基于電纜地層取樣的氣藏流體定量判別新方法

劉海波，王彥晚,劉海涅，王猛

(中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部，河北 燕郊 065201)

基于電纜地層取樣的氣藏流體定量判別新方法

劉海波，王彥晚,劉海涅，王猛

(中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部，河北 燕郊 065201)

勘探階段精確定量計(jì)算儲(chǔ)層流體性質(zhì)的方法主要是鉆桿中途測(cè)試技術(shù)(DST)，但海上DST評(píng)價(jià)費(fèi)用較高。為此，提出利用電纜地層取樣技術(shù)，將取到的地層流體樣品在地面條件下進(jìn)行氣液分離，記錄氣體和液體樣品的體積；利用現(xiàn)場(chǎng)水樣分析技術(shù)，快速有效地確定液體樣品中的各離子濃度，判斷樣品中泥漿濾液與地層水的體積比例；根據(jù)體積系數(shù)計(jì)算模型，將氣體和地層水在常壓下的體積折算到地層條件下的體積，得到地層條件下的氣水比例，即定量地確定儲(chǔ)層的流體性質(zhì)。該方法進(jìn)一步量化了測(cè)井解釋結(jié)論，特別是氣水同層，得到了地層產(chǎn)水率等參數(shù)，有效指導(dǎo)了油田的勘探開發(fā)作業(yè)。

氣藏流體；定量判別；現(xiàn)場(chǎng)水分析技術(shù)；電纜取樣；產(chǎn)水率

儲(chǔ)層流體定量判別一直是現(xiàn)代測(cè)井、錄井技術(shù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，其解釋精度和準(zhǔn)確度直接關(guān)系著油田的經(jīng)濟(jì)效益，甚至是評(píng)價(jià)整個(gè)油氣藏是否具有開發(fā)價(jià)值的關(guān)鍵[1～4]。在勘探階段，精確定量計(jì)算儲(chǔ)層流體性質(zhì)的方法主要是依靠鉆桿中途測(cè)試技術(shù)(DST)，但海上DST評(píng)價(jià)費(fèi)用較高，每個(gè)層位都需要上千萬元。為此，筆者提出了一種在勘探測(cè)井階段以更經(jīng)濟(jì)的手段獲得氣藏流體定量判別的新方法。該方法不僅適用于中高滲透性地層，也適用于低滲透地層，實(shí)效性高，不需要巨額的測(cè)試費(fèi)用，目前在海上數(shù)十口井中得到了應(yīng)用，為產(chǎn)能計(jì)算、儲(chǔ)量預(yù)測(cè)等提供了基礎(chǔ)參數(shù)，為勘探階段快速?zèng)Q策提供了依據(jù)。

1 電纜地層取樣技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)水分析技術(shù)

測(cè)井階段，地層流體樣品一般通過電纜地層取樣工具獲得，國內(nèi)外最常用的幾種電纜地層測(cè)試器(如MDT、RCI、EFDT等)，其主要性能基本相同，都具有先排掉泥漿濾液再取樣的功能[5～8]。電纜地層取樣通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)樣品的成分以及電阻率等參數(shù)來判斷樣品純度。根據(jù)《電纜式地層測(cè)試資料質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》[9]的要求，當(dāng)實(shí)時(shí)流體分析資料顯示地層流體特征相對(duì)穩(wěn)定、且樣品純度較高時(shí)，進(jìn)行地層流體取樣。取得的樣品通過現(xiàn)場(chǎng)水分析技術(shù)排除泥漿濾液的干擾，可以代表原狀地層中可動(dòng)流體的產(chǎn)出。

(1)

式中：M為水樣中地層水的體積分?jǐn)?shù)，%；ρ0為地區(qū)地層水中K+的質(zhì)量濃度，mg/L；ρ1為泥漿濾液中K+的質(zhì)量濃度，mg/L；ρ2為水樣中K+的質(zhì)量濃度，mg/L。

