隨鉆地層測(cè)試工作制度設(shè)計(jì)方法研究

周艷敏

[摘要]電纜地層預(yù)測(cè)試由現(xiàn)場(chǎng)工程師操作控制，依據(jù)測(cè)試結(jié)果調(diào)整測(cè)試制度，獲得地層壓力和流度值，而隨鉆地層測(cè)試由于受泥漿傳輸速率和測(cè)量時(shí)間等條件的限制，測(cè)量參數(shù)選擇必須在井下自動(dòng)完成。本文通過研究隨鉆地層測(cè)試序列，建立數(shù)學(xué)模型，解最小二乘和優(yōu)化方程，確定地層壓力和流度值，劃分測(cè)試類型，設(shè)計(jì)井下作業(yè)制度。

[關(guān)鍵詞]隨鉆地層測(cè)試；工作制度設(shè)計(jì)

0引言

對(duì)目的層進(jìn)行測(cè)試以獲得流度、流體類型、地層壓力及壓力梯度等信息通常由電纜地層測(cè)試或鉆桿地層測(cè)試完成。然而，在這類地層測(cè)試中往往存在儀器遇卡，泥漿濾液侵入影響測(cè)試精度及作業(yè)費(fèi)用高等問題。此外，電纜地地層測(cè)試和鉆桿地層測(cè)試還會(huì)使鉆井作業(yè)延期。隨鉆地層測(cè)試技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)得到地層的原始信息，縮短鉆井周期，減小儀器粘卡風(fēng)險(xiǎn)，降低成本。隨鉆地層工具有明顯的優(yōu)越性，用于大斜度井、水平井、大位移井，消除了工具下人困難等問題。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，隨鉆測(cè)壓工具能更好地反映地層的真實(shí)壓力狀況，據(jù)此可優(yōu)化鉆井工藝，提高鉆井效率。

1測(cè)試類型

隨鉆地層測(cè)試是否成功取決于井壁條件、測(cè)試時(shí)機(jī)、測(cè)試類型選取和地層滲透率等，當(dāng)選擇了不恰當(dāng)?shù)臏y(cè)試類型時(shí)，對(duì)測(cè)試效果影響甚大。隨鉆地層測(cè)試的測(cè)試序列包括壓降和壓恢測(cè)試，每種測(cè)試序列包括識(shí)別階段，調(diào)查階段和測(cè)量階段。識(shí)別階段非常重要，主要是建立儀器與地層流體之間的聯(lián)系，當(dāng)探針刺穿泥餅，砂面壓力低于地層壓力，即有流體進(jìn)入地層。準(zhǔn)確判斷流體進(jìn)入地層的時(shí)間，對(duì)于估算地層壓力和流度值起至關(guān)重要的作用。接下來是調(diào)查階段，初步估算地層流度和地層壓力值。測(cè)量階段利用調(diào)查階段獲得的參數(shù)值，設(shè)計(jì)最優(yōu)的測(cè)試參數(shù)，這些在井下通過解優(yōu)化問題解決。隨鉆地層測(cè)試配備對(duì)于地層快速響應(yīng)的石英壓力計(jì)記錄測(cè)試數(shù)據(jù)和電機(jī)精確控制預(yù)測(cè)試，以便進(jìn)行優(yōu)化測(cè)試。

2數(shù)學(xué)模型建立

2.1壓力響應(yīng)方程

建模的前提條件，把探針看成有限的圓盤，位于半徑為r_w的井筒內(nèi)，垂向的地層邊界為H。探針位于上下邊界（非滲透層）之間z_p處。地層是均質(zhì)的滲透率各向同性的，泥餅阻止泥漿濾液進(jìn)入地層，起著密封作用。所建模型考慮存儲(chǔ)效應(yīng)和表皮的影響探針處的響應(yīng)方程：

（1）

t_p是下降時(shí)間，see；p_f是無窮遠(yuǎn)處地層壓力，psi；q是常數(shù)流量，Ω，探針幾何形狀因子，無量綱；r_p探針半徑，em；k_r和k_z分別代表地層徑向滲透率和垂直滲透率mD；μ地層流體粘度，cP；f_s球形流時(shí)間函數(shù)，sec；？孔隙度，無量綱；C_t總壓縮系數(shù)，1/Pa；λ_s是球形流度，mD/eP；V是從地層中抽吸的流體體積，cc。

