StethoScope隨鉆測壓技術(shù)在渤海JZS油田的應(yīng)用

李廣龍 呂坐彬 王雙龍 程 奇 朱志強(qiáng)

(中海石油(中國)有限公司天津分公司)

0 引 言

相較于傳統(tǒng)地層壓力測試方法，隨鉆測壓技術(shù)對于落實已開發(fā)油藏壓力虧空情況、獲得未開發(fā)油氣藏物性和流體類型、規(guī)避鉆井風(fēng)險、控制鉆井成本、提高井壁穩(wěn)定性等方面具有適用范圍廣、獲取數(shù)據(jù)及時的優(yōu)勢[1-5]。渤海JZS油田主力含油層系為沙二段辮狀河三角洲前緣砂泥巖薄互層，儲層橫向變化快，區(qū)內(nèi)古地貌復(fù)雜，斷裂系統(tǒng)發(fā)育，地震資料分辨率難以精確預(yù)測儲層橫向展布，儲層連通及動用情況復(fù)雜，這些因素嚴(yán)重制約油田后續(xù)注采井網(wǎng)的部署與優(yōu)化。為明確油田當(dāng)前注采關(guān)系、獲知地層壓力分布、預(yù)測儲層展布與連通情況，決定對無井控區(qū)域設(shè)計開發(fā)井并實施隨鉆測壓技術(shù)。該技術(shù)的應(yīng)用為注采井網(wǎng)優(yōu)化提供了及時可靠的地質(zhì)依據(jù)和技術(shù)支持。

1 JZS油田概況

JZS油田位于渤海遼東灣海域遼西低凸起中北段，西側(cè)以遼西大斷層為界，東南呈緩坡向凹陷過渡，毗鄰遼中凹陷中、北洼，處于油氣富集的有利位置[6-8]，整體為一北西高南東低斷裂半背斜構(gòu)造。油田內(nèi)部斷層較發(fā)育，受內(nèi)部次級斷層分割劃分為多個井區(qū)。沙二段為其主要含油層系，主要為辮狀河三角洲前緣亞相砂泥巖薄互層沉積，儲層以水下分流河道、河口壩沉積為主。油藏埋藏較深，縱向上可劃分為多套流體系統(tǒng)，測試產(chǎn)能高，油品性質(zhì)好。根據(jù)FMT測壓和DST測試資料，油藏壓力系數(shù)1.016～1.028，地溫梯度3℃/100 m，為正常溫壓系統(tǒng)。

JZS油田D 10井區(qū)為東西向長條狀獨(dú)立斷塊(圖1)，開發(fā)層段為沙二段Ⅱ、Ⅲ油組油層，開發(fā)方案設(shè)計為2采1注，東部已先期實施2口采油井(D 10、D 17井)衰竭開采，用來落實構(gòu)造、儲層、流體情況。井區(qū)地震反射雜亂，儲層展布情況不清，先期實施的2口井生產(chǎn)動態(tài)(主要為氣油比)差異較大；而西部無井控區(qū)域與已鉆井區(qū)域的儲層連通關(guān)系及儲量動用情況均未落實，制約著后續(xù)注采井網(wǎng)優(yōu)化。

圖1 D 10井區(qū)構(gòu)造井位圖

D 17井與D 10井儲層對比關(guān)系較好，目前兩口井生產(chǎn)穩(wěn)定，低含水，靜壓測試資料也顯示，兩口井地層壓力下降基本一致，為同一個壓力系統(tǒng)。現(xiàn)決定在西部無井控區(qū)域?qū)嵤?口開發(fā)井D 12H井，并轉(zhuǎn)注1口采油井，形成2采1注開發(fā)井網(wǎng)。轉(zhuǎn)注1口采油井，對于注水層段的選擇至關(guān)重要，為了避免出現(xiàn)只注無采現(xiàn)象，防止憋壓，決定在D 12H井應(yīng)用StethoScope隨鉆測壓工具進(jìn)行隨鉆壓力測量，從而提前知曉壓力衰竭情況，并利用隨鉆測壓資料明確儲層平面連通關(guān)系、縱向壓力差異及層間動用情況，為開發(fā)井鉆后的注采優(yōu)化方案提供依據(jù)。

2 StethoScope隨鉆測壓技術(shù)簡介

隨鉆測壓即在鉆井過程中測量地層壓力的測試技術(shù)，自鉆桿測試和電纜測試技術(shù)出現(xiàn)以來，各大油服公司競相研發(fā)隨鉆測壓技術(shù)。20世紀(jì)90年代以來，國外油服公司相繼推出隨鉆測壓系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于優(yōu)化鉆完井作業(yè)、油氣藏開發(fā)評價等領(lǐng)域，極大提高了鉆完井現(xiàn)場決策效率。

StethoScope隨鉆測壓技術(shù)由斯倫貝謝公司設(shè)計研發(fā)，是隨鉆測壓領(lǐng)域較為安全可靠的測試系統(tǒng)，在較為廣泛的條件下取得了良好的應(yīng)用效果。

