MDT測壓取樣測前模擬優(yōu)化技術(shù)在南海東部的應(yīng)用

夏竹君，羅鵬，王顯南，謝瑞永，顧玉洋，劉超

1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司（廣東深圳518064）2.中海石油（中國）有限公司深圳分公司（廣東深圳 518064）

MDT 測壓取樣儀是美國斯倫貝謝石油公司的專利，從第一代的FT（Formation Test）、第二代的RFT（Repeat Formation Test）到現(xiàn)在第三代電纜模塊式動態(tài)地層測試儀MDT（Modular Dynamic Forma?tion Tester），一直處于世界領(lǐng)先水平，服務(wù)于世界各油田，在我國各油田均取得成功應(yīng)用[1-5]。MDT測壓目的是建立區(qū)塊壓力剖面、識別儲層流體性質(zhì)、確定流體界面，MDT 取樣目的是確認及識別流體性質(zhì)，直觀、快速評價，且PVT取樣能進一步了解儲層特性，MDT 資料在解決復(fù)雜油氣井的測井解釋、連通性等方面發(fā)揮了重大作用，特別是識別儲層烴類氣與二氧化碳非常有效[6-10]。如何快速取全取準MDT測壓取樣資料一直是大家普遍關(guān)注的問題。

1 MDT測壓取樣常見問題

1.1 測試過程

MDT測壓取樣是在裸眼井中進行的，井下工具示意圖見圖1，測試過程如下。

圖1 MDT測壓取樣儀器

1）工具下至指定深度，開平衡閥，記錄該點鉆井液靜壓。

2）推靠器推向井壁，貼井壁的探頭探管刺穿泥餅插入地層，探頭上的分隔器向井壁靠攏并壓向井壁。

3）探管中的小活塞收回，使井下儀器內(nèi)測試空間與地層相連通，管線中的流體體積填補小活塞讓出的空間，此時地層壓力略有下降。

4）小活塞一直退回直至停止，封隔器繼續(xù)向井壁壓迫，直到儀器完全固定于井壁，即封隔器座封成功。測試室活塞滑動，以恒定流速抽吸地層使液體充滿預(yù)測試室，此時壓力很快大幅下降。

5）抽吸活塞到達終點后，壓力擴散仍然會有部分地層流體流入探管，測試壓力開始升高，直至恢復(fù)到原始地層壓力。

6）按照設(shè)計要求開泵抽吸流體進行光譜分析，達到一定要求后打開取樣閥門進行地層取樣。

7）打開平衡閥門，再測量一次鉆井液壓力，回縮分隔器與支撐臂即解封，準備進行下個壓力點的測試。

1.2 常見問題

MDT測壓取樣作業(yè)的常見問題：

1）工具遇阻。井況復(fù)雜、狗腿度大、井眼垮塌、裂縫、泥漿性能不適合、工具過長、工具結(jié)構(gòu)不合適等，均會導致工具遇阻無法完成測試。

2）工具及電纜卡。井況復(fù)雜、地層有洞縫、泥漿性能不適合、測試停留時間過長等，均會導致工具及電纜卡無法完成測試。

3）坐封失效。井況復(fù)雜、地層有洞縫、沒有泥餅、封隔器變形等，造成坐封失效。

4）取樣失敗。巖性復(fù)雜，浸入太深，泵抽較長時間沒有地層流體或泵抽過程中失封，取樣失敗。

5）測點巖性物性差異大。MDT 探針有標準探針、大直徑探針、快速探針、超大直徑探針、橢圓探針、速星探針、雙封隔器等7 種，需要根據(jù)巖性物性選擇，當測點巖性物性差異大時，可能需要兩種及兩種以上的探針才能滿足測試需要。

6）泵不動。泵抽稠油、地層致密和泵抽壓差過小，均會導致泵抽不動無法完成測試。

7）單探針或者管線堵。地層出砂、泥漿加入塑料小球等均會導致管線堵塞而無法完成測試。

8）漏封。地層疏松、井眼不規(guī)則、泥餅質(zhì)量差、封隔器膠皮損壞等均會導致漏封無法完成測試。

MDT 現(xiàn)場作業(yè)風險較大，特別是井況復(fù)雜、洞縫發(fā)育、低孔低滲、高溫高壓等儲層，為了安全快速高質(zhì)量完成測壓取樣作業(yè)，南海東部提出了MDT測前模擬優(yōu)化技術(shù)，指導現(xiàn)場測試作業(yè)。

