現(xiàn)場水分析技術(shù)及其在東方氣田高溫高壓氣井中的應(yīng)用

劉海涅楊玉卿郭書生劉海波王曉飛李 揚(yáng)

（1．中海油田服務(wù)股份有限公司； 2．中海石油（中國）有限公司湛江分公司）

現(xiàn)場水分析技術(shù)及其在東方氣田高溫高壓氣井中的應(yīng)用

劉海涅1楊玉卿1郭書生2劉海波1王曉飛1李 揚(yáng)1

（1．中海油田服務(wù)股份有限公司； 2．中海石油（中國）有限公司湛江分公司）

在高溫高壓氣井鉆井作業(yè)中，鉆井液體系調(diào)整較頻繁且調(diào)整范圍大、侵入地層較深，導(dǎo)致電纜測試樣品的流體性質(zhì)和侵入地層的鉆井液濾液組成比例難以準(zhǔn)確判斷，為此探索了一種新的現(xiàn)場水分析技術(shù)，并在鶯歌海盆地東方氣田高溫高壓氣井中取得了良好的應(yīng)用效果。應(yīng)用本文提出的現(xiàn)場水分析技術(shù)，可以快速準(zhǔn)確地定量分析電纜測試儲層流體中的鉆井液濾液和地層水的組成比例，計(jì)算儲層中流體的總礦化度，進(jìn)而有助于定性識別流體性質(zhì)，指導(dǎo)現(xiàn)場測試取樣作業(yè)，為作業(yè)者提供快捷的決策依據(jù)。

現(xiàn)場水分析技術(shù)；電纜測試；定量分析；定性判別；東方氣田；鶯歌海盆地

作為油氣層快速評價(jià)的有效手段，電纜地層測試取樣技術(shù)在海上和陸地油田得到了廣泛應(yīng)用［1-5］。電纜地層測試取到的水樣樣品一般是鉆井液濾液與地層水的混合物，通常采用分析鉆井液濾液和水樣樣品的Cl－濃度、電阻率2項(xiàng)指標(biāo)來判斷樣品中是否含地層水，并粗略估算鉆井液濾液混入的比例［6-9］。由于高溫高壓氣井在鉆井時(shí)鉆井液體系調(diào)整較頻繁且調(diào)整范圍大，導(dǎo)致侵入地層的鉆井液濾液所占比例難以判斷，尤其是當(dāng)?shù)貙铀c鉆井液濾液的Cl－濃度接近時(shí)，單靠上述方法難以準(zhǔn)確判斷電纜測試樣品的流體性質(zhì)與組成比例。為解決這個(gè)問題，筆者探索了一種新的現(xiàn)場水分析技術(shù)，并在鶯歌海盆地東方氣田高溫高壓氣井實(shí)際應(yīng)用中取得了良好效果。

1 現(xiàn)場水分析技術(shù)

現(xiàn)場水分析技術(shù)是以離子色譜分析儀為主要分析儀器，在海上鉆井平臺上通過對比分析所取得的水樣樣品與壓濾鉆井液濾液的陰陽離子濃度，從而快速（在2 h內(nèi)）判斷樣品中是否含有地層水，并估算鉆井液濾液所占比例。其基本原理是：在區(qū)域K＋濃度穩(wěn)定且已知的情況下，將K＋作為特征離子，并結(jié)合Na＋與K＋濃度比值來估算樣品中鉆井液濾液的混入比例，推算地層水的總礦化度，定性判別樣品的流體性質(zhì)。該技術(shù)能夠快速分析電纜測試所取水樣樣品（以下簡稱水樣）中常見的陰陽離子濃度，較好地區(qū)分水樣中鉆井液濾液和地層水的組成比例，解決儲層流體性質(zhì)難以準(zhǔn)確判斷的問題，判斷現(xiàn)場電纜地層測試取樣作業(yè)效果，為作業(yè)者提供快捷的決策依據(jù)。

1.1 定量分析方法

現(xiàn)場水分析技術(shù)可以快速測定水樣中常見陰陽離子的組成及濃度，其中常見陰離子有F－、Cl－、Br－、NO3－、NO2－、PO43－、SO42－等7種，常見陽離子有Li＋、Na＋、K＋、Mg2＋、Ca2＋、Ba2＋、Sr2＋、NH4＋

等8種，測定結(jié)果準(zhǔn)確度高且重復(fù)性好［9］。表1、2分別為渤海油田7口探井水樣、3口生產(chǎn)井水樣和鉆井液濾液中常見陰陽離子濃度測定結(jié)果，可看出：Na＋、Cl－在水樣和鉆井液濾液中的濃度一般都很高，沒有明顯特征，無法作為特征離子進(jìn)行定量計(jì)算；NH4＋、Ba2＋、Sr2＋、NO2－、PO43－、Br－、NO3－、Li＋在水樣和鉆井液濾液中的濃度很低或沒有，無法作為特征離子進(jìn)行定量計(jì)算；SO42－、Mg2＋、Ca2＋、CO32－、HCO3－的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，也無法作為特征離子進(jìn)行定量計(jì)算；而K＋在地層水樣品中的濃度比較低，但在鉆井液濾液中的濃度卻很高（這是因?yàn)楹Ｉ香@井液一般為KCl鉆井液），因此在實(shí)際應(yīng)用中可將K＋濃度作為區(qū)分地層水和鉆井液濾液的特征離子，這就是定量的K＋濃度法。由此得出水樣中K＋濃度為

