南海西部海域復雜條件下PVT取樣技術(shù)對策

蔣利平 高德偉 勞業(yè)春 李 茂 陳玉璽 趙 楠

（1.中海石油（中國）有限公司湛江分公司； 2.中國石油西南油氣田公司川西北氣礦）

南海西部海域復雜條件下PVT取樣技術(shù)對策

蔣利平1高德偉2勞業(yè)春1李 茂1陳玉璽1趙 楠1

（1.中海石油（中國）有限公司湛江分公司； 2.中國石油西南油氣田公司川西北氣礦）

南海西部海域新發(fā)現(xiàn)的含油氣構(gòu)造探井、評價井數(shù)量少，獲取PVT樣品成本高昂，且面臨易脫氣、易揮發(fā)、易凝析、組分缺失、樣品污染、樣品少和含水量高等諸多難題。在南海西部海域PVT取樣統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)出了復雜條件下PVT取樣的經(jīng)驗和適合海上油氣藏PVT取樣的技術(shù)對策。

南海西部 油氣藏 復雜條件 PVT 取樣 技術(shù)對策

1 PVT取樣現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)

要了解油氣儲層內(nèi)流體的性質(zhì)，就需要對流體進行PVT測試。合格的PVT樣品及可靠的分析結(jié)果有助于正確識別流體類型和性質(zhì)，客觀評估油田儲量，從而為油田開發(fā)方案設計，以及采油、地面及輸送工藝設計提供參考依據(jù)[1]。

南海西部海域經(jīng)過30多年的油氣勘探開發(fā)取得了巨大成效，同時通過應用鉆桿地層測試、電纜地層測試、普通試油試氣、聚焦取樣等工藝技術(shù)[2－7]取得了豐富的油氣藏PVT資料，且代表性較強。由于海上油氣勘探探井、評價井數(shù)量少，PVT取樣成本高昂，如何通過油氣井地層測試經(jīng)濟有效地獲得可靠的PVT樣品一直倍受關(guān)注，而對于南海西部海域，由于油氣藏情況復雜，上述問題更為突出，主要歸結(jié)為4方面：一是流體類型復雜，近臨界點的黑油、凝析氣和揮發(fā)油廣泛分布，相態(tài)變化劇烈，容易脫氣、凝析或揮發(fā)，取樣方式不當兩相流體比例容易失真；低飽和原油（高凝油、稠油）PVT樣品重烴組分缺失或取樣樣品量少；二是低產(chǎn)油氣藏測試產(chǎn)量低，測試工藝復雜，取樣樣品量少或輕烴組分缺失；三是鉆完井、測試工藝存在潛在不利因素，造成樣品污染或組分缺失；四是地層水、乳化水、凝析水、水竄水等易混入樣品，導致樣品含水量高，此時PVT樣品失真導致PVT分析結(jié)果不能真實反映地層流體性質(zhì)。

因此，必須根據(jù)油氣藏類型及具體條件對取樣時機、取樣井和取樣層位做出恰當安排，在取樣前對取樣井進行適當調(diào)整，選用合適的取樣方法，并且嚴格遵照取樣操作規(guī)范，從而取得具有代表性的油氣藏流體樣品[2]。本文對南海西部海域PVT取樣實踐經(jīng)驗進行了總結(jié)，以期為海上其他油田提供借鑒。

2 復雜條件下PVT取樣技術(shù)對策

2.1 根據(jù)相態(tài)變化選取合理取樣方式

流體性質(zhì)對PVT取樣的影響主要取決于流體從地層流動到分離器過程中的相態(tài)變化。基于油氣相態(tài)變化特征，油氣藏主要分為2類：相態(tài)變化劇烈的近臨界點油氣藏和相態(tài)變化小的特低飽和油藏。

2.1.1 近臨界點油氣藏

在流體相圖中處在臨界點左側(cè)帶氣頂氣的飽和型輕質(zhì)油藏，或處在臨界點右側(cè)帶油環(huán)的飽和型凝析氣藏，統(tǒng)稱為近臨界點油氣藏。在此類油氣藏測試過程中，由于飽和壓力或露點壓力過高，井底流壓略低于地層壓力就會發(fā)生脫氣、揮發(fā)或凝析油等現(xiàn)象，井流物中油氣兩相的比例常與油氣藏流體的組成不同，因此井下取樣所得樣品就常常沒有代表性。

