電纜地層測(cè)試資料在儲(chǔ)層污染評(píng)價(jià)中的應(yīng)用研究

蔡軍, 孫建孟, 劉坤

(1.中國石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院, 山東 青島 266580; 2.中海石油(中國)有限公司湛江分公司,廣東 湛江 524057; 3.中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 山東 青島 266580)

0 引 言

模塊式電纜地層動(dòng)態(tài)測(cè)試器MDT(Modular Formation Dynamics Tester)作為新一代電纜地層測(cè)試儀,可進(jìn)行測(cè)壓、滲透率評(píng)價(jià)、流體識(shí)別、井下流體取樣、預(yù)測(cè)產(chǎn)能等測(cè)井作業(yè)[1-2]。在石油勘探開發(fā)過程中,泥漿不可避免地侵入地層造成儲(chǔ)層污染[3]。研究泥漿侵入特性的方法主要是用數(shù)值模擬方法和泥漿侵入實(shí)驗(yàn)?zāi)M泥漿侵入特性和儲(chǔ)層的污染程度[4-5]。中國一些專家針對(duì)該問題進(jìn)行了大量研究工作。王衛(wèi)萍等介紹了RFT中如何獲取泥漿和地層壓力,對(duì)儲(chǔ)層污染的分析提供定性判斷[6];周霞等介紹了通過RFT提供的泥漿壓力與地層壓力合理判斷儲(chǔ)層的污染情況,給生產(chǎn)提供合理的分析依據(jù)[7];時(shí)新芹等分析了MDT對(duì)儲(chǔ)層流體性質(zhì)的識(shí)別方法,為儲(chǔ)層污染分析提供了一種分析方法[8];馬建國等介紹了電纜地層測(cè)試確定儲(chǔ)層參數(shù)的方法,包括污染系數(shù)等儲(chǔ)層損害性參數(shù)的方法[9];王杰堂介紹了電纜地層測(cè)試中壓降法計(jì)算儲(chǔ)層污染深度的方法[10]。這些方法基本上考慮的是電纜地層測(cè)試的某個(gè)方面,具有局限性。本文采用地層壓力測(cè)試數(shù)據(jù)、地層流體采樣數(shù)據(jù)和試油資料從流度、鉆井液柱壓力和地層壓力差、泵抽流體速度、鉆井液和取樣流體氯根相對(duì)差值建立評(píng)價(jià)儲(chǔ)層污染程度的方法體系,并取得了較好的效果。

1 多參數(shù)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層污染

Z區(qū)烴源巖主要位于下第三系地層,儲(chǔ)蓋關(guān)系良好,是油氣藏的富集帶,儲(chǔ)層物性多表現(xiàn)為低滲透特征。巖性以細(xì)砂巖和粉砂巖為主,全巖分析顯示礦物成分主要為石英,并且發(fā)育有長石和黏土礦物,黏土礦物分析顯示黏土成分主要為伊利石和伊蒙混層。巖石物性分析顯示孔隙范圍主要分布在12%～20%,滲透率主要分布在0.1～5 mD*非法定計(jì)量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同,為中孔隙度滲透率儲(chǔ)層。儲(chǔ)層污染損害主要發(fā)生在井筒附近區(qū)域,因?yàn)樵搮^(qū)是工作液與儲(chǔ)層直接接觸地帶,也是溫度、壓力、流體流速劇烈變化帶。儲(chǔ)層損害實(shí)質(zhì)就是儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致的滲透率下降。導(dǎo)致儲(chǔ)層污染的因素很多,歸納起來有內(nèi)在因素(即儲(chǔ)層本身的巖性、物性、油氣水性質(zhì))和外在因素。儲(chǔ)層污染可以分為機(jī)械損害、化學(xué)損害、生物損害和熱力損害,針對(duì)Z油田探討由于泥漿侵入導(dǎo)致的儲(chǔ)層污染損害。