2.1 隨鉆測壓原理

StethoScope隨鉆測壓工具主要由測壓模塊和電池等組成，其中測壓模塊包含探針、壓力計、吸入泵等部分[3](圖2)。由于坐封活塞的存在，可以使儀器在井筒內(nèi)以任意角度進(jìn)行測量，可實現(xiàn)鉆進(jìn)過程中隨時獲取分層地層壓力、流度、環(huán)空壓力等數(shù)據(jù)，適用范圍廣[4-11]。

圖2 StethoScope隨鉆測壓技術(shù)原理

隨鉆測壓原理為：隨鉆測壓工具到達(dá)設(shè)計測壓點(diǎn)深度后，位于扶正器葉片延伸部分的測壓探頭伸出緊貼井壁時[11]，平衡閥關(guān)閉，隔離儀器內(nèi)空間與環(huán)空，使儀器內(nèi)形成封閉空間；機(jī)械定位活塞坐封后，測壓探針建立起儀器內(nèi)空間與井壁地層的連接通道，預(yù)測試室中的活塞后移，預(yù)測試室內(nèi)壓力低于地層流體壓力產(chǎn)生壓力降，從而抽取地層流體，并測試吸入流速，可在0.2～2.0 mL/s范圍內(nèi)控制調(diào)節(jié)，同時儀器內(nèi)置壓力計測試記錄預(yù)測試室內(nèi)壓力值變化。當(dāng)流體充滿預(yù)測試室后，內(nèi)部壓力停止下降，但此時壓力仍低于地層壓力，流體會持續(xù)流入，使得壓力升高，地層中未被擾動流體不斷補(bǔ)充低壓區(qū)，直到預(yù)測試室內(nèi)壓力恢復(fù)速率足夠小時(60 s壓力變化小于0.1 psi，1 psi=6.895 kPa，下同)，可認(rèn)為已達(dá)到內(nèi)外壓力平衡，然后停止吸入，此時測量的預(yù)測試室內(nèi)壓力即代表地層壓力。

相對測試探針而言，測試地層可被認(rèn)為是均質(zhì)的、無限大介質(zhì)，流體流動主要發(fā)生在探針周圍，吸取流體的體積也較小，因此地層流體流向探針的過程中，自探針向地層壓降以球形向外傳播，流體則以垂直等壓面的方向形成球形流。當(dāng)時間足夠長時，通常假設(shè)測壓曲線分析模型的流型為球形流。測試過程中，壓力、時間與吸入流速、抽取體積等參數(shù)之間的關(guān)系反映了地層巖石的許多信息[1]。當(dāng)壓力降小、壓力恢復(fù)時間短、吸入流速大、抽取體積大時，反映出地層滲透率大；反之則地層滲透率小。

典型的隨鉆測壓壓力變化曲線包括偵查預(yù)測試和最終預(yù)測試(圖3)?，F(xiàn)場多采用過平衡鉆井來確保鉆井過程安全，但會造成近井地帶超壓，這在低滲透率地層中更加明顯，偵查預(yù)測試可有效釋放超壓，使最終預(yù)測試測得的壓力更接近真實地層，從而求得真實地層流度(可推算滲透率)。地層流度λf可由下式求得[2]：

圖3 JZS油田StethoScope隨鉆測壓典型壓力變化曲線

式中：λf為地層流度，mD/cP(1 cP=10-3Pa·s，下同)；V為預(yù)測試抽取的流體體積，cm3；ΩS為形狀因子，無量綱；rP為探針半徑，in(1 in=2.54 cm)；t0為預(yù)測試壓力下降開始時刻，s；t1為預(yù)測試壓力恢復(fù)結(jié)束時刻，s；psf為近地層壓力，psi；p(t)為壓力計在t時刻測得的壓力，psi；ε為流度誤差，mD/cP。

停泵狀態(tài)下的測壓數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確，但為了避免卡鉆風(fēng)險，通常在開泵狀態(tài)下進(jìn)行壓力測試，并對可能造成的測量誤差(所測壓力略高于靜水狀態(tài)下測量的地層壓力)進(jìn)行壓力校正，來獲取準(zhǔn)確的地層壓力[4]。

2.2 隨鉆測壓模式

根據(jù)測試地層物性是否已知，StethoScope隨鉆測壓儀器提供了固定和時間優(yōu)化兩種測試模式(表1)。

表1 StethoScope隨鉆測壓兩種測試模式參數(shù)

針對地層物性已知且流度量級明確的情況，選擇固定模式可以取得較好的測試效果，即預(yù)測試時的泵抽流速、泵抽體積、測試時間均固定；針對地層物性未知或物性變化的情況，時間優(yōu)化模式可確保取得最佳測試效果，儀器會根據(jù)偵查預(yù)測試的壓降曲線智能計算得到地層流度范圍，從而采用合適的泵抽流速和體積進(jìn)行后續(xù)測試，時間優(yōu)化模式的總測試時間均為5 min，可有效提高測壓效率。