例如，某井鉆桿地層測試（DST）下入3支井下取樣器：第1支取樣器取樣深度為2930 m，打開壓力為1000 psi，現(xiàn)場轉(zhuǎn)樣分析泡點壓力為1467 psi；第2支取樣器取樣深度為2926 m，打開壓力為980 psi，現(xiàn)場放樣得到油100 m L，其余為氣，未見水；第3支取樣器取樣深度為2922 m，打開壓力為1000 psi，現(xiàn)場轉(zhuǎn)樣分析泡點壓力為1729 psi。盡管取樣器深度和取樣時間差異小，但是由于脫氣后油氣兩相流動復雜，導致樣品分析結(jié)果差異非常大：樣品1和樣品3氣少油多，PVT分析結(jié)果重質(zhì)含量高、飽和壓力偏低；而樣品2氣多油少，PVT分析結(jié)果輕質(zhì)含量多、飽和壓力偏高。另外，特殊條件下還可能出現(xiàn)極端實例。例如對W1181井DST1兩個樣品進行PVT實驗，結(jié)果數(shù)據(jù)差異較大；經(jīng)分析認為與2次井下取樣以及取樣時取樣點處流體是否為單相和生產(chǎn)是否穩(wěn)定有關(guān)：第1次取樣時生產(chǎn)不穩(wěn)定，生產(chǎn)壓差大，井底脫氣，樣品以氣為主，現(xiàn)場PVT分析認為樣品為凝析氣，而分離器測得的生產(chǎn)氣油比卻為48 m3/m3，于是待生產(chǎn)相對穩(wěn)定后進行了第2次PVT取樣，分析結(jié)果為飽和壓力為17.0 MPa的輕質(zhì)油。因此，對于近臨界點油氣藏，選取分離器地面取樣較為合適，生產(chǎn)氣油比穩(wěn)定可靠（表1）。

表1 南海西部海域油氣藏復雜條件下PVT取樣方式推薦表

2.1.2 特低飽和油藏

特低飽和油藏原油重烴組分含量高、輕烴組分含量特別低，因此表現(xiàn)為氣油比很低，飽和壓力特低，相態(tài)變化小。例如，WS14井稠油氣油比僅為1 m3/m3左右，飽和壓力僅為0.5 MPa，在測試過程中表現(xiàn)為：原油在井下流動過程中未脫氣（井底流壓高于飽和壓力），原油流入到井口和分離器時井口壓力還是高于飽和壓力，流體仍呈單相，因此采用井口PVT取樣即可（表1），若井口壓力稍低于飽和壓力，可能有少量脫氣，但無法準確計量氣油比，只能采用井下取樣。

因此在流體相態(tài)相對復雜時，特別是多相流動時，推薦采用分離器地面取樣；而流體相態(tài)相對簡單時，特別是單相流動時，推薦采用井口地面取樣。

2.2 依據(jù)低流度油氣藏類型選取合理取樣方式

楊滿平等人[8]認為流度小于30×10－3μm2/（mPa·s）的油藏為低流度油藏。南海西部低流度、低產(chǎn)油氣藏主要以低滲、高粘油氣藏為主，這些油氣藏的PVT取樣相對于普通油氣藏更為復雜、困難。

2.2.1 低滲低產(chǎn)油氣藏

低滲油氣藏儲層滲透性較差，單井產(chǎn)能、產(chǎn)量較低，氣油比、飽和壓力中等，測試過程中生產(chǎn)壓差大，流體容易脫氣或凝析，非常不利于井下取樣。例如，WZ1181井測試層產(chǎn)能低（比采油指數(shù)為0.09 m3/（MPa·d·m）），測試生產(chǎn)壓差大（為21.3 MPa），井底流壓僅為9.3 MPa，低于飽和壓力13.7 MPa，油氣呈兩相流動，由于氣流動能力強，井下取樣以氣為主，所取樣品分析結(jié)果為凝析氣，但根據(jù)地質(zhì)油藏特征認為應是油藏。因此調(diào)整為小油嘴6.35 mm生產(chǎn)，重新井下取樣，取得代表性的樣品，同時通過地面分離器取樣也獲得可靠的樣品，井下樣和地面樣實驗分析結(jié)果一致，所得地層原油密度為0.67 g/cm3，地層原油粘度為0.28 mPa·s，確定流體為輕質(zhì)原油。建議低滲低產(chǎn)油氣藏井下和分離器取樣均采用以降低取樣不合格風險（表1）。