2 MDT測前模擬優(yōu)化技術(shù)

測前設(shè)計一般由基地測井作業(yè)主管、測井解釋人員及現(xiàn)場測井監(jiān)督合作完成。在完成常規(guī)測井項目和其他特殊測井項目后，綜合測井、錄井、氣測、鉆井取心等現(xiàn)場資料，結(jié)合目的層所要解決的地質(zhì)以及工程任務(wù)，同時考慮測量時的安全因素，進行測前模擬，優(yōu)化選擇測量點及工具模塊，模擬井下泵抽過程，預(yù)測油氣突破時間及含水率變化情況等，指導現(xiàn)場測試作業(yè)，達到最佳的測井目的。MDT測壓取樣測前模擬優(yōu)化流程如圖2所示。從施工安全角度來看，任何井況下的MDT 測壓取樣作業(yè)，均應(yīng)開展測前模擬優(yōu)化，確保萬無一失。

2.1 資料收集

2.1.1 區(qū)域資料

收集的區(qū)域資料主要有：地質(zhì)勘探開發(fā)形勢圖、井位部署圖、構(gòu)造井位圖、地質(zhì)設(shè)計任務(wù)書及地質(zhì)勘探開發(fā)報告等；主要目的層構(gòu)造特征、儲層特征、沉積環(huán)境及油氣藏類型；含油氣層系的巖性、物性、含油性及測井響應(yīng)特征；各層段地層水礦化度變化情況；鄰井測井資料以及與測井解釋相關(guān)的圖版、測井解釋模型、解釋參數(shù)。

圖2 MDT測壓取樣測前模擬優(yōu)化流程

2.1.2 錄井資料

收集的錄井資料主要有：巖心錄井圖；巖心描述清單；巖心分析資料；巖屑及含油情況描述；油氣顯示井段、基值、全烴最大值及全烴值與基值的比值、氣體組分分析解釋結(jié)果等。

2.1.3 鉆井資料

收集的鉆井資料主要有：井身結(jié)構(gòu)以及地層孔隙壓力情況，估算裸眼井段長度以及井底壓力，評估測壓取樣作業(yè)風險；作業(yè)井定向井設(shè)計方案以及實鉆軌跡情況，對于測壓取樣測井作業(yè)井斜不宜超過30°，最大狗腿度應(yīng)控制在3°/30 m；起下鉆遇阻、憋壓以及憋扭矩情況；振動篩返出情況，井眼泥漿清潔度。

2.2 測點優(yōu)化

2.2.1 測壓點優(yōu)選

測壓總體原則為：確保至少在3 個深度點測壓成功，測壓點之間深度間隔不小于3 m。

1）基于勘探初期的預(yù)探井以發(fā)現(xiàn)油氣藏為目的，應(yīng)在全井段砂層內(nèi)布測壓點，建立區(qū)塊的壓力剖面。計算儲層流體密度，確定氣、油、水界面，為勘探地質(zhì)研究提供基礎(chǔ)信息。

2）對于勘探中期的評價井，應(yīng)在重點層及疑難層內(nèi)布測壓點，在流體性質(zhì)不同的儲層必須確保至少有3 個深度點測壓成功，且在界面附近盡量加密測壓點數(shù)，為儲量計算提供參數(shù)。

3）基于開發(fā)初期的準備井以獲取油藏壓力為目的，建立油藏壓力資料，為油藏開發(fā)方案編制提供依據(jù)，故在每個層系的砂層組布測壓點，從面上控制壓力變化趨勢。

4）對于開發(fā)中后期的調(diào)整井，重點在動用層系布點，掌握油藏壓力變化，監(jiān)測儲層連通性及動用情況，實現(xiàn)油層動態(tài)跟蹤，因此，應(yīng)采取測量點加密方式測井。

