低滲透率儲(chǔ)層MDT泵抽油氣突破及動(dòng)態(tài)含水率預(yù)測(cè)

吳一雄,張恒榮,楊冬,張海榮,袁偉

(中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司,廣東 湛江 524057)

0 引 言

電纜地層測(cè)試技術(shù)在油田勘探開發(fā)過(guò)程中的應(yīng)用越來(lái)越多。近年來(lái),中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司每年實(shí)施探井約40口,進(jìn)行電纜地層測(cè)試測(cè)井作業(yè)井約60%以上。隨著勘探開發(fā)的深入,低滲透率儲(chǔ)層越來(lái)越多,而低滲透率儲(chǔ)層泵抽過(guò)程中泥漿濾液的驅(qū)替效率低,油氣突破耗時(shí)長(zhǎng),獲得有代表性的地層流體樣品困難[1-2],進(jìn)行相關(guān)資料的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和數(shù)據(jù)挖掘顯得尤為重要。

目前油田技術(shù)人員通常直接應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)提供的測(cè)壓流度、壓力值和取樣樣品化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)[3-8],缺少對(duì)泵抽過(guò)程中井下監(jiān)測(cè)的流動(dòng)壓力、流量、泵抽體積、含水率、氣油比、氣體組分、流體密度等動(dòng)態(tài)資料的分析和應(yīng)用。

本文通過(guò)對(duì)泵抽儀器監(jiān)測(cè)的瞬時(shí)含水率數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,實(shí)現(xiàn)油氣突破時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間的自動(dòng)拾取,結(jié)合區(qū)域統(tǒng)計(jì)分析獲得南海西部油氣田純油氣層泵抽取樣油氣突破時(shí)間和動(dòng)態(tài)含水率預(yù)測(cè)模型,為現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)決策和低滲透率儲(chǔ)層流體識(shí)別提供指導(dǎo)。

1 泵抽取樣原始資料預(yù)處理

泵抽取樣過(guò)程中[9],為提高泵抽效率一般都采用雙向泵抽模式,加之油水重力分異作用影響,這樣的泵抽模式在流體監(jiān)測(cè)過(guò)程中會(huì)有水峰—油峰—油峰—水峰交替出現(xiàn)的過(guò)程。利用儀器自動(dòng)識(shí)別計(jì)算的含水率數(shù)據(jù)雖然可以有效判斷泵抽過(guò)程中流體瞬時(shí)變化情況,而瞬時(shí)數(shù)據(jù)不利于后續(xù)研究分析,需要作周期化平均預(yù)處理。

對(duì)關(guān)鍵參數(shù)含水率進(jìn)行預(yù)處理,利用泵抽過(guò)程中泵向參數(shù)變化,編程實(shí)現(xiàn)周期平均含水率的自動(dòng)計(jì)算;利用周期化含水率的變化趨勢(shì)和單個(gè)周期內(nèi)瞬時(shí)含水率最大值和最小值之差的關(guān)系,按相關(guān)算法實(shí)現(xiàn)油氣突破時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間的自動(dòng)拾取,具體效果見圖1。通過(guò)上述處理,有利于研究各參數(shù)的整體變化規(guī)律,統(tǒng)一拾取標(biāo)準(zhǔn),減小人為誤差,同時(shí)可以開展多點(diǎn)泵抽數(shù)據(jù)的批量計(jì)算,自動(dòng)將各點(diǎn)泵抽的突破時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間等數(shù)據(jù)輸出到指定表格中,以便后續(xù)的統(tǒng)計(jì)分析。

2 泵抽取樣動(dòng)態(tài)含水率預(yù)測(cè)

泵抽取樣過(guò)程中,隨著泵抽時(shí)間增加,泵抽流體體積增大,近井帶的泥漿濾液逐漸被原狀地層流體驅(qū)替[10-11],出現(xiàn)一個(gè)含水飽和度逐漸變小的徑向剖面。這一過(guò)程隨著流體監(jiān)測(cè)的含水率逐漸下降而愈發(fā)明顯,最終含水率穩(wěn)定在一定數(shù)值而不再下降,與泥漿濾液的補(bǔ)給速率保持平衡。為提高取樣樣品代表性和取樣效率,開展低滲透率儲(chǔ)層純油層泵抽取樣過(guò)程中含水率的變化規(guī)律研究。

2.1 動(dòng)態(tài)含水率影響因素及預(yù)測(cè)模型分析

通過(guò)對(duì)原始泵抽資料的預(yù)處理獲得周期平均含水率逐點(diǎn)數(shù)據(jù),得到了不同油田、不同物性、不同油品、不同探針類型泵抽點(diǎn)的實(shí)際含水率變化數(shù)據(jù)(見圖2)。表1是每個(gè)泵抽點(diǎn)的深度、流度、探針、油品及油氣突破和穩(wěn)定時(shí)間。

