電纜地層測(cè)試儀取樣新技術(shù)
——雙向容積泵取樣

蘇鶴成 苑仁國(guó) 鄧 強(qiáng)

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司)

電纜地層測(cè)試儀取樣新技術(shù)
——雙向容積泵取樣

蘇鶴成 苑仁國(guó) 鄧 強(qiáng)

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司)

以渤海油田電纜地層測(cè)試資料為基礎(chǔ),對(duì)該地區(qū)廣泛應(yīng)用的電纜地層測(cè)試儀Pump-Thru-FMT和EFET的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的局限性進(jìn)行了深入分析,提出了利用電纜地層測(cè)試儀的雙向容積泵進(jìn)行取樣的新技術(shù),并在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中成功地提高了測(cè)井時(shí)效,減少了測(cè)井作業(yè)時(shí)間,從而節(jié)約了大量勘探成本,同時(shí)降低了很多工程作業(yè)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

電纜地層測(cè)試儀;雙向容積泵;取樣新技術(shù)

作為油氣層快速評(píng)價(jià)的有效手段,電纜地層測(cè)試取樣技術(shù)在渤海油氣田勘探開發(fā)中起著越來(lái)越重要的作用[1],但是其作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、測(cè)井成本很高,實(shí)際作業(yè)中還經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題,如在疏松砂巖地層取樣困難、儀器樣桶手動(dòng)閥無(wú)法打開造成灌樣失敗等。為了解決以上出現(xiàn)的種種困難,在實(shí)踐中找到了一種有效的方法,即利用電纜地層測(cè)試儀自身的雙向容積泵作為一個(gè)“取樣桶”來(lái)取樣。取樣工藝的這次創(chuàng)新,看似比較小,卻給渤海石油勘探帶來(lái)了巨大的勘探效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 渤海油田常用電纜地層測(cè)試儀的局限性

1.1 Pump-Thru-FMT的局限性

阿特拉斯生產(chǎn)的第一代地層測(cè)試儀FMT(Formation Multi-Tester)是渤海油田自營(yíng)探井最初應(yīng)用的電纜地層測(cè)試儀,由于FMT取樣作業(yè)沒有泵抽排濾液的功能,所取樣品不純,很難對(duì)地層產(chǎn)狀解釋清楚。為了解決這個(gè)問(wèn)題,阿特拉斯在FMT的基礎(chǔ)上外接了一個(gè)泵抽短節(jié),這樣就有了現(xiàn)在的Pump-Thru-FMT地層測(cè)試儀(圖1)。盡管其儀器型號(hào)較早,但其工作性能比較穩(wěn)定,且目前渤海油田作業(yè)量較大,所以Pump-Thru-FMT地層測(cè)試儀仍然是備選儀器[2]。

圖1 Pump-Thru-FMT地層測(cè)試儀結(jié)構(gòu)示意圖

Pump-Thru-FMT地層測(cè)試儀主要存在2個(gè)缺陷:①地層測(cè)試儀本身只帶有1個(gè)取樣桶,這導(dǎo)致了使用Pump-Thru-FMT地層測(cè)試儀進(jìn)行取樣作業(yè)時(shí),一趟作業(yè)只能取1個(gè)樣,如果想取多個(gè)地層流體樣品就需要進(jìn)行多趟取樣作業(yè),從而造成作業(yè)效率較低;②測(cè)壓取樣儀只能被動(dòng)取樣,即利用地層和樣桶內(nèi)之間的壓力差使地層流體流到樣筒內(nèi)保存,一旦打開取樣閥,只能接受所取的樣品,卻不能控制灌入樣桶內(nèi)流體的量和灌入速率,即使目標(biāo)地層疏松,吸鼻處地層垮塌,也只能接受樣桶內(nèi)灌滿鉆井液的事實(shí)。為了能在此處取得合格的地層流體樣品,只有提出儀器,清理干凈儀器中的取樣桶,再次入井,在同一地層位置重復(fù)取樣過(guò)程。