地層水中K+的質(zhì)量濃度取地區(qū)經(jīng)驗(yàn)值，一般來說地層水中K+的質(zhì)量濃度相對(duì)較小，而泥漿濾液中卻很高，所以經(jīng)驗(yàn)值的選取對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較小。

2 氣藏流體定量判別方法與流程

針對(duì)氣藏流體，電纜地層取樣技術(shù)取到的樣品在地面條件下進(jìn)行氣液分離，記錄氣體與液體的體積，并分析氣體組成。利用現(xiàn)場(chǎng)水分析技術(shù)，快速有效地確定液體樣品中泥漿濾液與地層水的比例，得到地層水的體積。通過組分模型的狀態(tài)方程法和地層水體積系數(shù)模型，根據(jù)氣體組成、地層溫度、壓力，計(jì)算氣體的體積系數(shù)和地層水體積系數(shù)，將氣體與地層水折算到地層條件下的體積，得到在地層條件下的氣水比例，即定量確定儲(chǔ)層的流體性質(zhì)，進(jìn)而確定儲(chǔ)層的產(chǎn)水率。具體判別流程如圖1所示。

圖1 氣藏流體性質(zhì)定量判別流程圖

2.1 天然氣和地層水體積系數(shù)模型

氣體體積系數(shù)(Bg)的計(jì)算實(shí)質(zhì)可以歸結(jié)為氣體偏差系數(shù)的計(jì)算。狀態(tài)方程[12]已廣泛用于流體相平衡計(jì)算，由于立方型狀態(tài)方程(CEOS，cubic equation of state)形式簡(jiǎn)單、計(jì)算速度快等特點(diǎn)，所以常用該方程計(jì)算氣體的偏差系數(shù)。該次研究采用精確度較高的立方型狀態(tài)方程(Peng-Robinson 狀態(tài)方程(PR EOS))計(jì)算氣體偏差系數(shù)：

(2)

式中：p為地層壓力，MPa；R為理想氣體常數(shù)，(MPa·m3)/(kmol·K)；T為地層溫度，K；v為摩爾體積，m3/mol；Tr為相對(duì)溫度(T與Tc之比)，1；Tc為臨界溫度，K；ω為偏心因子，1；pc為臨界壓力，MPa。

將式(2)的PR EOS方程用壓縮因子(Z)表示，形式如下：

(3)

研究區(qū)Bg的經(jīng)驗(yàn)公式為：

(4)

通過解式(3)中Z的三次方程，可以求出氣相的Z，再將Z代入式(4)，即可得到Bg。

2.2 地層水體積系數(shù)計(jì)算模型

地層水體積系數(shù)(Bw)為地層條件下相同質(zhì)量水的體積(V1)與地面標(biāo)準(zhǔn)條件下所占體積(V2)之比[13],表示為：

(5)

研究區(qū)Bw的經(jīng)驗(yàn)公式為：

Bw=0.952-2.154×10-4p+10C

(6)

C=0.1336×(2.647×10-2T-1)-1.2676

3 應(yīng)用實(shí)例

海上某油田A井是一口預(yù)探井，目的是落實(shí)所在凹陷的含油氣性，實(shí)現(xiàn)油氣勘探突破。圖2是該井目的層段的測(cè)井響應(yīng)曲線綜合圖，可以看出，在3386.7～3391.5m井段，砂體特征明顯，物性較好，氣測(cè)值較高，但是隨著物性變好電阻率有下降趨勢(shì)。為了確定該井段的儲(chǔ)層流體性質(zhì)，在電阻率較低的3388.05m處利用電纜地層測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)壓取樣，泵抽170min，抽出流體體積92.2L，采集所需樣品，樣筒體積為3785cm3，在地面條件(室溫23.5℃)下進(jìn)行氣液分離，得到32ft3的天然氣樣品和320cm3的水樣樣品。利用現(xiàn)場(chǎng)氣相色譜分析得到天然氣組成(CO2體積分?jǐn)?shù)5.06%，C1體積分?jǐn)?shù)91.35%，C2體積分?jǐn)?shù)1.69%，C3體積分?jǐn)?shù)1.19%，iC4體積分?jǐn)?shù)0.39%，nC4體積分?jǐn)?shù)0.32%)。

