電纜地層測試器預測試方法研究

邊仁河 祖成敏

(大慶鉆探工程公司測井公司儀器維修中心 黑龍江大慶)

電纜地層測試器預測試方法研究

邊仁河 祖成敏

(大慶鉆探工程公司測井公司儀器維修中心 黑龍江大慶)

文章分析了最新的電纜地層測試器中預測試的工作原理、預測室實現(xiàn)方式、預測室活塞運動方法,結合地層滲透性的大小選擇相應的操作模式,從而獲得最佳的測試結果,求出地層滲透率。常規(guī)預測試方法滿足了早期傳統(tǒng)儀器地層壓力測試的需求;體積預測試比較適于滲透率較低的地層;限壓力降預測試能夠實現(xiàn)預測試過程中的流體流動壓力大于地層飽和壓力,避免發(fā)生汽化現(xiàn)象,所抽取流體為單相地層流體。在每種預測試模式選擇中,預測試活塞的抽取速度還可以作為補充測試手段由操作工程師自己選定從而快速判斷地層滲透性好壞。這些單獨或組合預測試控制模式的應用使得電纜地層測試器的預測試功能適應性更強,滲透率估算更為準確。

地層測試器;滲透率;預測試;地層壓力

0 引 言

地層滲透率是地質儲層評價重要參數(shù),它的求取是一個復雜的課題。因為地層流體的組分比較復雜,可能是單相的油、氣、水,或者其中兩相甚至三相的組合,地層的地質結構可能是均質、非均質、裂縫地層,也可能是任意組合混合結構。這些因素都為地層滲透率的求取帶來了難度。利用電纜地層測試器獲取的地層壓力恢復時間、判別流體類型等資料求取地層的平均有效滲透率、建立清晰的流體壓力梯度場,是一種非常有效的測井方法。

早期使用的電纜地層測試器的預測試室體積固定,造成原有儀器僅適于均質中等滲透率(0.1×10-3～100×10-3μm2)的測試要求,而對于均質低滲透率或高滲透率地層的測試則是一個盲區(qū)。最新型地層測試器的預測試技術有了較大的改進,采用智能程控預測試技術,操作工程師可以根據(jù)已獲取的油藏信息,有針對性地選擇合適的預測試控制模式,使得預測試功能適應性更強,滲透率估算更為準確,減少了儀器測試盲區(qū)。

1 預測試原理

圖1 壓力預測試示意圖

電纜地層測試器將測試探頭推靠到井壁,如圖1所示。探頭通過封隔器(“派克”)和地層緊密密封后,擠壓泥餅,回縮探針形成一條由地層通往儀器預測試室的流體測試空腔,操作工程師控制儀器選擇某種預測試控制模式開啟預測試室,抽取一定體積的地層流體樣品,從而形成地層壓力降,這一壓力降以近似于球面形式向外傳播。壓降結束后,地層流體中未被擾動的部分又向低壓區(qū)流動,直至壓力恢復到原始地層壓力。在這一過程中,儀器中設置的壓力計將全程記錄地層壓力和時間的函數(shù)曲線。典型的預測試壓力記錄曲線如圖2所示。通過測試的壓降大小和不同時間記錄的恢復壓力是地層滲透率的函數(shù),因此根據(jù)壓力降落數(shù)據(jù)和壓力恢復資料可計算地層滲透率K。根據(jù)達西公式求取地層滲透率[1]。

式中,K為滲透率;C為儀器系數(shù);Q為預測室流體流速;μ為流體粘稠度;ΔP=FSI-DD:最終封閉壓力減去抽吸壓力(預測試時的流動壓力)。

圖2 典型的預測試壓力記錄曲線

2 儀器預測室(工作)實現(xiàn)方式

目前國內外在用電纜地層測試器壓力預測室設計上有兩種:(1)機械式活塞控制;(2)液壓式活塞控制。機械式活塞控制預測試機理如圖3所示。是采用電動馬達(與行星式滾珠絲杠裝置聯(lián)系在一起)和高速減速齒輪箱組合,根據(jù)地層壓力大小、流體流速調節(jié)壓力預測室容積,以適應地層壓力恢復時間求準地層壓力。

液壓式活塞控制預測試機理如圖4所示。采用液壓泵控制液壓流量,調節(jié)預測室容積,通過控制測試的流動,使壓降保持在泡點壓力以上,讓活塞的排出量與流體的流入量相等,這可以保證只有單項流體流動,消除多項解釋的麻煩,保持樣品的完整,從而求得良好滲透率參數(shù)測量結果[2]。

圖4 液壓式活塞控制預測試機理

兩種工作方式均能實現(xiàn)地層壓力的可變容積壓力測試,相對于地層測試器的早期產品具有更好的適應性和測量精度,具有不可比擬的優(yōu)勢。機械式預測試工作方式相對于液壓驅動系統(tǒng)極大提高了預測試流速控制和容積的穩(wěn)定性保持。液壓式預測試工作方式在保證流體單相態(tài)上具有優(yōu)勢,有利于地層流體的PVT取樣。

