電纜地層測試儀器適用條件研究

周 全，吳樂軍，秦小飛

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

增強(qiáng)型電纜地層測試器(EFDT)是中海油田服務(wù)股份有限公司研制的第三代模塊化電纜地層測試器，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)且達(dá)到國際先進(jìn)水平。自2010年大批量投入使用以來，在國內(nèi)外獲取了大量的實際測試資料和成功經(jīng)驗，得了客戶的廣泛認(rèn)可[1-3]。

隨著電纜地層測試在低孔、低滲儲層中的作業(yè)占比越來越高，儀器面臨的挑戰(zhàn)也日益增大，在測試過程中因探針選擇和作業(yè)參數(shù)設(shè)置不合理而出現(xiàn)低滲點、無效點，無法獲取真實地層壓力，這將直接影響到后續(xù)據(jù)此計算地質(zhì)油藏信息的可靠性[4-5]。因此，開展對電纜地層測試資料解釋的研究，分析測試的壓力響應(yīng)特征和地層物性、儀器參數(shù)之間的關(guān)系。

通過模擬不同探針在不同條件地層中的壓力曲線特征，總結(jié)了泵抽體積、泵抽速度等儀器控制參數(shù)與儲層壓力響應(yīng)間的關(guān)系，指導(dǎo)EFDT取樣探針的選擇和作業(yè)過程中儀器參數(shù)的設(shè)置，有效降低了作業(yè)成本。

1 EFDT壓力正演模型

壓力正演模型可預(yù)測地層測試中儀器的壓力響應(yīng)。借助正演過程可以認(rèn)識地層和儀器參數(shù)的改變對地層測試響應(yīng)的影響，能夠為優(yōu)化儀器參數(shù)設(shè)計、儀器應(yīng)用提供依據(jù)，因此在實際應(yīng)用中起著至關(guān)重要的作用[6]。

EFDT測試資料正演模型以測試過程中常用的滲流模型為基礎(chǔ)，模擬目前應(yīng)用較廣泛的單相流體的滲流模式[7-8]。將地層孔隙中的流體假設(shè)為單相流體，根據(jù)解析或數(shù)值的方法求得地層和儀器參數(shù)與測試壓力響應(yīng)的關(guān)系，并綜合考慮了測試過程中表皮效應(yīng)和管線存儲效應(yīng)的影響。

1.1 表皮效應(yīng)的影響

表皮效應(yīng)的存在，使實際的壓力分布不同于理想的壓力分布[9]，在探頭處所測壓力有一個附加壓降，如圖1所示。

圖1 井眼附近壓力分布示意圖

從圖中可看出，如果存在表皮效應(yīng)的影響，壓力與球坐標(biāo)半徑的關(guān)系為圖中實線，否則為虛線關(guān)系。表皮效應(yīng)用表皮系數(shù)表示，如式(1)所示。

(1)

式中：S為表皮系數(shù)；rs為等價源半徑，cm；δ為固相堵塞帶厚度，cm；kg為原始儲層滲透率，10-3μm2；kskin為固相堵塞帶滲透率，10-3μm2。

如果固相堵塞帶堵塞使?jié)B透率減小，則S是正值。kg和kskin之間的差別越大，固相堵塞帶的厚度越厚，則S越大。電纜地層測試(WFT)測試時，如果井下儀器推靠使井壁產(chǎn)生微小的裂縫，地層的滲透率會增加，那么，S是負(fù)值；裂縫伸展越深，S越大。對于沒有固相堵塞帶的儲層，S=0。

1.2 管線存儲效應(yīng)和管線存儲系數(shù)的影響

地層和井下儀器內(nèi)的預(yù)測試室需要有管線和壓力計來連接，這些附加的空間會存儲流體，而流體的可壓縮性對預(yù)測試的壓力曲線有重要影響[9-10]。這種影響如圖2所示。