表1 渤海油田水樣與鉆井液濾液的陰離子濃度

表2 渤海油田水樣與鉆井液濾液的陽離子濃度

式（1）中：R2為水樣中K＋的濃度，mg／L；R1為鉆井液中K＋的濃度，mg／L；Ro為區(qū)域地層水中K＋的濃度，mg／L；M為水樣中鉆井液濾液的體積比例，無量綱。

對式（1）進(jìn)行推導(dǎo)，得出水樣中鉆井液濾液的體積比例為

地層水中K＋濃度一般取區(qū)域經(jīng)驗(yàn)值，相對于鉆井液濾液中K＋濃度來說其值很低，所以區(qū)域經(jīng)驗(yàn)值的選取對式（2）的計(jì)算結(jié)果影響很小。

同樣原理，經(jīng)過推導(dǎo)，計(jì)算地層水總礦化度的公式為

式（3）中：S0為地層水總礦化度，mg／L；S1為鉆井液濾液總礦化度，mg／L，約等于鉆井液濾液中常見的陰陽離子濃度之和；S2為水樣總礦化度，mg／L，約等于水樣中常見陰陽離子濃度之和。

需要注意的是，區(qū)域地層水中K＋濃度值主要來自生產(chǎn)井地層水或DST地層水分析結(jié)果。另外，若鉆井液體系發(fā)生變化（即不是KCl鉆井液），則需要重新探索新的特征離子。

1.2 定性判別方法

鶯歌海盆地地層壓力體系復(fù)雜，是典型的高溫高壓地區(qū)，經(jīng)常存在4～5個(gè)壓力體系，且壓力過渡帶窄，多由常壓段快速進(jìn)入高壓段［10-14］。為保障井控安全與儲層不被嚴(yán)重污染，鉆井液體系調(diào)整較為頻繁且調(diào)整范圍大，經(jīng)常出現(xiàn)現(xiàn)場壓濾的鉆井液濾液與侵入地層的鉆井液濾液不一致的情況。為此，探索采用Na＋與K＋濃度比值法來進(jìn)行定性判別。

表3是南海西部地區(qū)6口探井電纜測試取樣的水樣和鉆井液濾液的Na＋、K＋、Cl－濃度及Na＋與K＋比值之差統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果?？梢钥闯觯?dāng)取樣層位為油層或氣層時(shí)，水樣與鉆井液濾液的Na＋與K＋濃度比值之差最大的是井1樣品3（為0.266），最小的是井2樣品1（為－0.005）；當(dāng)取樣層位為含氣水層、含油水層和水層時(shí)，水樣與鉆井液濾液的Na＋與K＋濃度比值之差最大的是井4樣品1（為3.079），最小的是井5樣品2（為0.846）。由此推斷，當(dāng)該地區(qū)水樣中基本為鉆井液濾液時(shí)，水樣與鉆井液濾液的Na＋與K＋濃度比值之差＜0.3；當(dāng)該地區(qū)水樣中含有地層水時(shí)，水樣與鉆井液濾液的Na＋與K＋濃度比值之差≥0.3。

基于上述實(shí)例分析，本文提出將水樣與鉆井液濾液的Na＋與K＋濃度比值之差0.3作為南海西部地區(qū)水樣組成定性區(qū)分的界限值，并在實(shí)際應(yīng)用中與定量的K＋濃度法相結(jié)合，來更好地判斷所取樣品的流體性質(zhì)。

表3 南海西部地區(qū)電纜地層測試取樣水樣和鉆井液濾液離子濃度及Na＋與K＋濃度比值對比

2 在東方氣田高溫高壓井中的應(yīng)用

如圖1所示，與上部井段相比，鶯歌海盆地東方氣田A5井3 085～3 102 m井段的深電阻率值有所降低，各條電阻率曲線之間差異減小，但中子、密度、氣測曲線值變化不大，基于常規(guī)測井曲線判斷流體性質(zhì)存在困難。鑒于此，決定在該井3 090 m處進(jìn)行電纜地層測試取樣，以確定儲層流體性質(zhì)及氣水界面。利用模塊式地層動態(tài)測試器（MDT）分別泵抽240、320、550 min后得到的流體體積分別為65 200、80 000、150 230 m L，從中取得水樣體積分別為390（樣品1）、3 350（樣品2）和400 mL（樣品3）。