1.1 流度

電纜地層測(cè)試器通過抽吸地層流體引起探針周圍地層壓力變化,通過記錄壓力變化曲線,依據(jù)地下流體的滲流理論,應(yīng)用壓降分析法和壓力恢復(fù)法估算地層的流度。在使用電纜地層測(cè)試儀器中非常小的預(yù)測(cè)室進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí),由于預(yù)測(cè)室體積很小,測(cè)試過程中只涉及少量流體流動(dòng),這時(shí)流體的流動(dòng)模式可認(rèn)為是呈球形或半球形的,根據(jù)單相液體穩(wěn)定滲流理論的球面向心流理論[11],有

(1)

式中,re為供液半徑;pe為供液壓力;rp為有效取樣管半徑;pw為取樣管處的流動(dòng)壓力。若研究的是整個(gè)球形空間的點(diǎn)匯,則產(chǎn)量為

(2)

式中,μ為流體黏度。考慮到實(shí)際測(cè)試中有效取樣管半徑遠(yuǎn)小于供液半徑,實(shí)際情況下流動(dòng)速度并不是絕對(duì)均勻的。斯倫貝謝電纜地層測(cè)試儀器在現(xiàn)場(chǎng)估算儲(chǔ)層流度的算法為積分法[12],其公式為

(3)

式中,MOB為壓降流度,μm2/(Pa·s);C為壓降流動(dòng)因子,無量綱;Q為預(yù)測(cè)室體積,cm3;ΔTi為相鄰采樣點(diǎn)之間的時(shí)間間隔,s;Δpi為相鄰采樣點(diǎn)之間的壓力降,psi*非法定計(jì)量單位,1 psi=6.885 kPa,下同。MDT計(jì)算的壓降流度為儲(chǔ)層滲透率與流體黏度的比值,在忽略地下流體種類、壓力和溫度的影響因素時(shí),流度反映的就是地下流體的相滲透率。

鉆桿測(cè)試(DST)又稱中途測(cè)試,指在鉆井過程中發(fā)現(xiàn)良好油氣顯示,即停止鉆進(jìn),對(duì)可能的油氣層進(jìn)行測(cè)試求產(chǎn)。利用鉆桿地層測(cè)試產(chǎn)能求得單位厚度采油指數(shù),探討求產(chǎn)段的流度平均值和單位厚度采油指數(shù)間的關(guān)系(見圖1)。

圖1 Z區(qū)單位厚度采油指數(shù)和流度關(guān)系圖

單位厚度采油指數(shù)是指單位厚度單位生產(chǎn)壓差下油井的日產(chǎn)量,它直接反映油井生產(chǎn)能力的大小。為反映試油層段整體污染程度,利用儲(chǔ)層的總厚度代替有效厚度,求得的單位厚度采油指數(shù)表示產(chǎn)油能力大小。據(jù)圖1分析,試油段的平均流度和單位厚度采油指數(shù)成正相關(guān)。一般情況下儲(chǔ)層的污染程度越大,儲(chǔ)層的產(chǎn)能相對(duì)就越小,因此能用流度衡量儲(chǔ)層的污染程度,但是儲(chǔ)層的污染程度還與其他因素有關(guān),因此需要多參數(shù)綜合考慮。