3 隨鉆測壓技術(shù)應(yīng)用

3.1 隨鉆測壓技術(shù)應(yīng)用流程

選取JZS油田內(nèi)D 12H井進(jìn)行StethoScope隨鉆測壓技術(shù)應(yīng)用，測試流程為完鉆后起鉆具組合至井口，更換隨鉆測壓工具下至目的層，采用自下而上的方式進(jìn)行測試。隨鉆測壓技術(shù)鉆具組合為StethoScope 825(隨鉆測壓)+TeleScope(通信短節(jié))+ARC(陣列補(bǔ)償電阻率)，探針到鉆頭距離18.79 m，所有測試點(diǎn)均為“開泵”測試，測點(diǎn)采用固定模式Type 0-C。StethoScope工具內(nèi)測試容器的容量為25 mL，每個測點(diǎn)共進(jìn)行2次壓降-壓恢測試過程，總測試時間為5 min。測壓過程如下：

(1)粘卡測試，在“開泵”狀態(tài)下，頂驅(qū)分別停轉(zhuǎn)5、10、15 min后再開頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)，監(jiān)測排量、泵壓、上提下放懸重數(shù)據(jù)，均無鉆具粘卡，繼續(xù)測壓作業(yè)。

(2)校深，利用ARC得到的自然伽馬和電阻率兩條曲線，通過自然伽馬和電阻率曲線確定目的層，通過自然伽馬曲線校深保證測壓點(diǎn)深度準(zhǔn)確，消除各種鉆柱應(yīng)力狀態(tài)引起的深度誤差。

(3)探針到達(dá)設(shè)計深度后發(fā)送指令，調(diào)整工具位置，將探針朝向較高一側(cè)井壁，工具接到指令后坐封、測壓，測試結(jié)束后數(shù)據(jù)通過TeleScope上傳至地面，上傳的數(shù)據(jù)主要包括環(huán)空壓力、地層壓力、壓力降、流度和溫度等[4]。

3.2 測試結(jié)果分析

本次測試在10個設(shè)計深度上共進(jìn)行了11次測壓，其中10次取得了有效測試數(shù)據(jù)，1次測試測壓結(jié)果顯示為干點(diǎn)(表2)。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，10個測壓有效點(diǎn)涵蓋了設(shè)計的10個深度點(diǎn)，均可用于壓力虧空評價和側(cè)向連通性分析。

表2 D 12H井StethoScope隨鉆測壓結(jié)果

結(jié)合D 12H井鉆后地層對比、隨鉆測壓結(jié)果及鄰井壓力資料(圖4)，進(jìn)行儲層連通性及動用情況分析，可以看出，D 17井與D 12H井在Ⅱ油組儲層對比較好，而隨鉆測壓結(jié)果也顯示D 12H井Ⅱ油組地層壓力低于原始地層壓力，表明D 17井與D 12H井Ⅱ油組連通，已動用；而D 12H井Ⅲ油組與D 17井對比關(guān)系一般，隨鉆測壓資料顯示D 12H井Ⅲ油組地層壓力基本為原始地層壓力，這表明兩口井儲層有未連通的可能(圖5)。

圖4 D 10井區(qū)壓力分析

圖5 D 10井區(qū)地層對比

基于以上分析，中間部位的D 17井在轉(zhuǎn)注后可為D 10井Ⅱ、Ⅲ油組及D 12H井Ⅱ油組等連通層注水。為及時恢復(fù)地層壓力，完善注采井網(wǎng)，建議D 17井擇機(jī)實施轉(zhuǎn)注。下一步將繼續(xù)研究該區(qū)塊儲層連通關(guān)系及縱向壓力差異，優(yōu)化注采井網(wǎng)。

對于與建議轉(zhuǎn)注井可能不連通的砂體，后期將通過試采情況判斷其儲量潛力，并反推砂體可能的邊界。

4 結(jié) 論

StethoScope隨鉆測壓技術(shù)針對不同地層及流體情況提供了兩種測量模式共8種測量類型，可實現(xiàn)在鉆井過程中獲取地層壓力、流體流度等重要數(shù)據(jù)，適用范圍廣，極大提高了鉆完井作業(yè)、油氣藏開發(fā)評價決策效率。

JZS油田通過采用StethoScope隨鉆測壓技術(shù)，及時獲取了研究區(qū)新增開發(fā)井D 12H井各個砂體的地層壓力和流度數(shù)據(jù)，對測試結(jié)果的分析明確了地層動用虧空情況和儲層連通關(guān)系，有效指導(dǎo)了后期該區(qū)塊注采井網(wǎng)優(yōu)化，對于確定轉(zhuǎn)注井注水層位、提高區(qū)塊開發(fā)效果起到了重要作用，對StethoScope隨鉆測壓技術(shù)的推廣應(yīng)用具有較好的借鑒和指導(dǎo)意義。