從圖2可見,流度大、油質(zhì)輕,油氣突破快,含水率下降快,穩(wěn)定含水率低,同時(shí)含水率變化快慢與探針類型也有關(guān)[12],說(shuō)明泵抽過(guò)程中含水率的變化是一個(gè)復(fù)雜的多因素影響的過(guò)程。

AH.Akram等[12]通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)例驗(yàn)證方法給出了泵抽過(guò)程中泥漿濾液含量隨泵抽時(shí)間變化的計(jì)算模型

(1)

式中,Fw為泵抽過(guò)程中儀器監(jiān)測(cè)的含水率,%;t0為油氣突破時(shí)間,min;t為泵抽時(shí)間,min;n為驅(qū)替指數(shù),與泥漿侵入半徑、流體黏度、油水相滲、電機(jī)轉(zhuǎn)速、探針泄流面積等相關(guān)。

表1 泵抽點(diǎn)詳細(xì)情況

*非法定計(jì)量單位,1 mD=0.987×10-3μm2;1 cP=10-3Pa·s,下同

圖2 不同油井及泵抽點(diǎn)含水率圖

從式(1)可以看到含水率預(yù)測(cè)的關(guān)鍵參數(shù)為油氣突破時(shí)間t0和驅(qū)替指數(shù)n。

2.2 泵抽取樣油氣突破時(shí)間預(yù)測(cè)

南海西部海域鉆遇較多低滲透率、特低滲透率儲(chǔ)層,測(cè)壓流度小于1 mD/cP,甚至0.1 mD/cP,測(cè)壓多為干點(diǎn)或超壓點(diǎn),低滲透率儲(chǔ)層泥餅形成慢,地層流動(dòng)性差,油氣突破時(shí)間長(zhǎng),取得有代表性的地層樣品困難。

通過(guò)對(duì)東方13-1/2、陵水17-2、陵水25-1、陵水13-2等氣田的取樣油氣突破時(shí)間與流度、泵轉(zhuǎn)速、探針泄流面積、含氣飽和度等參數(shù)的單相關(guān)分析發(fā)現(xiàn),取樣泵抽過(guò)程中儲(chǔ)層流度越高、泄流面積越大、含氣性越好、泵轉(zhuǎn)速越快、泵抽突破時(shí)間就越短。

將這些因素整理,定義為氣體突破因子F,表達(dá)式為

F=(vf/Sg/Rpm/Sp)×1000

(2)

式中,vf為測(cè)壓流度,mD/cP;Sg為測(cè)井解釋含氣飽和度,%;Rpm為取樣過(guò)程中泵轉(zhuǎn)速,r/min;Sp為泵抽探針過(guò)流面積,in2[注]非法定計(jì)量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同。

圖3 鶯-瓊氣田油氣突破時(shí)間與突破因子F關(guān)系圖

圖3中LL10-2-1井3 856.4 m處速星泵抽取樣點(diǎn)明顯偏離回歸線主體,該點(diǎn)流度0.3 mD/cP,含氣飽和度60%,泵轉(zhuǎn)速約為400 r/min,預(yù)測(cè)氣體突破時(shí)間約需泵抽100 min,而實(shí)際泵抽1 600 min后才有較明顯的油氣突破。圖4中電成像資料證實(shí)由于鉆井泥漿比重過(guò)大,在泵抽點(diǎn)附近存在明顯的水力壓裂縫,泵抽過(guò)程中存在泥漿濾液的動(dòng)態(tài)侵入,刪除該點(diǎn)后鶯-瓊氣田油氣突破時(shí)間與突破因子F的相關(guān)系數(shù)提升至0.84,具體模型為

t0=35.4F-0.264

(3)

圖4 LL10-2-1井3 856.4 m附近電成像圖

同樣,結(jié)合油田油品情況分類統(tǒng)計(jì)了各類型探針泵抽油氣突破時(shí)間與油田突破因子Fo的關(guān)系(見圖5),Fo具體表達(dá)式為

Fo=(vfRpm/Δp)

(4)

式中,Δp為鉆井液柱壓力與地層孔隙壓力之差,psi[注]非法定計(jì)量單位,1 psi=6.89×10-3 MPa,下同。

在使用超大直徑探針情況下,凝析氣突破最快,稠油最難突破,速星探針泄流面積大,有利于油氣快速突破。針對(duì)常用的超大直徑探針和常規(guī)油類型建立的油氣突破時(shí)間預(yù)測(cè)模型,相關(guān)系數(shù)達(dá)0.902。