圖2 預(yù)測試壓力記錄上的滯后流動影響示意圖

圖中的虛線是理想化的無附加空間流量、壓力和時間的變化關(guān)系，實線是有附加空間的存儲產(chǎn)生的實際流量和壓力曲線。對比實線和虛線的差別，可以看出實線總是滯后于虛線，尤其是在曲線有劇烈變化的地方更明顯。這種影響被稱為管線存儲效應(yīng)，存在管線存儲效應(yīng)情況下的壓力表達(dá)式如式(2)所示[11]。

(2)

式中：CD為無量綱管線存儲系數(shù)，由管線體積和流體壓縮系數(shù)決定；psD為無量綱管線內(nèi)壓力；tD為無量綱時間，與活塞關(guān)閉時間t成正比；pD為無量綱壓力，油井的無量綱壓力與壓差△p成正比；rD為無量綱距離，與距離r成正比。

2 EFDT探針地層測試適用性分析

在電纜地層測試作業(yè)過程中，針對不同的地層選取合適的泵抽速度和泵抽時間至關(guān)重要，這直接關(guān)系到測試點的成敗及后續(xù)儲層參數(shù)計算的精度[12-14]。為了研究EFDT探針在不同滲透性儲層中的響應(yīng)特征，基于理論模型模擬了不同滲透性條件下的壓力曲線。

滲流計算模型在行業(yè)內(nèi)已經(jīng)研究的較為成熟[15-16]，模型中使用測試工具相關(guān)的參數(shù)包括工具探頭吸口直徑和工具內(nèi)部流通存儲容積。EFDT探針測試工具主要包括標(biāo)準(zhǔn)型探頭、小吸口探頭、聚焦式探頭、橢圓大吸口探頭、超大吸口探頭和極板式探頭，各種探針工具的參數(shù)如表1所示。以常用的標(biāo)準(zhǔn)型探頭為例，假設(shè)地層流體主要是水，流體黏度為1.0 cp，流體壓縮系數(shù)為0.007 25 MPa-1；設(shè)計地層為均質(zhì)砂巖，孔隙度為30%，地層壓力為2 758 kPa，溫度80 ℃；地層滲透率分別為5.0×10-3，10.0×10-3，15.0×10-3，20.0×10-3，30.0×10-3，50×10-3μm2。

表1 EFDT探針測試工具參數(shù)

預(yù)設(shè)四種作業(yè)抽吸時間和速度模型(表2)，分別為0.5 cm3/s抽吸16.00 s，2.0 cm3/s抽吸4 s，5.0 cm3/s抽吸2.00 s和10.0 cm3/s抽吸2.00 s；抽吸量設(shè)計為8～20 cm3，壓力恢復(fù)時間均設(shè)置為15.00 s。為減少計算模型個數(shù)，模擬計算時，將4種抽吸恢復(fù)作業(yè)放在同一個施工作業(yè)中。

表2 EFDT探針測試抽吸恢復(fù)設(shè)計時間

基于以上假設(shè)條件，通過模型計算，共生成24個滲流計算理論模型，分別為4種泵抽速度下在6種不同滲透率地層中的壓力曲線(圖3)。在低泵速抽吸模式下，壓差過小(小于1 379 kPa)，達(dá)不到地層壓力以下，測試結(jié)果無法反映地層真實滲透性特征。在地層滲透率5.0×10-3～20.0×10-3μm2情況下，使用泵速2.0～5.0 cm3/s抽吸測試，而當(dāng)?shù)貙訚B透率大于30.0×10-3μm2時，需要使用泵速10.0 cm3/s以上，才能取得足夠的壓差。

圖3 EFDT標(biāo)準(zhǔn)型探頭滲流模型壓力響應(yīng)模擬

根據(jù)以上原理，還對EFDT探針地層測試的滲透率下限進(jìn)行了模擬預(yù)測。同樣以標(biāo)準(zhǔn)探針為例，對于均質(zhì)砂巖孔隙地層模型，假設(shè)地層孔隙度為20%、地下流體為水(黏度1.0 cp、0.007 25 MPa-1)，分別使用兩種不同的泵速進(jìn)行抽吸模擬(常規(guī)泵和低速泵)。