圖1 東方氣田A5井測井曲線及取樣點(diǎn)位置

如表4所示，利用現(xiàn)場水分析技術(shù)對A5井3個(gè)樣品進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，Cl－、SO42－、Na＋、K＋等主要離子濃度隨泵抽時(shí)間延長均逐漸降低。鉆井液濾液中的Na＋和Cl－濃度比樣品1、2還低，這是壓濾的鉆井液濾液與3 090 m處地層侵入的鉆井液濾液不同所致，樣品1可作為侵入地層的鉆井液濾液。樣品1與樣品2的Na＋與K＋濃度比值較為接近，二者僅相差0.099；樣品3與樣品1的Na＋與K＋濃度比值之差為0.301，大于0.3。樣品1與樣品2的 K＋濃度相差1 483 mg／L；樣品3與樣品1的K＋濃度相差6 421 mg／L，比樣品2與樣品1的差值大很多。因此，綜合判斷樣品1為鉆井液濾液，樣品2、3為鉆井液濾液與地層水的混合物，且根據(jù)K＋濃度法計(jì)算鉆井液濾液混入比例分別為88%和49%。由此可見，該井鉆井液侵入很深，取樣點(diǎn)電阻率值降低既與鉆井液深侵有關(guān)，也與儲層物性（見表5）及含有自由水密不可分。綜合解釋該井3 085～3 102 m井段為含氣水層。

表4 利用現(xiàn)場水分析技術(shù)對東方氣田A5井3個(gè)樣品進(jìn)行分析的結(jié)果

表5 東方氣田5口井儲層物性與水樣分析結(jié)果對比表

綜合東方氣田A1—A4等區(qū)4口井儲層物性及水樣分析結(jié)果（表5），認(rèn)為樣品中混入鉆井液濾液最少的為A3井樣品3和樣品4，混入比例分別為10%和9.3%，其滲透率同為36.1 mD，明顯較高。其余4口井的樣品孔隙度、滲透率相對較低，測井解釋結(jié)論為含氣水層或氣水同層，鉆井液混入比例與泵抽時(shí)間存在明顯相關(guān)性：A1井樣品1、A4井樣品7、A5井樣品1的泵抽時(shí)間分別為206、225、240 min，樣品中鉆井液濾液均占100%；A5井樣品2、A2井樣品3、A2井樣品4、A5井樣品3的泵抽時(shí)間分別為320、372、372、550 min，樣品中鉆井液濾液所占比例分別為88%、58%、52%、48%。結(jié)合A5井的取樣時(shí)間與儲層特征，分析認(rèn)為當(dāng)本地區(qū)儲層孔隙度在15%～20%、滲透率在8～15 mD時(shí)，若需泵抽出原狀地層流體，建議應(yīng)泵抽作業(yè)300 min以上。

3 結(jié)論

1）現(xiàn)場水分析技術(shù)具有時(shí)效快、精度高、易操作和適用性強(qiáng)等特點(diǎn)，能夠有效地估算電纜測試取樣樣品中鉆井液濾液和地層水的比例。

2）對于高溫高壓氣井，由于其鉆井液體系調(diào)整較頻繁且侵入儲層較深，現(xiàn)場水分析技術(shù)的應(yīng)用能夠彌補(bǔ)常規(guī)測井資料的不足，有助于確定儲層的流體性質(zhì)。

3）對于鶯歌海盆地東方氣田高溫高壓氣井，當(dāng)儲層孔隙度在15%～20%、滲透率在8～15 mD時(shí)，若需泵抽出原狀地層流體，建議應(yīng)泵抽作業(yè)300 min以上。

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An on-site technique of water analysis and its application in gas wells with high temperature and pressure in DF gasfield

Liu Hainie1Yang Yuqing1Guo Shusheng2Liu Haibo1Wang Xiaofei1Li Yang1
（1.China Oilfield Services Ltd.，Beijing，101149；2.zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.，Guangdong，524057）

During drilling operation in gas wells with high temperature and pressure，it is difficult to accurately identify the fluid properties of wireline test samples and the fluid proportion occupied by mud filtrated into the formation，due to frequently and widely adjusting the drilling mud system and deeper mud invasion．Therefore，a new on-site technique of water analysis was developed，and its application has resulted in good effects in the gas wells with high temperature and pressure in DF gasfield，Yinggehai basin．This on-site technique can rapidly and accurately quantify the proportion of mud-filtrate to formation water in the reservoir fluid from wireline test，calculate the total salinity in reservoir fluid，be helpful to qualitatively identify the fluid properties，guide the onsite test sampling，and provide timely the decision evidences for operators．

on-site technique of water analysis；wireline test；quantitative analysis；qualitative identification；DF gasfield；Yinggehai basin

2013-04-04改回日期：2013-09-02

（編輯：楊 濱 張喜林）

劉海涅，男，工程師，2007年畢業(yè)于原大慶石油學(xué)院，獲學(xué)士學(xué)位，從事地層流體分析及測井解釋工作。地址：北京市232信箱中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部（郵編：101149）。E-mail：liuhn＠cosl．com．cn。