1.2 EFET的局限性

EFET地層測(cè)試儀(圖2)的設(shè)計(jì)雖然保證了一次入井可以取3個(gè)樣品(1個(gè)50 m L的樣品和2個(gè)380 m L的樣品),但是所取得的樣品量比較小,樣品在實(shí)驗(yàn)室作原油分析時(shí),脫水后最少需要500 m L才能完成所有的項(xiàng)目(密度、粘度、含硫、凝固點(diǎn)、組分等試驗(yàn)),所以必要時(shí)需要2個(gè)樣桶,甚至是3個(gè)樣桶取1個(gè)樣才能解決問(wèn)題,這樣EFET地層測(cè)試儀實(shí)際上就失去了其一次入井取多個(gè)樣品的優(yōu)勢(shì)。如果對(duì)EFET地層測(cè)試儀進(jìn)行改造,改裝使用大樣桶,又將面臨因?yàn)镋FET地層測(cè)試儀儀器太輕,接大樣桶后座封不好的問(wèn)題[3]。

圖2 EFET地層測(cè)試儀結(jié)構(gòu)示意圖

2 雙向容積泵取樣原理

針對(duì)電纜地層測(cè)試儀在取樣時(shí)暴露出的以上缺陷,對(duì)Pump-Thru-FMT地層測(cè)試儀(圖1)和EFET地層測(cè)試儀(圖2)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究,經(jīng)過(guò)試驗(yàn)總結(jié),提出了一種新的取樣方法——雙向容積泵取樣技術(shù),即利用儀器自身的雙向容積泵作為一個(gè)取樣桶。

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了獲取純凈的地層流體樣品,電纜地層測(cè)試儀經(jīng)過(guò)校深座封到目標(biāo)層位,首先在該點(diǎn)測(cè)壓,然后泵排地層流體,當(dāng)經(jīng)過(guò)儀器內(nèi)部的電阻率、電導(dǎo)率、密度等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)探頭確認(rèn)進(jìn)入到儀器內(nèi)部的流體為純凈的地層流體時(shí)就打開取樣閥取樣。在取樣作業(yè)過(guò)程中,雙向容積泵的主要功能是泵抽地層流體。圖3是雙向容積泵結(jié)構(gòu)示意圖,大致可分為管線、活塞、泵缸、控制閥等,控制閥可以控制雙向容積泵始終不停地泵抽地層流體,這樣在泵缸中會(huì)始終充滿一定量的流體,這個(gè)量根據(jù)儀器不同大小也不一樣。如果能把泵缸中的這些流體導(dǎo)出來(lái),并且保證這些流體是純凈的地層流體,那么我們就可以將其作為一個(gè)樣桶來(lái)取樣,這樣容積泵既有泵排功能,又有樣桶功能。

圖3 雙向容積泵結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 操作方法

為了利用雙向容積泵進(jìn)行取樣作業(yè),在操作上需要注意以下2點(diǎn):

1)從雙向容積泵結(jié)構(gòu)示意圖中可以看出,雙向容積泵的泵缸始終有一部分與地層連通,一部分與井筒內(nèi)鉆井液連通,獲取不受鉆井液污染的樣品是雙向容積泵取樣技術(shù)的關(guān)鍵。因此,在轉(zhuǎn)樣品時(shí),只能轉(zhuǎn)容積泵泵缸內(nèi)與地層連接的那部分地層流體,操作上必須注意。

2)雙向容積泵的可用體積一般為1.0 L或者0.5 L[4],取樣時(shí)要充分利用泵缸的空間,需要人工控制容積泵的停泵時(shí)間,在容積泵活塞自動(dòng)換向之前,敲入停泵指令,這樣泵缸內(nèi)可獲取的純地層流體就能接近雙向容積泵的可用體積。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

3.1 解決技術(shù)難題

雙向容積泵取樣技術(shù)在渤海油田已成功取到多個(gè)純凈的地層樣品(表1),從典型井取樣情況來(lái)看,該技術(shù)可以解決4個(gè)技術(shù)難題:①解決了Pump-Thru-FMT地層測(cè)試儀不能在渤海地區(qū)明化鎮(zhèn)組等疏松砂巖地層取到地層樣品的難題(雙向容積泵可以控制灌入泵缸內(nèi)流體的速率);②可以在一趟取樣作業(yè)中多取1個(gè)樣,節(jié)省一趟測(cè)井作業(yè)的時(shí)間;③可以讓只有小體積樣桶的EFET地層測(cè)試儀取到大體積樣品;④可以保證最新型電纜地層測(cè)試儀(如EFDT)的不時(shí)之需。