圖5 北部灣盆地油氣突破時(shí)間與突破因子Fo關(guān)系圖

2.3 泵抽取樣驅(qū)替指數(shù)確定

由于驅(qū)替指數(shù)n涉及泥漿侵入深度和流體相滲,而這些參數(shù)都很難通過(guò)直接方法獲取。研究從泥漿侵入和泵抽驅(qū)替2個(gè)方面考慮驅(qū)替指數(shù)的研究,引入鉆井壓差系數(shù)比值(鉆井壓差系數(shù)比值=泥漿柱壓力系數(shù)/地層壓力系數(shù))和泵抽效率(泵抽效率=泵抽體積/泵抽時(shí)間/泵轉(zhuǎn)速)確定。圖6是北部灣盆地近30個(gè)純油層泵抽點(diǎn)的驅(qū)替指數(shù)與泵抽效率和鉆井壓差系數(shù)的關(guān)系,相關(guān)系數(shù)達(dá)0.72,由此建立了北部灣盆地的區(qū)域驅(qū)替指數(shù)n的預(yù)測(cè)模型

n=1.21×(V/T/Rpm)/(Δp/ρgh)1.09

(5)

式中,V為泵抽流體累計(jì)體積,mL;t為泵抽時(shí)間,min;ρ為地層水密度,g/cm3;g為重力加速度,m/s2;h為泵抽點(diǎn)垂深,m。

3 應(yīng)用實(shí)例

WW11-2-1井深度3 540.1 m處,流度為0.3 mD/cP,WW11-7-2井深度2 063.7 m處,流度為9.7 mD/cP均采用超大直徑探針泵抽取樣。2個(gè)泵抽點(diǎn)地層物性較差,屬于低滲透率儲(chǔ)層,從測(cè)井曲線和錄井資料來(lái)看,純油層還是油水過(guò)渡帶識(shí)別困難,需要進(jìn)行泵抽取樣落實(shí)地層流體性質(zhì)。

圖6 北部灣盆地驅(qū)替指數(shù)n預(yù)測(cè)模型

利用上述油氣突破時(shí)間預(yù)測(cè)模型對(duì)這2個(gè)泵抽點(diǎn)的泵抽油氣突破時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè),預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際結(jié)果吻合較好,具體參數(shù)見表2。

利用泵抽效率和鉆井壓差系數(shù)結(jié)合式(4)預(yù)測(cè)驅(qū)替指數(shù)n,然后將預(yù)測(cè)的突破時(shí)間t0和驅(qū)替指數(shù)n代入式(1)實(shí)現(xiàn)泵抽點(diǎn)的含水率預(yù)測(cè)。圖7中WW11-2-1井泵抽點(diǎn)含水率與實(shí)際泵抽過(guò)程中監(jiān)測(cè)的含水率結(jié)果吻合良好,雖然整體含水率高達(dá)到55%,但仍為純油層,泵抽動(dòng)態(tài)含水率較高主要是地層低滲透率,泥餅形成不好,泥漿濾液驅(qū)替清空效果不好導(dǎo)致。最終放樣結(jié)果為油80 cm3,氣體62 826 cm3,混合流體92 cm3,通過(guò)水分析確定混合流體就是泥漿濾液,沒有地層水,證明了含水率預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

表2 油氣突破時(shí)間與實(shí)際突破時(shí)間對(duì)比表

圖7 WW11-2-1井測(cè)井圖及3 540.1 m處泵抽含水率變化規(guī)律圖

圖8中WW11-7-2井實(shí)際泵抽過(guò)程中監(jiān)測(cè)的含水率比預(yù)測(cè)含水率高,下降速度慢,分析認(rèn)為可能是地層出水,導(dǎo)致實(shí)際含水率較純油層高?，F(xiàn)場(chǎng)放樣油水同在,且樣品中水的氯根為28 000 mg/L,介于地層水氯根18 000 mg/L和鉆井液氯根40 000 mg/L之間,進(jìn)一步證明了含水率預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

圖8 WW11-7-2井測(cè)井圖及2 063.7 m處泵抽含水率變化規(guī)律圖

4 結(jié)論

(1)該算法實(shí)現(xiàn)了泵抽過(guò)程中原始數(shù)據(jù)的預(yù)處理和成果批量輸出,油氣突破時(shí)間和含水率穩(wěn)定時(shí)間地自動(dòng)拾取,提高了工作效率,減小了人為誤差。

(2)低滲透率儲(chǔ)層電纜泵抽取樣過(guò)程中侵入帶泥漿濾液驅(qū)替難,油氣突破時(shí)間較長(zhǎng),通過(guò)區(qū)域資料整理和影響因素分析,獲得了南海西部油田區(qū)域的油氣突破時(shí)間預(yù)測(cè)模型,為現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)提供指導(dǎo),避免因動(dòng)態(tài)侵入等因素導(dǎo)致超長(zhǎng)泵抽時(shí)間而不能獲得地層流體樣品的情況出現(xiàn)。

(3)通過(guò)對(duì)純油層含水率變化規(guī)律研究,獲得了區(qū)域油層泵抽含水率預(yù)測(cè)模型,提高了低滲透率儲(chǔ)層的流體識(shí)別精度,實(shí)際應(yīng)用效果較好。