電纜地層測試寬頻調(diào)速取樣技術(shù)研究及應(yīng)用

穆貴鵬(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300457)

0 引言

電纜地層流體取樣是儲層評價的一種最直接最有效的評價手段[1]，渤海油田明化鎮(zhèn)、館陶組儲層埋深較淺，壓實成巖作用差，儲層膠結(jié)疏松，且以稠油為主，進(jìn)行電纜地層流體取樣時在一定壓差作用下易出現(xiàn)地層漏失導(dǎo)致座封失敗或地層出砂堵塞探針濾網(wǎng)的現(xiàn)象[2]，進(jìn)而造成取樣失敗，影響儲層評價，如何有效解決這一難題對油氣田勘探來說意義重大。李欣等[3]研究發(fā)現(xiàn)降低泵抽壓差能提高稠油、疏松砂巖儲層取樣成功率，本文闡述了中海油服自主研發(fā)的增強型地層動態(tài)測試儀(EFDT)通過液壓動力短節(jié)技術(shù)創(chuàng)新，從而實現(xiàn)寬頻精準(zhǔn)調(diào)速，依據(jù)出砂分析結(jié)果，采用低泵速進(jìn)而實現(xiàn)小壓差進(jìn)行地層流體取樣，在渤海油田P井首次應(yīng)用，有效克服出砂及漏封風(fēng)險，成功取得稠油樣品。

1 寬頻調(diào)速取樣技術(shù)簡介

液壓動力短節(jié)是地層測試儀器不可或缺的一部分，在地層測試儀器中起到平衡環(huán)境壓力，為整個液壓系統(tǒng)提供穩(wěn)定的工作環(huán)境以及可靠的液壓系統(tǒng)工作壓力，能夠?qū)Ρ贸榱黧w排量起到關(guān)鍵作用。

1.1 液壓系統(tǒng)對泵抽速度的影響

地層測試儀器流體泵(圖1)一般為液壓驅(qū)動往復(fù)泵[4]，液壓系統(tǒng)提供的液壓油推動流體泵油缸一側(cè)的活塞，再通過連桿帶動流體缸一側(cè)活塞，從而完成抽吸流體功能。因此液壓系統(tǒng)泵出的流量直接影響到流體泵的抽吸速度。當(dāng)前絕大部分地層測試儀器對于泵速的控制都是通過控制液壓系統(tǒng)泵出流量來完成。壓系統(tǒng)泵出的流量與電機轉(zhuǎn)速、液壓泵排量有關(guān)[5]。

液壓系統(tǒng)泵出流量=電機轉(zhuǎn)速×液壓泵排量，儀器液壓泵排量受液壓泵性能決定為固定值，因此液壓系統(tǒng)泵出流量直接受電機轉(zhuǎn)速影響。

圖1 地層測試器流體泵

1.2 寬頻調(diào)速技術(shù)優(yōu)勢

EFDT常規(guī)液壓動力短節(jié)采用單出軸霍爾反饋的直流無刷電機，帶動單個液壓泵，可通過電壓調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，從而控制泵抽短節(jié)的流體泵泵速，當(dāng)井下工作環(huán)境負(fù)載變化較大時，電機轉(zhuǎn)速會隨之發(fā)生較大變化，泵速不能穩(wěn)定維持在較低水平，無法進(jìn)行低泵速取樣。

寬頻調(diào)速液壓動力短節(jié)采用雙輸出軸旋變位置反饋的直流伺服電機帶雙液壓泵，新型直流電機可保證在更加寬泛的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，配合PID調(diào)節(jié)閉環(huán)精準(zhǔn)控制技術(shù)，可在地面直流電壓穩(wěn)定不變情況下通過控制電路主動調(diào)節(jié)對電機供電電壓，從而消除負(fù)載變化對于電機轉(zhuǎn)速的影響，電機轉(zhuǎn)速調(diào)速范圍為100～3 500 r/min，流體泵調(diào)速范圍為可保證0.1～15.0 mL/s，電機轉(zhuǎn)速與泵速的對應(yīng)關(guān)系所示，兩個液壓泵具有不同的排量，小泵排量為0.07 mL/min，大泵排量為0.36 mL/min，兩個不同排量的流體泵結(jié)合轉(zhuǎn)速穩(wěn)定寬泛的直流電機，保證液壓系統(tǒng)泵出流量寬泛、線性、穩(wěn)定，從而保證流體泵泵速線性可調(diào)，且泵速范圍更寬。

寬頻調(diào)速液壓動力短節(jié)較常規(guī)動力短節(jié)有更寬的調(diào)速范圍，泵抽速度調(diào)節(jié)精度更高更穩(wěn)定，不僅能以低泵速來應(yīng)對稠油、疏松砂巖儲層的取樣作業(yè)[6]，在常規(guī)儲層取樣時可以用更高的泵速提高取樣效率，降低作業(yè)成本。

2 應(yīng)用實例分析

(1)油田位于渤海南部海域，整體為受渤南低凸起邊界斷層控制下的復(fù)雜斷塊群，圈閉規(guī)模大，油氣層主要分布在明下段和館陶組，油質(zhì)為稠油，據(jù)研究構(gòu)造區(qū)油氣運移通暢，成藏背景優(yōu)越，新近系具有良好的成藏條件，在該區(qū)部署鉆探P井，并在該井設(shè)計取樣作業(yè)，以便后續(xù)進(jìn)行油品實驗室化驗分析。

(2)本井設(shè)計在明化鎮(zhèn)組1 218 m取樣，從常規(guī)曲線上看取樣層位為油層，空隙度較大約34.4%，從出砂分析表1看出該套儲層出砂生產(chǎn)壓差為0.86 MPa，地層非常疏松極易出砂或漏封。

表1 出砂分析表

(3)本井取樣前測得地層壓力12.06 MPa，初始泵抽速度控制在1.2 mL/s，流壓11.73～11.79 MPa，控制泵抽壓差小于安全生產(chǎn)壓差，泵抽50 min后流壓穩(wěn)定并且油氣占比較高，嘗試提高泵速到2.6 mL/s，流壓略有下降到11.51 MPa左右但仍遠(yuǎn)小于出砂生產(chǎn)壓差，繼續(xù)泵抽到90 min灌取一個備用樣，再次嘗試提高泵速到3.2 mL/s，流壓下降至11.07 MPa左右，繼續(xù)泵抽到150 min灌取最終樣品，地面轉(zhuǎn)樣取得2.25 L稠油樣品，樣品地面密度0.975 8 g/cm3(20 ℃)。

3 結(jié)語

(1)寬頻調(diào)速技術(shù)能精準(zhǔn)調(diào)節(jié)泵抽速度，進(jìn)而精確控制泵抽壓差，有效克服電纜地層流體取樣時砂堵及漏封問題，在渤海油田P井首次成功應(yīng)用，并取得較純稠油樣品，為后續(xù)區(qū)域認(rèn)識及儲量升級提供可靠支撐。

(2)該技術(shù)為疏松砂巖、稠油儲層取樣作業(yè)提供一種新的途徑和方法，能夠有效提高該類儲層的取樣成功率，具有很大的推廣價值和借鑒意義。