1.2 鉆井液柱壓力、地層壓力差和流體泵抽速度

電纜地層測(cè)試器采樣過程中可連續(xù)記錄井下壓力值,壓力數(shù)據(jù)在地面上以模擬形式和數(shù)字形式記錄下來[13]。根據(jù)地層壓力測(cè)試的地層壓力恢復(fù)情況,可以把測(cè)點(diǎn)類型分為超壓、干測(cè)試、座封失敗和正常測(cè)試等4種[14]。超壓是指MDT獲取的測(cè)點(diǎn)壓力值高于儲(chǔ)集層真實(shí)壓力的現(xiàn)象,通常認(rèn)為超壓現(xiàn)象與儲(chǔ)層物性條件較差有關(guān),這是因?yàn)閮?chǔ)層物性較差時(shí)一般泥餅難以形成或形成泥餅的質(zhì)量較差,不足以隔開井筒泥漿和地層孔隙流體的壓力差。干測(cè)試指在MDT測(cè)試中測(cè)點(diǎn)的最終恢復(fù)壓力不足泥漿壓力的20%時(shí)所進(jìn)行的測(cè)試[15]。干測(cè)試說明測(cè)試點(diǎn)的儲(chǔ)層物性非常差,孔隙度和滲透率比較低,儲(chǔ)層的壓力不易恢復(fù)到地層壓力。座封失敗一般認(rèn)為是2個(gè)方面原因造成的,一是井眼不規(guī)則導(dǎo)致的封隔器無法正常工作,導(dǎo)致封隔失敗;二是儲(chǔ)層異常致密導(dǎo)致形成的泥餅質(zhì)量差、厚度薄,在測(cè)試過程中井筒和地層沒有完全封隔開,因?yàn)闇y(cè)試過程中沒有流度的信息,因此座封失敗在分析時(shí)沒有考慮。鑒于干測(cè)試點(diǎn)和超壓測(cè)試點(diǎn)地層壓力的恢復(fù)曲線并不能直觀識(shí)別地層壓力,因此用恢復(fù)的最后壓力近似代替地層壓力。圖2為泥漿柱和地層壓力差值與流度的關(guān)系圖,從圖2中可以看出對(duì)于超壓點(diǎn)和干測(cè)試點(diǎn)的流度都比較小,都小于10 mD/cP,也就是被污染儲(chǔ)層的流度一般都不大。因此,根據(jù)壓力測(cè)試點(diǎn)的類型和流度能在一定程度上反映儲(chǔ)層的污染情況。

圖2 泥漿柱壓力和地層壓力差與流度關(guān)系圖

圖3 泵速和流度的關(guān)系圖

MDT的泵抽模塊可以直接把流體從地層排到井眼鉆井液中,且不受體積限制。根據(jù)地下流體滲流理論分析可知,如果儲(chǔ)層污染嚴(yán)重,則泵抽的效率會(huì)比較低。圖3為泵抽流體時(shí)的泵速和流度的關(guān)系圖。從圖3可見,泵速和流度成正相關(guān),因此,泵速也能在一定程度上反映儲(chǔ)層污染的程度。

1.3 鉆井液氯根和樣品氯根相對(duì)差

圖4 泥漿柱和樣品相對(duì)氯根差和流度的關(guān)系圖

多樣品模塊有6個(gè)取樣筒,每個(gè)取樣筒450 cm3,可提供足夠的高質(zhì)量PVT樣品分析。當(dāng)儲(chǔ)層污染嚴(yán)重時(shí),流度較小,儲(chǔ)層流體流動(dòng)困難,雖然泵抽相應(yīng)的時(shí)間后,但取得的流體仍然是污染后的流體,在儲(chǔ)層污染過程中,由于侵入擴(kuò)散作用,地層流體氯根和鉆井液氯根會(huì)趨于一致,兩者越接近,污染程度越大。因此,構(gòu)建一個(gè)相對(duì)氯根表征儲(chǔ)層污染的程度是可行的。地層的中的氯根含量,取該深度點(diǎn)所有樣品氯根的平均值。

ΔCl=(│mCl-MCl│/mCl)100%

(4)

式中,ΔCl為鉆井液氯根和樣品氯根相對(duì)差,無量綱;mCl為鉆井液氯根含量,mg/L;MCl為當(dāng)前深度點(diǎn)所有樣品氯根的平均值,mg/L。圖4為相對(duì)氯根和流度的關(guān)系圖,兩者成冪指數(shù)關(guān)系,相對(duì)氯根含量在一定程度上能反映儲(chǔ)層的污染程度。

2 污染程度等級(jí)劃分和應(yīng)用實(shí)例

(1) 利用泥漿柱壓力和地層壓力差定性判別儲(chǔ)層的污染點(diǎn)分布,剔除無效測(cè)試點(diǎn)。根據(jù)流度、泵速及相對(duì)氯根和儲(chǔ)層污染程度之間的關(guān)系建立了判別儲(chǔ)層污染程度的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)F

