵入速度越慢,巖心電阻率達(dá)到侵入平衡的時(shí)間越長(zhǎng)。
圖4 飽和油巖樣在不同壓差下侵入時(shí)間與侵入深度關(guān)系圖
圖2展示了不同物性飽和油巖樣鉆井液侵入電性變化動(dòng)態(tài)對(duì)比圖。由對(duì)比分析可知,咸水鉆井液侵入環(huán)境下,好物性油層電阻率侵入初期下降速度快,而后下降速度減緩,最后達(dá)到侵入平衡時(shí)間短;差物性油層從鉆井液開(kāi)始侵入其電阻率就呈現(xiàn)較為平緩的下降趨勢(shì),直至達(dá)到平衡,且達(dá)到平衡時(shí)間較好物性油層慢。
圖3為飽和油巖心不同徑向探測(cè)深度處侵入速率(侵入整段巖心距離與侵入時(shí)間比值)與物性參數(shù)φ/K(孔隙度與滲透率比值)關(guān)系圖。不同形狀點(diǎn)子,代表不同徑向探測(cè)深度處侵入速率。由圖3可見(jiàn),不同孔隙度滲透率比范圍鉆井液侵入速率與孔隙度滲透率比的關(guān)系不同;φ/K<10,隨著孔隙度滲透率比增加,R1(距侵入端1.0 cm處)和R2(距侵入端2.5 cm處)處侵入速率降低,R3(距侵入端4.5 cm處)處變化不明顯,R4(距侵入端7.0 cm處)和R5(實(shí)驗(yàn)巖心尾部)處侵入速率增加;φ/K在10~150之間,隨著φ/K增加,鉆井液侵入速率迅速降低;φ/K>150,鉆井液侵入速率變化規(guī)律復(fù)雜,現(xiàn)儀器難以準(zhǔn)確模擬該部分物性?xún)?chǔ)層鉆井液侵入變化規(guī)律。
圖3 物性與侵入速率關(guān)系圖
鉆井液侵入動(dòng)態(tài)聯(lián)測(cè)裝置可利用循環(huán)泵提供0~6 MPa范圍可調(diào)的侵入壓力,相當(dāng)于井筒環(huán)境下的侵入壓差。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知,隨著侵入壓差增大,巖心侵入越徹底,鉆井液侵入后巖心電阻率變化越明顯,電阻率降低越多。圖4為不同物性飽和油巖樣在不同壓差下侵入深度與侵入時(shí)間關(guān)系圖,其中圖4(a)侵入壓差為2 MPa,圖4(b)侵入壓差為4 MPa,每個(gè)電極環(huán)距侵入端的距離,依次為1.0、2.5、4.5、7.0、9.5 cm,不同顏色的線(xiàn)為不同物性飽和油巖樣。由圖4可知,相同物性飽和油巖樣,侵入壓差越大,達(dá)到平衡所需時(shí)間越短,說(shuō)明壓差對(duì)儲(chǔ)層鉆井液侵入速率和侵入深度影響較大,壓差越大,侵入速率越快,相同時(shí)間內(nèi)壓差越大,侵入深度越深。
對(duì)于飽含油的儲(chǔ)層來(lái)說(shuō),物性、侵入壓差、原油黏度和侵入時(shí)間是決定地層侵入深度的主要因素。通過(guò)前面的分析,建立了低孔隙度滲透率條件下鉆井液侵入速率模型,利用打開(kāi)地層的時(shí)間和侵入速率,計(jì)算侵入半徑,判斷儲(chǔ)層污染情況。
其中鉆井壓差
Δp=ρd×g×h
(1)
不同飽和油黏度η情況下鉆井液濾液侵入速率vi是巖心孔隙度滲透率比φ/K、和侵入壓差Δp的函數(shù)
(2)
利用侵入速率vi和侵入時(shí)間Δt計(jì)算鉆井液濾液的侵入半徑Di,侵入時(shí)間Δt表示從地層被鉆開(kāi)到測(cè)井這段時(shí)間
Di=vi×Δt=f(φ/K,η,Δp)×Δt
(3)
由孔隙度滲透率比和平均侵入速率交會(huì)圖可以看出,隨孔隙度滲透率比增加,鉆井液侵入速率呈指數(shù)降低(見(jiàn)圖5)。
圖5 孔隙度滲透率比和平均侵入速率交會(huì)圖
建立了所有巖心鉆井液侵入速率與孔隙度滲透率比關(guān)系式
R2=0.570
(4)
并建立了不同侵入條件下鉆井液侵入速率與孔隙度滲透率比關(guān)系式。
黏度為22.1 mPa·s下巖心鉆井液侵入速率與孔隙度滲透率比關(guān)系式
R2=0.5581
(5)
黏度為1.5 mPa·s下巖心鉆井液侵入速率與孔隙度滲透率比關(guān)系式
