新型模塊式電纜地層測試及取樣工具應(yīng)用

吳小路，劉遠(yuǎn)志，孫常偉，程 佳，李小東

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳 518000）

判別儲層的流體性質(zhì)是油氣勘探階段的重要工作，以電阻率測井為核心的電阻率絕對值法、電阻率–孔隙度交會判別法、孔隙度–飽和度交會判別法等方法在常規(guī)儲層流體性質(zhì)識別中發(fā)揮了重要作用[1–3]，但對于巖性復(fù)雜、高阻水層、低阻油層和常規(guī)儲層并存的復(fù)雜儲層，容易誤判流體性質(zhì)[4]。通過地層測試技術(shù)可以直觀地判斷流體的性質(zhì)，有效地規(guī)避常規(guī)測井方法帶來的誤判，并獲得儲層的流體成分、產(chǎn)能、滲透率、油藏邊界等信息，近年來該技術(shù)在復(fù)雜油氣田勘探中的作用越來越重要。

1 應(yīng)用現(xiàn)狀

地層測試及取樣技術(shù)通過鉆桿或電纜將井下開關(guān)井工具、封隔器、取樣器等專用工具送到目的層位，在目的層位附近搭建一個臨時的、完整的井下生產(chǎn)系統(tǒng)，并進(jìn)行開井生產(chǎn)、流體取樣、關(guān)井恢復(fù)[5]。相較于鉆桿地層測試，電纜地層測試操作簡單，測試周期短，在南海東部油田應(yīng)用越來越廣泛，貝克休斯的RCI是應(yīng)用較多的電纜地層測試儀之一。

RCI是一種模塊式的電纜儲層測試取樣儀，包括電源、液壓控制系統(tǒng)、單探針、雙探針、溫壓傳感器、雙封隔器、多取樣筒、流體分析和壓力泵等模塊。其中，石英壓力傳感器可以快速準(zhǔn)確地記錄地層的壓力和溫度變化；雙探針測試器能夠直接測量地層的橫向滲透率和縱向滲透率；雙封隔器將井眼封隔成環(huán)形密閉空間，流體泵將環(huán)形空間內(nèi)泥漿等污染流體排出，形成負(fù)壓區(qū)，地層流體進(jìn)入此空間，可獲得地層流體樣品；光學(xué)流體分析模塊能夠監(jiān)控取樣前流體的污染程度，對井下流體實時觀測分析，確保取出高質(zhì)量流體樣品。

2 地層參數(shù)分析原理

地層參數(shù)分析是基于工具的流道體積的物質(zhì)平衡方法和常規(guī)的試井解釋方法，在達(dá)西公式中使用地層產(chǎn)量代替活塞抽出率，通過修正工具儲集效應(yīng)的活塞速率來獲得地層產(chǎn)量。用幾何因子表示探針測試的復(fù)雜流動，使地層參數(shù)分析技術(shù)更加實用，從中獲得地層壓力、滲透率和流體壓縮性。達(dá)西方程用幾何因子表示，當(dāng)流體在相同溫度的穩(wěn)態(tài)流動時，液體的慣性流動阻力可以忽略。

式中：fq為從地層流入探頭的體積流量，m3/d；k為地層滲透率，μm2；oG為表征復(fù)雜地層流動的幾何因子，無因次；ir為探頭半徑，m；p?為地層壓力，MPa；p(t)為探針流動壓力，MPa；μ為地層黏度，mPa·s。

當(dāng)流體密度變化較小時，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，累積產(chǎn)量等于地層產(chǎn)量和排出量之差，即

式中：qac為累積產(chǎn)量，m3；qf為地層產(chǎn)量，m3；qdd為排出量，m3。

根據(jù)等溫壓縮系數(shù)的定義可以得到：

式中：tV是探頭、流道和壓降室的總體積，m3；tC是流體的壓縮系數(shù)，MPa–1。

根據(jù)物質(zhì)平衡方程，得到如下公式：

當(dāng)dpdt和qdd是公式右邊的唯一變量時，通過多元線性回歸可同時獲得兩個斜率和一個截距：即的情況下，通過qdd的斜率可以得到地層的滲透率，(μCtVt)(kGori)、μ(kGori)，p?。在流體黏度已知通過qdd的導(dǎo)數(shù)的斜率可以得到系統(tǒng)的壓縮系數(shù)，則方程式可以表述如下：

方程式（5）最后一個括號內(nèi)的項對應(yīng)累計量和排出量，他們在生產(chǎn)期間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，在關(guān)停壓力恢復(fù)期間呈現(xiàn)正相關(guān)，但在本質(zhì)上，他們是地層產(chǎn)量的聯(lián)合體。