表1 雙向容積泵取樣技術(shù)典型井取樣情況

3.2 提高經(jīng)濟(jì)效益

以BZ21-X-X井為例,第一次在2100.8 m取樣失敗,如果不采用雙向容積泵取樣技術(shù),為了能在該位置取到樣品資料,就要在這個(gè)位置重新進(jìn)行取樣作業(yè)。即使第二趟取樣作業(yè)能夠順利完成,依然耗費(fèi)了大量時(shí)間。據(jù)估算,電纜地層測(cè)試儀一趟取樣作業(yè)總計(jì)需耗費(fèi)6.4 h(表2),鉆井船費(fèi)用約為6萬(wàn)元/h,這樣共需6.4×6=38.4萬(wàn)元,再加一趟測(cè)井作業(yè)費(fèi)用約10萬(wàn)元,合計(jì)重復(fù)一次取樣作業(yè)要花掉約48.4萬(wàn)元。粗略統(tǒng)計(jì),渤海地區(qū)已有18個(gè)樣品是利用雙向容積泵取到的,直接節(jié)約費(fèi)用近千萬(wàn)元,由此可見容積泵取樣技術(shù)所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)利益是非常可觀的。

表2 電纜地層測(cè)試儀一趟取樣作業(yè)步驟

3.3 降低風(fēng)險(xiǎn)成本

如果沒有雙向容積泵取樣技術(shù),那么面對(duì)疏松容易垮塌的砂巖地層,我們只能:①放棄取樣作業(yè),此處地層在勘探階段會(huì)留下疑問(wèn),這就意味著會(huì)增加勘探成果風(fēng)險(xiǎn);②重復(fù)取樣作業(yè),直到取得滿意的效果,這就意味著要面對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的作業(yè)而增加事故風(fēng)險(xiǎn)。因此,雙向容積泵取樣技術(shù)也在石油勘探階段減少了很多潛在的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用表明,本文提出的雙向容積泵取樣新技術(shù)具有易操作、見效快的特點(diǎn),能在石油勘探階段廣泛地發(fā)揮作用,值得在中國(guó)近海及其他油田進(jìn)行推廣使用。另外,在進(jìn)一步設(shè)計(jì)新型電纜地層測(cè)試儀時(shí),可以設(shè)計(jì)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的雙向容積泵取樣程序,這樣在樣桶閥無(wú)法打開的情況下,便可以更加方便地使用雙向容積泵取樣。

[1] 周艷敏,陶果,李新玉.電纜地層測(cè)試技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展[J].科技導(dǎo)報(bào),2008,26(15):89-92.

[2] 張宏,趙玉龍,蔣莊德.電纜式地層測(cè)試器中的取樣技術(shù)研究[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2005,20(6):63-67.

[3] 張國(guó)強(qiáng),張衛(wèi)平,李欣.地層測(cè)試評(píng)價(jià)儀在渤海油田的應(yīng)用[J].海洋石油,2009,29(4):69-72.

[4] 張國(guó)強(qiáng),肖東,郭書生,等.勘探監(jiān)督手冊(cè)測(cè)井分冊(cè)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2013:76-87.

A new sampling technique with wireline formation testers:sampling by using two-way displacement pumps

Su Hecheng Yuan Renguo Deng Qiang
(CNOOC Energy Technology&Services-Drilling& Production Co.,Tianjin,300452)

Based on the data of wireline formation test in Bohai oilfields,the limitations in structure design were deeply analyzed for the wireline formation testers that are widely used in Bohai area, i.e.Pump-Thru-FMT and EFET,and a new sampling technique by using the two-way displacement pumps of the wireline formation testers was proposed.In its actual applications,this new technique has successfully resulted in improving the well logging efficiency,reducing the well logging time,saving a lot of exploration cost and lowering the potential risks in many engineering operations.

wireline formation tester;two-way displacement pump;new sampling technique

2014-04-21改回日期:2014-06-04

(編輯:馮 娜)

蘇鶴成,男,工程師,2004年畢業(yè)于原大慶石油學(xué)院,獲勘查技術(shù)與工程專業(yè)學(xué)士學(xué)位,現(xiàn)從事測(cè)井監(jiān)督工作。地址:天津市塘沽區(qū)渤海石油路688號(hào)增3號(hào)(郵編:300452)。E-mail:suhch@cnooc.com.cn。