3 預測試活塞的運動控制方式(測量模式)

儲集層滲透率的變化范圍很大,一般為10-4μm2～10μm2。欲求取地層滲透率,應在儲層中產生一個地層測試器可以識別和感知的壓力擾動。這意味著預測試室的活塞在機械或液壓系統(tǒng)的控制下,運動速度和抽取體積必須和地層滲透率匹配。預測試的容積是指預測室活塞抽送運動形成的管腔容積。我們討論預測試的體積時,通常是指預測試活塞因運動而引起的體積變化量(ΔV)。預測試室的實際體積實時記錄在測試曲線上。最新的單探頭電纜測試器預測試模式有3種:(1)常規(guī)模式預測試;(2)限體積模式預測試;(3)限壓力降模式預測試[3]。

3.1 常規(guī)模式預測試

常規(guī)預測試時(預測室體積恒定),預測試活塞將滿行程運動,即ΔV=某一恒定值。

3.2 限體積模式預測試

在限體積預測試期間,預測試活塞在預測試室體積達到操作者經MAXIS規(guī)定的某一值時停止運動。在低滲透率情況下,體積預測試可以節(jié)省操作時間。理論上任何一點的體積預測試可做無數(shù)次,但累計體積不超過儀器設計的最大值。在變滲透率巖層,當不知道用多大的預測試體積時,應當開始用一個小體積的預測試觀察地層的響應情況,如有必要再選用大一些的體積預測試。測試事例如圖5所示。

3.3 限壓力降模式預測試

對于限壓力降預測試而言,預測試活塞將在流體管路中的壓力降至操作工程師經地面采集系統(tǒng)規(guī)定的值時停止運動。由于系統(tǒng)響應時間的原因,實際流體管路壓力會“擊穿”規(guī)定值。預測試室的體積可以是1CC～最大值之間的任意值。這一選擇適用于低滲透率井,以減少壓力恢復時間;也可用于滲透率低且泥漿壓力高的井況;還適用于飽和壓力點以上的壓力測試,以確保流體管路中只有一種單相流體。它還可以避免在派克上產生過大的拉力差,減少派克密封失敗和損壞。在滲透率很高的情況下,實際流體管路壓力在未達到規(guī)定值時,滿刻度體積的預測試就可能已經出現(xiàn)。在滲透率很低的情況下,流體管路壓力很快會降至規(guī)定值,且預測試體積可能很小。

圖5 限體積模式預測試

3.4 預測試活塞的抽取速度

預測試活塞的抽取速度也可用流量表示。地層滲透率低時,其速度應減小,并與地層供給流體的速度相匹配,以避免過高的壓力降;地層滲透率高時,其速度相應增加,以便產生出可觀察到的壓力降和壓力恢復過程。低預測試速率還可用于容易跨塌的軟地層。

4 結 論

為了適應地層滲透率復雜多變的情況,最新的電纜式地層測試器在預測試工作實現(xiàn)方式以及活塞運動控制方式上較早期地層測試儀器有了重大技術改進,通過不同的控制模式(常規(guī)預測試;限體積預測試;限壓力降預測試三種模式)單獨或組合工作,完成更具有適應性的精確地層壓力測量。在每種模式中,控制預測試活塞的抽取速度還可以作為補充測試手段由操作工程師自行選定,快速直觀的判定地層滲透性好壞。

[1] 王壽奎.重復式電纜地層測試器[M].北京:石油工業(yè)出版社,1987

[2] SCHLUMBERGER CO.MDT Hydraulic Manual[M].1992

[3] 張 宏.MDT模塊式地層測試器預測試技術研究[J].天然氣工業(yè).2006

Study on the identifying method of pretest in the formation test tool.

Bian Renhe and Zu Chengmin.

This article focuses on the principle of pretest,the realization of pretest,and the movement of pretest piston.This article also explains how to choose the appropriate operation subsets according to the formation permeability.As a result,we can get the best test result and solve the formation permeability.The conventional pretest method can meet the need of traditional formation test demand.The volume pretest is more suitable for low permeability formations.The limited pressure pretest can make the flowing pressure higher than the formation saturation pressure during the test process,which avoids the gasification when the extracted liquid is in single phase.Adjusting the speed of pretest piston will become a supplemental way if an engineer wants to evaluate the formation permeability more quickly.The application of pretest subsets combination gets the functions of the cable formation pressure test more adaptable,and the permeability estimation more accurate.

Formation test;Permeability;Pretest;Formation pressure

P631.8+3

B

1004-9134(2011)04-0012-03

邊仁河,男,1972年生,工程師,1994年畢業(yè)于大慶石油學院測井專業(yè),現(xiàn)在大慶油田鉆探工程公司測井公司儀器維修中心從事生產管理工作。郵編:163412

2011-03-09編輯梁保江)

PI,2011,25(4):12～14

·儀器設備·