R2=0.4965
(6)
4 MPa壓差下巖心鉆井液侵入速率與孔隙度滲透率比關(guān)系式
R2=0.5791
(7)
2 MPa壓差下巖心鉆井液侵入速率與孔隙度滲透率比關(guān)系式
R2=0.7903
(8)
在其他壓差下,通過(guò)公式系數(shù)插值,建立鉆井液侵入速率與孔隙度滲透率比的關(guān)系式。
也嘗試了利用孔隙度與侵入速率建立關(guān)系式,在無(wú)法得到較準(zhǔn)確滲透率的情況下可以進(jìn)行侵入半徑的計(jì)算。
侵入速率與孔隙度關(guān)系式
v=0.002e0.427φ
R2=0.41
(9)
由于測(cè)井過(guò)程中,不同地區(qū)、不同儀器等環(huán)境差異,會(huì)造成井間資料誤差,影響儲(chǔ)層參數(shù)的計(jì)算,使得測(cè)井計(jì)算孔隙度滲透率比存在差異。要提高侵入深度的計(jì)算精度,就需要對(duì)測(cè)井資料進(jìn)行校正,以求獲得更準(zhǔn)確的孔隙度滲透率比數(shù)據(jù)。本文的校正方法是利用研究區(qū)取心分析資料中的孔隙度、滲透率與測(cè)井計(jì)算孔隙度與滲透率建立關(guān)系,得到校正系數(shù),進(jìn)行參數(shù)的校正,提高侵入深度的計(jì)算精度。
埕海地區(qū)CHxx井Es2下,鄰井巖心分析孔隙度4%~14%,滲透率0.002~8 mD,屬于低孔隙度低滲透率儲(chǔ)層。18 ℃鉆井液濾液電阻率0.27 Ω·m,地層水電阻率0.36 Ω·m,侵入時(shí)間10 d。通過(guò)計(jì)算,其侵入深度如圖6所示??梢钥闯鲈摱慰紫遁^高的儲(chǔ)層部分侵入較為明顯,集中在1~50 cm段,物性較差的差油層侵入較淺,而干層處基本無(wú)侵入。測(cè)井解釋過(guò)程中,結(jié)合侵入深度與電阻率變化,綜合解釋儲(chǔ)層流體性質(zhì),并有效指導(dǎo)了射孔方案設(shè)計(jì)。該井成功試油,73-77號(hào)層(3 792.1~3 812.1 m段),壓后,油管8 mm油嘴放噴,日產(chǎn)/累產(chǎn)油53.12/188.12 t,日產(chǎn)/累產(chǎn)氣6 467/25 820 m3,84號(hào)層的3 854 m處MDT測(cè)試以水為主。證明了解釋的準(zhǔn)確性及射孔施工的有效性。
圖6 CHxx井應(yīng)用效果分析
(1)鉆井液侵入動(dòng)態(tài)聯(lián)測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置能夠有效模擬地層侵入條件下中低孔隙度滲透率儲(chǔ)層鉆井液侵入過(guò)程,采集不同侵入時(shí)間5個(gè)徑向深度巖心電阻率變化情況。
(2)通過(guò)侵入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),認(rèn)識(shí)到儲(chǔ)層孔隙度滲透率比小于10,鉆井液侵入速度呈現(xiàn)先快后慢的趨勢(shì),巖心電阻率表現(xiàn)為先快速下降,然后緩慢下降直至平衡的特點(diǎn)。孔隙度滲透率比介于10~150之間時(shí),鉆井液侵入速度比較穩(wěn)定,巖心電阻率呈現(xiàn)比較平緩的下降趨勢(shì)直至達(dá)到平衡。孔隙度滲透率比大于150的儲(chǔ)層其侵入規(guī)律有待于繼續(xù)探索。
(3)建立了中低孔隙度滲透率儲(chǔ)層不同孔隙度滲透率比條件下鉆井液侵入速率模型,應(yīng)用于生產(chǎn),計(jì)算儲(chǔ)層鉆井液侵入深度。
(4)研究區(qū)應(yīng)用10口井/85層,應(yīng)用效果較好。在分析中低孔隙度滲透率儲(chǔ)層受鉆井液影響程度方面具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義,為處理井的儲(chǔ)層解釋及射孔施工設(shè)計(jì)提供了技術(shù)支撐。