F=MOB·v·ΔCl

(5)

式中,F為構(gòu)建的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo);MOB為分析流度,μm2/(Pa·s);v為泵速,L/min。

(2) 依據(jù)這3個(gè)參數(shù)和綜合指標(biāo)把儲(chǔ)層污染劃分為3個(gè)等級(jí)(見表1)。

表1 Z區(qū)儲(chǔ)層污染劃分標(biāo)準(zhǔn)

(3) 為更直觀有效地判斷儲(chǔ)層污染,利用流度和綜合指標(biāo)建立了儲(chǔ)層污染的判別標(biāo)準(zhǔn)圖版(見圖5)。依據(jù)流度和綜合指標(biāo)的交會(huì)關(guān)系,把儲(chǔ)層污染劃分為重度污染、中度污染和輕度污染等3個(gè)等級(jí)。圖5圖例中求產(chǎn)層段指的是DST試油層段流度均值以及綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)均值F的分布規(guī)律,并且儲(chǔ)層產(chǎn)能隨著流度及綜合指標(biāo)的增加而增加。圖5中分析取樣點(diǎn)共33個(gè)(見表2),符合率為82%。結(jié)果表明,該方法評(píng)價(jià)儲(chǔ)層污染可行。

圖5 流度和綜合指標(biāo)F的交會(huì)圖

(4) 圖6為Z區(qū)A1井測(cè)井解釋成果圖。圖6中第1道為泥質(zhì)指示曲線和深度指示曲線;第2道為

圖6 Z區(qū)A1井測(cè)井解釋成果圖

序號(hào)流度/(mD·cP-1)泵速/(L·min-1)相對(duì)氯根綜合指標(biāo)F符合與否符合率10.7019.5712.37169.46√20.909.078.7871.67√31.001.6520.5833.96√41.105.5612.7477.92√51.2412.5020.87323.49√61.4011.7619.17315.61√72.3011.3611.24293.68√82.479.5219.79465.35√92.7115.4831.871336.97×103.3631.5829.793160.98×114.6911.5926.671449.70√125.1015.1116.151244.54√135.7417.6414.001417.55√145.7530.233.46601.43×156.5018.4418.612230.59√167.6037.9326.837734.23√178.9035.2335.4711121.51×189.1337.8162.8721703.06×1914.3042.2234.9121076.77√2015.2021.4357.1218606.04√2116.7030.4367.2434170.09√2217.4029.1756.0028423.25√2318.9934.4859.9139227.58√2419.3040.0021.6416706.08√2524.9078.1366.67129702.28√2626.1010.3463.8517231.45√2728.1026.4547.5335326.43√2830.1136.0450.9455278.27√2935.4814.1379.7239966.22√3043.0221.8538.7036377.50√3143.8012.4516.108779.49×3244.2033.0050.0072930.00√3357.2010.5375.0045173.70√82%

表3 Z區(qū)A1井MDT儲(chǔ)層污染程度評(píng)價(jià)成果表

三孔隙度曲線;第3道為隨鉆電阻率曲線;第4道為全巖分析巖性剖面;第5道為滲透率損害比,污染前后的滲透率損害比為6～10,經(jīng)測(cè)井解釋為中度污染。表3為該井MDT儲(chǔ)層污染程度評(píng)價(jià)成果表,流度平均值為8.08,綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)為4 210。根據(jù)圖5交會(huì)圖分析,該井試油層段為中度污染,與測(cè)井解釋結(jié)論吻合,證明該方法評(píng)價(jià)儲(chǔ)層污染可行。

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1) 根據(jù)MDT壓力測(cè)試數(shù)據(jù)、泵抽流體信息和流體采樣信息等,探討了流度、泵抽流體速度、泥漿氯根與樣品氯根相對(duì)差值和儲(chǔ)層污染污染程度的相關(guān)性,這3個(gè)參數(shù)均呈負(fù)相關(guān)。根據(jù)壓力測(cè)試點(diǎn)類型可在一定程度上識(shí)別儲(chǔ)層污染。