2.2.2 高粘低產(chǎn)油藏

WS14稠油油藏盡管儲層物性較好，但地層原油粘度高達800 mPa·s，因此油藏流度低（為0.9×10－3μm2/（mPa·s））、產(chǎn)能低（比采油指數(shù)為0.25 m3/（MPa·d·m）），測試產(chǎn)量低（WS142井測試產(chǎn)量僅為4.7 m3/d），該井采用氣舉方式進行測試、生產(chǎn)，氣舉對分離器地面取樣有不利影響，因為分離器中氣樣為溶解氣與氣舉氣的混合氣，需要對混合氣樣進行校正，剔除氣舉氣才能獲得可靠的實驗結(jié)果。因此在 W11E1井DST1測試時，產(chǎn)量為9.0 m3/d，雖然同樣采用氣舉方式，考慮到地面氣樣校正的難度，井下取樣4次，在取樣器深度遠低于最深氣舉閥深度前提下，保證了井下樣不受氣舉氣的影響，4個樣品都合格。海上高粘低產(chǎn)油藏往往采用氣舉測試生產(chǎn)，推薦采用井下PVT取樣（表1）。

WS14在開井測試期間稠油在井筒流動困難，防砂篩管外表面糊滿粘稠原油，產(chǎn)出油有乳化現(xiàn)象，既有油包水型，也有多重乳化液，給PVT取樣帶來困難，從地面原油和PVT實驗結(jié)果分析多重乳化液含水55.0%，乳化對稠油粘度結(jié)果影響大，而粘度是稠油開發(fā)的關(guān)鍵指標。因此為了保證稠油PVT取樣代表性，需要采用加熱保溫措施（溫度越高乳化越難形成）。例如 W11E1井測試通過螺桿拌熱，不僅提高稠油流動能力，還降低了乳化風險，實驗結(jié)果表明：含水低于8.5%，乳化程度沒有或較小，對于PVT實驗結(jié)果影響小，從而保證了稠油取樣的可靠性。

2.3 規(guī)避潛在不利因素，選取合理取樣方式

2.3.1 泥漿濾液的影響

泥漿濾液對樣品的污染是影響準確測量樣品PVT性質(zhì)的關(guān)鍵因素，污染太嚴重時PVT樣品實驗即使完成，結(jié)果也不可信。

測試過程中鉆井液或壓井液往往與地層流體混合，甚至會產(chǎn)生化學效應造成樣品污染。例如，W1123井二開、三開井鋼絲作業(yè)井下取樣，經(jīng)現(xiàn)場檢測，所取樣品不能檢測出泡點壓力或數(shù)據(jù)異常，說明PVT樣品不合格，所取原油樣品為乳黃色冰激凌樣（圖1），地面密度為0.813 g/cm3。

圖1 W1123井原油樣品污染特征圖

經(jīng)用鄰井W1122井油樣與破膠液配伍對比試驗，發(fā)現(xiàn)W1123井所取原油樣品為乳黃色冰激凌樣的原因是破膠液所致。因此新井W1124井在負壓條件下鉆開流三段IIIb油組上部地層，中途測試完后不再替入破膠液至裸眼井段，避免了樣品污染。在做好配伍實驗的同時，測試增加排液時間，在排凈污染液后進行PVT地面取樣，保證樣品沒有混入污染液，從而獲得了可靠的PVT樣品，分析地面原油密度為0.857 g/cm3，遠高于 W1123井受破膠劑影響后的原油密度，表明原油污染后，性質(zhì)發(fā)生較大變化。因此此類情況下，最好長時間排液，在排凈后再進行PVT取樣，取樣方式?jīng)]有特殊要求（表1）。

為實現(xiàn)零污染而發(fā)展的聚焦采樣技術(shù)是在采樣早期將鉆井泥漿濾液隔離，使純凈的儲層流體與被污染的流體分開，并分別泵入不同的管線，達到降低污染的目的。與MDT相比，聚焦采樣技術(shù)樣品污染程度可降低90%[6]。例如，深水井L2211在3400 m井深進行了多點聚焦采樣，獲取了多個井下合格氣樣，PVT分析結(jié)果一致，這可為未來深水井PVT取樣提供借鑒。