2.2管線膨脹判斷

認(rèn)為測(cè)試管線中的流體是泥漿，管線中的壓力和預(yù)測(cè)試活塞速率的關(guān)系：

p（t）=p（0）-log（1+V（t）/（V（0）Cm）） （2）

P（0）和V（0）分是膨脹階段開始的管線壓力和流量。

已知或未知泥漿濾液壓縮性的情況下，通過穩(wěn)健最小二乘法來計(jì)算管線開始膨脹的點(diǎn)，通過下面三種方法判斷地層流體流入管線。對(duì)下降階段的壓力求時(shí)間導(dǎo)數(shù)，當(dāng)導(dǎo)數(shù)變化范圍在2-5%的點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)，即為流體流人地層：在壓力下降段，做最佳擬合曲線，判斷擬合曲線與下降曲線的最小偏差出現(xiàn)的時(shí)間點(diǎn)：泥漿壓縮測(cè)試方法估算。

2.3泥餅刺穿判斷

探針處的壓力響應(yīng)：

（3）

2.4調(diào)查階段

測(cè)試時(shí)判斷壓力下降終止點(diǎn)，進(jìn)行壓力恢復(fù)。當(dāng)滿足下面任何一種情況時(shí)，壓降結(jié)束。一，當(dāng)泥餅刺穿時(shí)的壓力與探針處的壓力差大于5000psi；二，從地層中抽吸的流體大于預(yù)測(cè)試最大體積：三，預(yù)測(cè)試時(shí)間大于40秒。測(cè)試時(shí)判斷壓力恢復(fù)結(jié)束點(diǎn)：一，測(cè)試時(shí)間大于120秒時(shí)：二，通過曲線的平直性判斷比較在一段時(shí)間內(nèi)壓力恢復(fù)值的平均值，前后兩段平均值之差為壓力計(jì)分辨率的2倍，壓力恢復(fù)結(jié)束。三，當(dāng)前時(shí)間增量與前一時(shí)間增量比值大于等于2.5，估算的值接近地層壓力。

3優(yōu)化測(cè)試計(jì)算結(jié)果

優(yōu)化的重復(fù)壓降和壓力恢復(fù)測(cè)試由一個(gè)序列的多個(gè)壓降組成。先是調(diào)查階段的試探性測(cè)試，根據(jù)計(jì)算的地層壓力值和流度值來估計(jì)下次預(yù)測(cè)試的測(cè)試參數(shù)，即流量和抽吸量。固定模式，地層流度為2 mD/cP第一次抽吸4.5cc，第二次抽1cc，沒有降到地層壓力之前，壓降不充分。采取常規(guī)模式不能得到真實(shí)的地層壓力。智能模式，測(cè)試條件與固定模式相同，第一次測(cè)量階段壓降為0.6psi，第二次壓降為0.3psi，總的測(cè)試時(shí)間為5分鐘，在測(cè)量階段最后的壓力變化率為0.29psi/min。調(diào)查階段抽吸體積為7.3ce，流量為0.3cc/s，第一次測(cè)量階段的抽吸體積為11.8cc，流量為0.32cc/s，第二次測(cè)量階段的抽吸體積為4.49cc，流量為0.32cc/s。

4結(jié)論

隨鉆地層測(cè)試與電纜地層測(cè)試一樣，測(cè)壓時(shí)受多種因素的影響，選取正確的測(cè)試模式對(duì)測(cè)試結(jié)果精度影響尤為重要。當(dāng)?shù)貙恿鞫戎狄阎獣r(shí)，采取常規(guī)模式；對(duì)于非均質(zhì)地層，地層物性未知或變化較大時(shí)，采取智能模式（表1）。對(duì)于低滲地層，采用常規(guī)定模式，可能引起地層壓力下降不充分，不能得到真實(shí)地層壓力，而采用優(yōu)化方法，依據(jù)調(diào)查階段的計(jì)算參數(shù)，來估計(jì)測(cè)量階段的測(cè)量參數(shù)，得到反映真實(shí)地層情況的流體參數(shù)。

[責(zé)任編輯：王偉平]