使用常規(guī)泵(泵速為4.0 cm3/s)抽吸1.25 s(抽吸量為5 cm3)，停泵后，壓力恢復(fù)20.00 s，分別計算滲透率在4.0×10-3～50.0×10-3μm2不同地層中的壓力響應(yīng)曲線(圖4)。從模擬結(jié)果中可看出，當(dāng)滲透率大于等于6.0×10-3μm2時，壓降趨于穩(wěn)態(tài)。因此，判斷此條件下標(biāo)準(zhǔn)型號探頭測試滲透率下限為6.0×10-3μm2。

圖4 EFDT標(biāo)準(zhǔn)探針常規(guī)泵速測試不同滲透率壓力響應(yīng)模擬(泵速4 cm3/s,抽吸量5 cm3)

使用低速泵(泵速為0.4 cm3/s)抽吸10.00 s(抽吸量4.0 cm3)，停泵后，壓力恢復(fù)30.00 s，分別計算滲透率在0.3×10-3～5.0×10-3μm2不同地層中的壓力響應(yīng)曲線。發(fā)現(xiàn)在滲透率大于等于0.5×10-3μm2時，壓降趨于穩(wěn)態(tài)。因此，判斷此條件下標(biāo)準(zhǔn)型號探頭測試滲透率下限為0.5×10-3μm2。

依照上述方式，同樣對其余五種探針在不同地層條件下的泵速、泵抽時間以及滲透率下限進(jìn)行了模擬，模擬結(jié)果見表3，可以看出探針吸口面積越大，所適用的地層滲透率下限越低，而當(dāng)?shù)貙訚B透率小于2.0×10-3μm2時,推薦使用低速泵。這在一定程度上提高了作業(yè)效率，節(jié)省了作業(yè)時間。

表3 EFDT不同探針適用條件

3 應(yīng)用效果

以阿聯(lián)酋MN區(qū)塊X井為例，測壓段為純灰?guī)r地層，GR低于10 API，孔隙度較高，為25%。依據(jù)區(qū)域經(jīng)驗分析，本區(qū)域?qū)俑呖椎蜐B儲層，鄰井滲透率普遍低于10×10-3μm2，前期作業(yè)沒有經(jīng)驗和理論指導(dǎo)，直接采用標(biāo)準(zhǔn)探針和較高泵速作業(yè)方式，導(dǎo)致測壓成功率較低。在X井作業(yè)前，綜合考慮各探針的適用條件和作業(yè)經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，決定選用滲透率下限更低的橢圓探針下井作業(yè)，并將泵速控制在4.0 cm3/s以內(nèi)。

X井共計測壓25個點，除2個干點外，其余均為有效點，在1 203 m處采用3.7 cm3/s的泵速進(jìn)行測試，成功測得地層壓力為13.2 MPa，計算的壓降流度為3.75×10-3μm2/cp，略高于橢圓探針的滲透率適用下限。對比鄰井同層位，在物性相似處采用標(biāo)準(zhǔn)探針進(jìn)行測壓的深度點均未能獲取合格的壓力恢復(fù)曲線，這進(jìn)一步證實了所模擬的探針適用條件的合理性。這次作業(yè)在理論模擬結(jié)合實際地質(zhì)背景的基礎(chǔ)上給出了合理的探針選型和作業(yè)參數(shù)，在保證作業(yè)順利進(jìn)行的同時也節(jié)省了現(xiàn)場作業(yè)時間。

4 結(jié)論

(1)EFDT測試過程中，選擇合適的探針、泵抽速度以及泵抽時間是作業(yè)成功的關(guān)鍵。在其他條件相同的情況下，合理控制泵抽速度是測試成功的關(guān)鍵，對于滲透性較好的儲層，采用較高的泵抽速度更有利于獲得足夠的壓差，而當(dāng)?shù)貙訚B透率較低時，過高的泵速會導(dǎo)致壓差偏大，不利于獲取有效的測試結(jié)果。

(2)模擬了EFDT儀器各類探針在不同滲透率地層中的壓力響應(yīng)特征，總結(jié)了不同類型探針的適用條件和推薦作業(yè)參數(shù)，據(jù)此在實際應(yīng)用中取得了較好的效果，進(jìn)一步驗證了模擬的各種探針適用條件的合理性。