通過上式可知，地層產(chǎn)量與壓力的曲線應(yīng)該接近一條直線，在壓力軸上具有負(fù)斜率和截距。斜率的絕對值m為：

滲透率可以通過下式計算得到：

應(yīng)用地層產(chǎn)量分析法時，排出量qdd是時間的函數(shù)。RCI測量排出量作為時間的函數(shù)，因此可以計算每個時刻的消耗量。當(dāng)排出量不能通過地層測試得到時，只能考慮測試的累積部分，在這種情況下，必須給定流體的壓縮系數(shù)。

3 地層流體識別原理

光學(xué)流體分析模塊采用近紅外光譜吸收和熒光譜測定技術(shù)精確區(qū)分油氣水，同時提供不同流體的折射系數(shù)。通過音叉?zhèn)鞲衅骺梢詼y定流體的密度和黏度，以及聲波傳感器測定流體的聲速。同時電阻/電容傳感器測定管線中的流體電阻率。

3.1 近紅外光譜

近紅外吸收光譜法是使用19種不同的波長測量液體吸收的光量。它由穿過兩個藍(lán)寶石晶體之間儲層流體的柱狀光構(gòu)成。不同波長的光照強(qiáng)度的損耗取決于通過藍(lán)寶石窗口的流體（圖1）。通道14和17表示存在水，而通道16表示液相烴。通道1～12通常用作液態(tài)烴質(zhì)量指標(biāo)。輕質(zhì)油在較低的通道1～5中具有高的吸收率，在較高的通道中具有較低的吸收率。高通道下的吸光度水平隨原油重質(zhì)組分的增加而增加。氣體和水在通道1～12中不具有吸光性。通道13和15是用來去除水通道和油通道背景噪聲的基本通道。從通道14中減去通道13可以量化水的比例，接近2的值表示100%的水。同樣，通道16減去通道15可以量化油的比例，接近0.5的值表示100%液態(tài)烴。通道18和19是甲烷標(biāo)識符。

圖1 RCI儀器在輕質(zhì)油中的紅外光譜響應(yīng)

3.2 段塞流和段塞取樣

在不混溶流體流動的情況下，如果流速足夠低，兩相流體可能在流體泵中因流體的密度差分離出來。在泵送期間，隨著時間的流逝，泥漿濾液的流體相的體積減小并且地層流體的相的體積增大。工具中的取樣槽采用液壓操作，因此可以多次打開和關(guān)閉同一取樣槽。通過這種獨特的功能，可以將流過工具的流體的任何選定部分選擇性地導(dǎo)入這些采樣槽中。因此，基于流體識別，可以進(jìn)行選擇性采樣，以獲得流入儲罐的儲層流體相，同時將濾液轉(zhuǎn)移至井眼出口。

3.3 折射率

連續(xù)折射率是另一種監(jiān)測泥漿濾液凈化過程的方法。地層流體可混溶，液態(tài)烴的含量及物理性質(zhì)或鹽度差異的微小變化影響光在流體中的折射率，折射率值隨時間的變化可表征混相流體的凈化過程。

3.4 熒光光譜法

熒光光譜是含芳烴的碳?xì)浠衔镂仗囟úㄩL的光并發(fā)射完全不同波長的光的特性。一般來說，所有天然生成的碳?xì)浠衔铮怏w形式的除外）都含有不同百分比的芳烴，而合成油基泥漿濾液則不含。因此，熒光光譜可用于區(qū)分合成油基泥漿濾液和地層烴。

3.5 密度和黏度

IFX使用音叉技術(shù)來測量流體的物理特性。音叉沿一組頻率振動，根據(jù)其共振的頻率和共振信號的振幅，確定流體密度和黏度，還可以跟蹤密度和黏度的變化，以監(jiān)測過程。

3.6 聲速和油氣比

IFX利用安裝在流線外壁上的壓電晶體來測量通過流體的聲速，聲音信號通過流道后，在流道中的流體中傳播、并從流道的另一端反彈回來。根據(jù)聲音信號傳播的距離和通過流體傳播所需的時間可以得出流體的聲速，可以與密度一起計算流體的連續(xù)壓縮性和隨時間變化的氣油比。

除流體識別模塊外，RCI工具還可測量接近工具內(nèi)的流體電阻率、溫度。

4 應(yīng)用效果

4.1 油水界面分析

本次壓力測試主要針對（ 盆地 凹陷）珠江組下部層段，該層段包含4個油層和1個水層。將5個層位分別進(jìn)行壓力梯度回歸（圖2），由于油層間存在隔層，只用最下面油層和水層的壓力點分析油水界面，并結(jié)合地層流體的取樣密度，確定下部4個水點在水層，剩下1個點處于上部油層中，油水界面在2 620.58 m，利用壓力梯度測算地層水密度為1.028 g/cm3，油層密度為0.741 g/cm3，與實驗室實測數(shù)據(jù)一致。