(2) 通過33個(gè)數(shù)據(jù)樣本的統(tǒng)計(jì)分析,應(yīng)用流度、泵抽流體速度、泥漿氯根與取樣流體氯根相對(duì)差值等參數(shù)構(gòu)建了一個(gè)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層污染綜合指標(biāo)F,建立了由流度和綜合指標(biāo)F交會(huì)圖給出的儲(chǔ)層污染程度判別標(biāo)準(zhǔn)圖版,把儲(chǔ)層污染程度劃分為重度、中度和輕度污等3個(gè)等級(jí),判別效果符合率為82%,具有一定的可行性。

(3) 該方法拓展了電纜地層測(cè)試器的應(yīng)用領(lǐng)域,不僅可直接用于儲(chǔ)層污染的識(shí)別,而且對(duì)常規(guī)測(cè)井判斷儲(chǔ)層污染也具有重要的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn):

[1] 范翔宇. 鉆井儲(chǔ)層污染損害精細(xì)評(píng)價(jià)方法 [M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 2012.

[2] 匡立春. 電纜地層測(cè)試資料應(yīng)用導(dǎo)論 [M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 2005.

[3] 法魯克·西維. 油層傷害——原理、模擬、評(píng)價(jià)和防治 [M]. 楊鳳麗, 等譯. 北京: 石油工業(yè)出版社, 2003.

[4] Lane H S. Numerical Simulation of Mud Filtrate Invasion and Dissipation [C]∥SPWLA 34th Annual Logging Symposium. Society of Petrophysicists and Well-Log Analysts, 1993.

[5] Alpak F O, EB V, Habashy T M, et al. Numerical Simulation of Mud-filtrate Invasion in Horizontal Wells and Sensitivity Analysis of Array Induction Tools [J]. Petrophysics, 2003, 44(6): 396-411.

[6] 王衛(wèi)萍, 李喜清, 李峰華, 等. RFT測(cè)試資料在油田注水開發(fā)后期的應(yīng)用 [J]. 內(nèi)蒙古石油化工, 2004, 30: 129-131.

[7] 周霞, 楊洪震, 王衛(wèi)萍, 等. RFT測(cè)試技術(shù)在濮城油田儲(chǔ)層污染評(píng)價(jià)中的應(yīng)用 [J]. 內(nèi)蒙古石油化工, 2005, 5: 141-143.

[8] 時(shí)新芹, 高秋濤. 電纜地層測(cè)試器井下流體分析資料的解釋與應(yīng)用 [J]. 國外測(cè)井技術(shù), 2005, 20(3): 21-24.

[9] 馬建國, 任國強(qiáng), 郭遼原, 等. 用新式地層取樣測(cè)試器測(cè)試純油氣層產(chǎn)能 [J]. 測(cè)井技術(shù), 2005, 29(2): 148-152.

[10] 王杰堂. RFT測(cè)井資料解釋處理方法與軟件應(yīng)用 [J]. 勘探地球物理進(jìn)展, 2007, 30(4): 301-305.

[11] 張建國, 杜殿發(fā), 侯建, 等. 油氣層滲流力學(xué) [M]. 東營: 中國石油大學(xué)出版社, 2010.

[12] 張聰慧, 劉樹鞏, 李義. 利用電纜地層測(cè)試資料進(jìn)行低滲儲(chǔ)層流度計(jì)算和產(chǎn)能預(yù)測(cè) [J]. 中國海上油氣, 2013, 25(1): 43-45.

[13] 李舟波, 潘保芝, 范曉敏, 等. 地球物理測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理與綜合解釋 [M]. 北京: 地質(zhì)出版社, 2008.

[14] 王培虎, 郭海敏, 周風(fēng)鳴, 等. MDT壓力測(cè)試因素分析及應(yīng)用 [J]. 測(cè)井技術(shù), 2006, 30(6): 561-564.

[15] 徐艷霞, 趙冉, 高樹芳, 等. 運(yùn)用MDT測(cè)試技術(shù)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的有效性 [J]. 國外測(cè)井技術(shù), 2008, 23(5): 41-44.