2.3.2 人工舉升方式的影響

我國海上大部分油氣藏一般采用自噴式采油，但低流度、低產(chǎn)油氣藏往往采用泵抽或氣舉等人工舉升方式開采。

例如，WS142井DST2A采用注熱氮氣氣舉方式采油，從分離器所取的氣樣是氣舉氣與地層產(chǎn)出氣的混合物，這由單級脫氣實驗分析所得井流物組分中氮氣組分含量過高（占氣體摩爾百分含量68.75%）所證實，因此計量的生產(chǎn)氣油比值高于真實氣油比，實驗所得飽和壓力、氣油比也偏高；此時若不進行混合氣校正，則不能采用地面PVT取樣，必須進行井下PVT取樣（表1），例如，前述 W11E1井DST1測試時，考慮到地面氣樣校正的難度，進行了4次井下取樣，保證了井下樣不受氣舉氣的影響。

2.3.3 原油含蠟量的影響

由于溫度、壓力的降低，高凝油在井筒流動過程中原油中輕組分和溶解氣揮發(fā)，蠟在原油中溶解度降低，促使石蠟沉淀。例如W691井ESP2測試過程中欠載停泵（圖2），起測試管柱，發(fā)現(xiàn)兩根單根被凝固原油堵死；后啟動泵開井，井口及地面管線又被堵塞。由于蠟在井筒及管線中的聚集，使得井口和分離器取樣中原油蠟組分減少，PVT樣品與實際地層原油蠟組分差異大，實驗所得結(jié)果偏低。W693井測試采用井筒保溫措施，其井口溫度遠高于W691井，且高于凝固點，對比2口井地面PVT樣實驗結(jié)果，驗證了W691井PVT樣品蠟組分的損失。因此，對于高凝油油藏而言，盡量采用井下取樣（表1），在只能地面取樣的情況下，一定要采用井筒保溫措施。

圖2 W691井ESP2井口壓力隨時間變化曲線

2.3.4 原油粘度的影響

稠油粘度高，對溫度尤為敏感；在井筒低溫條件下原油流動會受到較大影響，而采用加熱保溫降粘措施可以恢復原油流動能力、減少組分缺失，并且相對于其它井筒化學降粘技術(shù)，采用該措施PVT樣品不易被污染，例如 WS11E稠油油藏采用螺桿泵＋抽油桿加熱措施，不僅生產(chǎn)效果好，而且防止了組分的缺失，通過不同取樣方式獲得的多個樣品實驗分析結(jié)果基本一致。因此對于這類特殊性質(zhì)的油藏，需采取保溫措施以獲得較好的產(chǎn)能和可靠的PVT樣品。

在復雜測試工藝條件下，流到地面的流體組分往往已發(fā)生變化，因此推薦采用井下取樣。若擔心樣品污染，最好在鉆桿地層測試前引入聚焦井下取樣技術(shù)，從而保證樣品具有代表性。

2.4 根據(jù)產(chǎn)水類型選取合理取樣方式

PVT取樣要求樣品含水小于2%，但很多油氣藏在取樣過程中往往存在油水兩相流動，含水也遠遠大于2%，因此需要實時監(jiān)測產(chǎn)水特征，及時調(diào)整取樣對策（表1）。

2.4.1 液墊水

稠油油藏原油粘度大、產(chǎn)能低，井下液墊并未排出，且油水流度比大，原油為非連續(xù)相，故PVT樣品絕大多數(shù)為液墊水，僅含有少量原油，例如WS141井DST1測試RD井下取樣4次，均為水樣，油氣含量非常低，不滿足完成一次PVT實驗的需求。因此在W11E井測試時，通過動態(tài)監(jiān)測確定液墊已完全排凈，然后安排井下取樣，同時在分離器進行地面取樣，保證了取樣的成功率。對于存在液墊水干擾的取樣，建議根據(jù)液墊情況適時調(diào)整取樣方式。

2.4.2 地層水

開采邊底水油藏時往往鉆遇油水界面，例如W1281井開采某底水油藏時日產(chǎn)地層水為42.3 m3，日產(chǎn)油僅為29.5 m3，井下取樣所得樣品以水為主。另外，邊底水油藏油水層縱向分布復雜，進行測試時容易將水層同時射開或使油水層連通，例如W1221井DST4測試段現(xiàn)場測井解釋將2個油組（Ⅱa、Ⅱb油組）解釋為油層、差油層，因此決定兩層合試，同時射開了上部Ⅱa油組油層、下部Ⅱb油組水層和含油水層，在大壓差作用下Ⅱb油組水層產(chǎn)水，且產(chǎn)水量大，井下取樣以地層水為主，考慮以前類似取樣風險，進行了分離器地面取樣，獲得了可靠的PVT樣品。因此，對于有地層水產(chǎn)出油水兩相流動時，推薦采用分離器地面取樣方式。