圖2 井筒壓力梯度回歸曲線

4.2 典型壓力剖面分析

地層測試解釋主要是對測試得到的開關(guān)井地層壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得在生產(chǎn)時波及范圍內(nèi)的油藏參數(shù)及有關(guān)地質(zhì)特性等的動態(tài)信息[6–8]。

4.2.1 正常測試壓力剖面

正常測試點所測得的流度有效，反映地層在壓降條件下流體可流動。停止泵抽后壓力開始恢復(fù)，迅速恢復(fù)到地層壓力并維持穩(wěn)定（圖3）。RCI工具穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)是小于0.020 7 MPa/s，并且可重復(fù)壓降恢復(fù)后的地層壓力與前一次壓降恢復(fù)后的地層壓力差異小于0.020 7 MPa/s。

圖3 正常測試壓力剖面

4.2.2 低滲透層

低滲透層反映出地層在泵抽后壓力會下降，但回壓（壓力恢復(fù)）過程緩慢，需要長時間的恢復(fù)才能達(dá)到地層壓力（測試過程中未獲得穩(wěn)定壓力點）。儲層性質(zhì)上，該類測點滲透性優(yōu)于干層，但比正常儲層差（圖4）。低滲透層沒有獲得有效地層壓力，此時重復(fù)測試分析無法滿足線性關(guān)系，因此取壓降流度為該儲層的流度。

圖4 低滲透層測試壓力剖面

4.2.3 干層

干層，指地層無滲透性或滲透性極差。在大力泵抽后，壓力長時間無法恢復(fù)，或恢復(fù)過程極其緩慢。圖5為本次測試過程中一個干層的壓力剖面圖，泵抽后壓力起初無法恢復(fù)，至終也沒有恢復(fù)到穩(wěn)定的地層壓力。

圖5 干層測試壓力剖面

4.3 IFX流體識別

在泵抽過程中采用Baker Hughes的現(xiàn)場流體測試儀IFX及光譜識別工具SampleView系統(tǒng)對整個泵抽過程中進(jìn)行了實時流體識別。因鉆井泥漿為水基泥漿，地層流體為與水非混相，泵抽一段時間后出現(xiàn)明顯段塞現(xiàn)象。段塞現(xiàn)象既與泵抽設(shè)計有關(guān)，也能反映出流體的性質(zhì)，同時也為選擇性采樣提供了依據(jù)。同時，該現(xiàn)象可用于計算泵抽過程中地層的干凈程度（即地層流體占泵抽流體的體積比例）。

IFX提供的密度和聲波速度測量證實該深度點地層中含油（圖6）。在泵抽約950 s后，密度基本穩(wěn)定在0.8～0.9 g/cm3。而聲波速度也基本穩(wěn)定在935 μs/m。

圖6 某深度點密度、聲波速度歷史

此外，光譜識別工具SampleView也監(jiān)測到油的特征：Ch1～Ch4道光譜吸收，水道光譜（Ch14/Ch17）弱/無反應(yīng)；油線Ch16～Ch15上升趨于0.5；水線Ch14～Ch13下降趨于0（圖7）。

圖7 某深度段油線、水線趨勢

5 結(jié)論

（1）RCI電纜地層測試及流體取樣方法可以準(zhǔn)確獲得儲層的油水界面、物性參數(shù)，識別儲層流體性質(zhì)、獲得儲層流度，并通過地面放樣的方式有效提高勘探階段流體識別的準(zhǔn)確性，這些壓力、流度和樣品數(shù)據(jù)為該區(qū)塊勘探開發(fā)提供了重要依據(jù)。

（2）針對勘探階段，不同位置開展電纜地層測試及流體取樣，可以實現(xiàn)不同位置壓降和壓力恢復(fù)測試，能夠有效減少層間干擾現(xiàn)象，可以準(zhǔn)確獲得不同儲層產(chǎn)能、滲透率、儲層邊界等信息，對總體開發(fā)方案制定具有重要意義。

（3）該方法在取樣過程中，通過IFX及SampleView系統(tǒng)對整個泵抽過程進(jìn)行了實時流體識別，可以實時獲取井下地層流體的污染程度，有效指導(dǎo)現(xiàn)場取樣作業(yè)，節(jié)省勘探成本，降低作業(yè)風(fēng)險。