5）利用常規(guī)測井資料解釋油氣層，確定測壓取樣儲層段，初步確定流體界面。

6）根據(jù)井徑資料微調(diào)深度點，避免坐封不成功。

7）根據(jù)電成像、核磁共振測井等資料進一步微調(diào)薄互層測壓取樣深度點，提高測試成功率。

2.2.2 取樣點優(yōu)選

1）以確認地層流體性質(zhì)為目的，一般在油氣顯示較好的儲層和測井解釋疑難層布取樣點。

2）同一流體性質(zhì)的儲層，原則上在本測試段中物性好的深度只設(shè)計一個流體分析取樣點。

3）測壓流度進一步確定流體分析點的物性情況，若流度較好可泵抽進行流體分析及取樣；若流度較差，可上下移動0.5 m左右，重新測壓及取樣。

4）根據(jù)地質(zhì)研究和儲量計算需要，確定常規(guī)取樣和PVT取樣層位及數(shù)量。

5）根據(jù)井徑資料微調(diào)深度點，避免坐封不成功。

6）根據(jù)電成像、核磁共振測井等資料進一步微調(diào)薄互層取樣深度點，提高測試成功率。

2.3 工具模塊優(yōu)選

MDT 地層測壓取樣工具包括多個測試模塊。不同的測試任務(wù)、不同的儲層特征、不同的井筒環(huán)境等應(yīng)選擇不同的測量方法和工具模塊。

MDT測壓取樣常用的模塊是：供電及信號控制模塊（必選）；探針模塊（必選），地層物性較好時選用單探針模塊，地層物性較差時選用雙封隔器或者速星模塊；泵抽模塊據(jù)地層物性而定，物性較好地層使用常規(guī)泵，較差地層選用超高壓泵模塊；樣桶模塊根據(jù)測試目的可選，取樣桶個數(shù)根據(jù)取樣點個數(shù)選擇；井下流體分析模塊，根據(jù)流體類型而定，一般流體使用CFA 模塊，含有二氧化碳流體時選用IFA。

對于井況較差井，考慮到施工安全，一般采用最簡單組合，即單泵抽模塊、單樣桶模塊和單探針模塊。

2.4 模擬測壓取樣過程

2.4.1 井下電纜張力模擬

根據(jù)井軌跡數(shù)據(jù)、井筒環(huán)境、泥漿體系、測試工具模塊等信息進行井下電纜張力模擬，分析工具下放及上提過程中可能存在的風險及解決方案，確保測試的安全性及成功率。

2.4.2 測壓取樣過程模擬

當儲層巖性物性復(fù)雜、洞縫發(fā)育、低孔低滲、高溫高壓等，測前進行測壓取樣過程模擬非常重要，它決定了整個作業(yè)過程的成敗。MDT 測壓取樣模擬軟件主要有3 個模型,即MDTLYR、MDTSIM、FS?JP，有助于優(yōu)選合適的探針和泵抽模塊，合理評估作業(yè)過程中預(yù)期效果，確保測壓取樣成功率及時效。

1）MDTLYR 模型為多層模型，模擬分析探針或封隔器井下坐封情況以及探針對壓力的響應(yīng)情況，有助于選取合適的探針或封隔器。

2）MDTSIM 模型為多層模型，模擬不同泵抽速率時各種探針對流體的響應(yīng)情況，選取適合的泵抽工作制度。

3）FSJP模型是地層測試流體分析模擬軟件，主要模擬各類探針(如大探針、超大探針、橢圓探針、聚焦探針等)、雙封隔器、速星等泵抽過程中，對泥漿濾液清理過程進行分析。在侵入深度、流體類型、復(fù)雜井況等情況下，F(xiàn)SJP模型對油氣的突破時間以及泵抽凈化清理濾液的過程進行高精度模擬，實現(xiàn)作業(yè)模塊的優(yōu)化選擇和作業(yè)時間的評估，從而指導現(xiàn)場實際作業(yè)。

3 應(yīng)用實例

南海東部惠州某區(qū)A井發(fā)育風化裂縫帶和內(nèi)幕裂縫帶兩種儲集類型，成藏模式為源邊型“立體網(wǎng)狀”。A井為該區(qū)塊2020年3月完鉆的一口預(yù)探井，215.9 mm（8.5"）井眼裸眼段3 590～4 276 m，錄取的測井資料有常規(guī)、核磁共振、能譜、聲波，如圖3 所示。在4 056～4 061 m井段自然伽馬95 API，無鈾伽馬91 API，均較高，核磁有效孔隙度10%，深電阻率33 Ω·m，總烴明顯異常達1.5%。鉆井取心巖性為灰色閃長巖，主要成分為斜長石，次為角閃石，少量石英，偶見黃鐵礦，熒光直照淺黃色，裂縫發(fā)育，巖性物性復(fù)雜，需要利用MDT取樣結(jié)果驗證儲層流體性質(zhì)。