2.4.3 凝析水

在井下高壓和高于大氣溫度情況下凝析水一般呈氣態(tài)或霧狀液滴，經(jīng)井口減壓、溫度下降而凝結(jié)成水，例如某在生產(chǎn)氣田DF11B1h氣井壓力降低到一定程度后出現(xiàn)凝析水，水氣比和油氣比都維持在0.05 m3/104m3，進行井下樣品檢查時發(fā)現(xiàn)容器里往往含有少量水，PVT實驗時高溫可能會攜帶水氣，導致實驗結(jié)果有所偏差。盡管氣藏開發(fā)對于PVT參數(shù)精確度要求相對不高，但DF氣田其它生產(chǎn)凝析水的氣井基本采用分離器取樣，氣水分離后，凝析水的含量非常低，這樣不僅可以獲得可靠的PVT樣品，還降低了取樣成本。因此對于生產(chǎn)凝析水的氣井，PVT取樣建議采用分離器地面取樣方式。

2.4.4 水竄水

測試時固井質(zhì)量差會導致層間或?qū)觾?nèi)水竄，例如分析認為W122油田老井 W1221井上部2675～2707 m儲層水泥膠結(jié)固井質(zhì)量較差（相對聲幅為50%），Ⅱc油組測試層段為無水層，但是測試中大量產(chǎn)水，未取得合格的PVT樣品。W122油田新井W122N1Sa井同樣顯示上部Ⅰ油組3200～3315 m井段水泥膠結(jié)固井質(zhì)量差，反循環(huán)落實測試期儲層共產(chǎn)水18.0 m3、產(chǎn)油13.3 m3，產(chǎn)水經(jīng)分析證實為上部地層水。為了避免類似情況出現(xiàn)，對W1221井測試時采用鋼絲作業(yè)井下取樣、RD井下取樣、分離器地面取樣3種PVT取樣方式，井下取樣仍均為氣微量、油少量，以水為主，但分離器樣品是合格的。因此測試前檢查固井的質(zhì)量非常有必要，如果固井質(zhì)量不好，存在水竄的前提下，建議一定采用分離器地面取樣。

總之，在油水兩相或油氣水三相流動時進行PVT取樣，井下流動狀態(tài)復雜，而在地面經(jīng)油水、氣水分離后取樣更為合理，因此推薦采用地面分離器取樣。

3 結(jié)論

南海西部海域油氣藏PVT取樣實踐表明，選取合理、可靠的PVT取樣方式不能僅局限于流體性質(zhì)，也不能忽略低品位油氣藏與普通油氣藏之間的差異，更不能忽略鉆完井、測試過程中的潛在不利因素。值得注意的是，該地區(qū)油氣藏PVT取樣可能同時面臨多個難題，影響因素不止一個，須在總結(jié)PVT取樣實踐與認識的基礎(chǔ)上，認真完成PVT取樣設計，并在現(xiàn)場PVT取樣過程中做好實時監(jiān)測，根據(jù)變化情況及時調(diào)整取樣對策，以保證獲取合格的PVT樣品。

隨著海上油氣藏勘探開發(fā)進程的深入，未來可能會面臨更多的復雜情況，深水油氣藏或特殊井型作業(yè)風險大、取樣成本更高，需要不斷引入隨鉆地層測試等針對性更強的取樣方式。

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A technical solution for PVT sampling under complex reservoir conditions in the western South China Sea

Jiang Liping1Gao Dewei2Lao Yechun1Li Mao1Chen Yuxi1Zhao Nan1
（1.Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.，Guangdong，524057；2.Northwest Sichuan Gas Field of Southwest Oil ＆ Gas Company，PetroChina，Sichuan，621700）

For the structures newly discovered in the western South China Sea，PVT sampling is high in cost due to less exploratory and appraisal wells，and there are several difficulties such as degassing，volatilizing，condensation，lossing components，pollution，small sample and high water cut.On a basis of statistically analyzing PVT sampling in the western South China Sea，we have summed up experiences in PVT smpling under complex conditions and developed a technical solution for PVT sampling suitable to the offshore oil and gas reservoirs.

the western South China Sea；oil and gas reservoir；complex condition；PVT；sampling；technical solution

蔣利平，男，工程師，2005年獲中國石油大學（北京）碩士學位，主要從事油氣田開發(fā)前期研究工作。E－mail：jianglp＠cnooc.com.cn。

2011－05－24改回日期：2011－07－09

（編輯：楊 濱）