圖2 A井目的層段測(cè)井響應(yīng)曲線綜合圖

利用現(xiàn)場(chǎng)水分析技術(shù)對(duì)A井水樣樣品進(jìn)行分析，分析結(jié)果如表1所示，可以看出，水樣樣品中泥漿濾液的混入比例為53%，計(jì)算出地層水體積為320×(1-0.53)=150.4mL，根據(jù)電纜測(cè)壓取樣，p為36.03MPa，T為392.15K(119℃)，計(jì)算得到Bw為1.049，則地層條件下地層水體積為150.4×1.049=157.7mL。對(duì)于氣體樣品，轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)情況下體積為895441cm3，計(jì)算得到Bg為0.00385，則地層條件下氣體體積為895441×0.00385=3447mL。故該井段地層的產(chǎn)水率為:

低于5%。按照勘探試油工作規(guī)范[14]，該井段儲(chǔ)層流體性質(zhì)可解釋為氣層。

表1 A井水樣樣品現(xiàn)場(chǎng)分析數(shù)據(jù)表

注：ρ(Na+)/ρ(K+)為鈉離子與鉀離子質(zhì)量濃度之比。

海上油田B井是一口預(yù)探井，圖3是該井目的層段的測(cè)井響應(yīng)曲線綜合圖。從圖3中可以看出，在3179.4～3213.8m井段，砂體特征明顯，物性較好，氣測(cè)值也較高，但隨著物性變好電阻率有下降趨勢(shì)。為了確定儲(chǔ)層流體性質(zhì)，決定在電阻率較低的3200m處，利用電纜地層測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)壓取樣，泵抽372min，泵出流體體積127.7L，采集所需樣品，樣筒體積為3780cm3，在地面條件(室溫26.6℃)下進(jìn)行氣液分離，得到2ft3的天然氣樣品和3380cm3的水樣樣品。利用現(xiàn)場(chǎng)氣相色譜分析得到天然氣組成(CO2體積分?jǐn)?shù)2.45%，C1體積分?jǐn)?shù)96.38%，C2體積分?jǐn)?shù)1.00%，C3體積分?jǐn)?shù)0.04%，iC4體積分?jǐn)?shù)0.06%，nC4體積分?jǐn)?shù)0.07%，iC5體積分?jǐn)?shù)0.01%)。

表2 B井水樣樣品現(xiàn)場(chǎng)分析數(shù)據(jù)表

4 結(jié)論

1)基于電纜地層取樣技術(shù)，利用現(xiàn)場(chǎng)水分析技術(shù)和體積系數(shù)模型，可以獲得水樣樣品中泥漿濾液與地層水的體積比，以及地層水和天然氣的體積系數(shù)，以較低的成本和較短的時(shí)間，為產(chǎn)能計(jì)算、儲(chǔ)量預(yù)測(cè)提供基礎(chǔ)參數(shù)，有效指導(dǎo)油田開發(fā)作業(yè)。

2)在常規(guī)測(cè)井難以確定儲(chǔ)層流體性質(zhì)時(shí)，采用筆者提出的方法能夠快速計(jì)算地層條件下氣藏，特別是氣水同層的產(chǎn)水率，定量判別儲(chǔ)層流體性質(zhì)，滿足地層精細(xì)評(píng)價(jià)和地質(zhì)油藏研究的需求。

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2016-06-16

劉海波(1981-)，男，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事測(cè)井資料解釋應(yīng)用、油藏評(píng)價(jià)工作，liuhb7@cosl.com.cn。

[引著格式]劉海波，王彥晚，劉海涅，等.基于電纜地層取樣的氣藏流體定量判別新方法[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 2017,14(23):45～49.

P631.84

A

1673-1409(2017)23-0045-05

[編輯] 龔丹