通過MDT 測壓取樣模擬軟件和井下電纜張力模擬，優(yōu)選MRSR 速星、MRPQ_1 超大直徑探針模塊、MRPO 超高壓泵模塊、MRMS_1 多取樣瓶模塊、MRMS_2 多取樣瓶模塊、IFA 井下流體實驗室模塊和MRHY_1液壓模塊的測試儀器串，模擬結(jié)果顯示該組合既能保證井下作業(yè)安全，又滿足作業(yè)需要。

泵抽模擬時優(yōu)選速星在4 057.7 m進行泵抽，輸入實測的測井及地化錄井信息參數(shù)，模擬井下泵抽取樣過程，如圖4 所示，擬合泵抽壓降和流速，模擬結(jié)果顯示泵抽3.5 h 以后油氣突破，預(yù)測取樣在370 min左右，含水率在60%～70%。

圖3 A井綜合測井圖

圖4 A井4 057.7 m測前泵抽模擬分析圖

根據(jù)模擬結(jié)果，實際作業(yè)時先使用超大直徑探針進行壓力測試，均坐封失敗，采用速星在4 057.7 m 進行泵抽，開始泵抽壓降對應(yīng)的流度為0.54 ×10-3μm2/（mPa·s），泵抽開始，熒光緩慢上升，泵抽190 min 左右，對應(yīng)IFA 電阻率開始出現(xiàn)跳躍，光譜分析有烴類物質(zhì)出現(xiàn)，伴隨泵抽量的增加，含油比例增加。最終泵抽385 min，泵抽出地層流體55.1 L，含水率約85%，電阻率基值為0.009 Ω·m左右，其對應(yīng)含水段塞的電阻率，因此泵出流體中的水為泥漿濾液，綜合判斷此深度流體性質(zhì)為油層。測前模擬泵抽過程與實際泵抽結(jié)果基本吻合。根據(jù)這個測試結(jié)果，最終將4 056～4 061 m井段解釋為油層，落實了流體性質(zhì)，同時也為后續(xù)的井位部署提供了依據(jù)。

A井215.9 mm（8.5"）井眼共設(shè)計測壓6個點，取樣4個點，實際完成測壓10個點（表1），取樣3個點，先選用超大直徑探針在3 個深度點測壓，其中有2個泵抽時封隔器漏失，測成1個點。再選用速星在7個深度點測壓，只漏失1次，并在其中3個深度點進行泵抽取樣，共計泵抽694 min，取樣5個，現(xiàn)場放樣1個，完成測試任務(wù)。

表1 A井215.9 mm（8.5"）裸眼段MDT 測壓取樣數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

1）MDT現(xiàn)場測試是一種高風險作業(yè)，本文提出的MDT 測前模擬優(yōu)化技術(shù)能指導現(xiàn)場測試作業(yè)安全實施，特別是在井況復(fù)雜、洞縫發(fā)育、低孔低滲、高溫高壓等儲層，大大提高了MDT 測試成功率，降低了作業(yè)風險。

2）根據(jù)井軌跡數(shù)據(jù)、井筒環(huán)境、泥漿體系、測試工具模塊等信息進行井下電纜張力模擬，分析工具下放及上提過程中可能存在的風險及解決方案，降低作業(yè)風險，減少作業(yè)事故。

3）MDT 測壓取樣模擬有助于優(yōu)選測壓取樣深度點，選取合適的探針和泵抽模塊，合理評估作業(yè)過程中預(yù)期效果，確保測壓取樣成功率及效率。

4）MDT取樣前進行FSJP模擬分析非常重要，它能模擬泥漿濾液清理過程，預(yù)測油氣突破時間及含水率變化情況等，指導現(xiàn)場測試作業(yè)，在浸入較深的低滲儲層中，避免泵抽時間不夠而錯過油氣藏的發(fā)現(xiàn)。