蔡軍，高永德 （中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東 湛江524057）

劉海波，劉海涅，王曉飛 （中海油服油田技術(shù)事業(yè)部，河北 燕郊065201）

隨著南海海域油氣勘探的逐步深入，低阻低孔低滲等復(fù)雜儲(chǔ)層越來越多，對該類儲(chǔ)層的流體性質(zhì)識(shí)別和評價(jià)是當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)。為有效解決這一難題，電纜地層測試是海上探井一項(xiàng)獲取地層流體樣品的重要測井手段。但在應(yīng)用過程中，存在以下問題：因儲(chǔ)層滲透性、泵抽效率以及泥漿侵入深度等因素影響，電纜地層測試作業(yè)經(jīng)常不能完全取到較純凈的原狀地層流體樣品；取到油氣樣品后就對儲(chǔ)層的流體性質(zhì)下結(jié)論，忽視了水樣樣品的離子組分，影響對水樣的來源的判斷，最終導(dǎo)致對地層流體性質(zhì)的認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤；水樣樣品需要送到陸地實(shí)驗(yàn)室分析，不僅時(shí)間長，因樣品大部分是泥漿濾液和地層水的混合樣，不但不能正確反映地層水特征，也無法確定其是否含地層水；油氣樣品與水樣樣品分別分析，沒有從整體上考慮各自所占體積，不利于正確并定量地判斷儲(chǔ)層的流體性質(zhì)［1～3］。

為了解決這些問題，提高儲(chǔ)層流體性質(zhì)識(shí)別的精度和提供準(zhǔn)確的油氣評價(jià)物性參數(shù)，筆者探索了一種新的井場水樣分析技術(shù)，該技術(shù)由離子含量測定和數(shù)據(jù)分析2部分組成，保證分析結(jié)果的合理性與精度，且具有顯著的時(shí)效優(yōu)勢。

1 水樣分析流程

井場水樣分析按以下步驟進(jìn)行操作，以獲得儲(chǔ)層流體性質(zhì)的正確判斷。

1）對可能進(jìn)行電纜地層測試取樣的目的層，需要采集鉆開該層時(shí)的泥漿樣品進(jìn)行壓榨獲得泥漿濾液樣品作對比樣品；

2）若電纜地層測試獲得的樣品為油水混合液，則需進(jìn)行油水分離獲得水樣樣品；

3）對泥漿濾液樣品和井下水樣樣品進(jìn)行離子測定，獲取泥漿濾液樣品和水樣中各離子的組分和濃度；

4）結(jié)合區(qū)域地層水背景資料，對水樣的離子含量數(shù)據(jù)進(jìn)行定量的K＋濃度法或定性的Na＋／K＋比值法分析，以確定水樣中混入的泥漿濾液占比；

5）對水樣離子含量扣除泥漿濾液的影響，可獲得地層水的總礦化度，進(jìn)一步計(jì)算地層水電阻率，為測井地層評價(jià)提供本井的地層水電阻率；

6）對井下地層取到的油水混合樣品或氣水混合樣品，扣除混入的泥漿濾液的影響后，可以進(jìn)一步進(jìn)行地層條件下的含水率估算，最終確定原狀地層流體性質(zhì)。

2 離子含量測定原理

井場快速水樣分析采用離子色譜技術(shù)。該技術(shù)的測量原理是，樣品溶液進(jìn)入離子色譜儀后，由于水樣中各種離子因所含電荷、具有的半徑、水合能及其他性質(zhì)的差異，導(dǎo)致了對離子交換樹脂親合力的不同，使陰陽離子在淋洗液和樹脂之間的分配系數(shù)也不盡相同；在柱中反復(fù)洗脫和交換后被分開并依次流出，進(jìn)入微膜抑制器，進(jìn)行相應(yīng)的H＋和OH－的交換，使得被測離子變成相應(yīng)的電導(dǎo)較高的堿和酸；背景電導(dǎo)變成水和低電導(dǎo)的碳酸，經(jīng)電導(dǎo)檢測器逐個(gè)檢測，與標(biāo)準(zhǔn)溶液比較，根據(jù)保留時(shí)間、峰高或峰面積來分別定性、定量分析水樣中各離子的質(zhì)量含量。

研究涉及的水樣分析設(shè)備主要有2種，即美國戴安ICS900離子色譜和瑞士萬通848電位滴定儀。ICS900離子色譜是用PC電腦控制的化學(xué)抑制性離子色譜控制系統(tǒng)，能夠測定的常規(guī)陰離子有F－、Cl－、Br－、NO3－、N、P、S，常規(guī)陽離子有Li＋、Na＋、K＋、Mg2＋、Ca2＋、N。848電位滴定儀是離子色譜的必要補(bǔ)充，它是基于所配置的不同試劑來測定樣品中不同離子的濃度和pH值，測定主要離子有C與HC。為進(jìn)一步提高分析時(shí)效，可配2臺(tái)離子色譜儀器，對陰陽離子同時(shí)測量。

3 數(shù)據(jù)分析方法原理

3.1 計(jì)算泥漿濾液含量

1）定量的K＋濃度法 K＋在地層中含量比較少，而海上泥漿一般為氯化鉀泥漿，K＋含量都很高，且K＋不易與其他離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。如果樣品中K＋濃度比泥漿濾液的K＋濃度低，則很容易被發(fā)現(xiàn)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，將K＋含量作為區(qū)分地層水和泥漿濾液的特征離子，這就是定量的K＋濃度法［3］。

水樣為地層水和泥漿濾液的混合物，同時(shí)K＋不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，取樣樣品中K＋的來源為地層水或泥漿濾液，即混合水樣中K＋濃度乘樣品體積等于泥漿濾液中K＋濃度乘泥漿濾液體積與地層水中K＋濃度乘地層水體積之和，據(jù)此原理可以求出水樣中泥漿濾液混入的比例。

2）定性的Na＋／K＋比值法 為了保證鉆井安全，不污染儲(chǔ)層，需經(jīng)常調(diào)整泥漿體系，故出現(xiàn)井筒泥漿濾液與侵入地層的泥漿濾液性質(zhì)不同的情況，采用Na＋／K＋比值法對流體性質(zhì)進(jìn)行定性判別。實(shí)際應(yīng)用中，總結(jié)出水樣與泥漿濾液的Na＋／K＋比值之差值0.3作為水樣組成定性區(qū)分的界限值，并與定量的K＋濃度法相結(jié)合，可以較好地判斷取樣樣品的流體性質(zhì)［3］。

3.2 計(jì)算地層水含量和總礦化度及電阻率

采用離子分析法來求取混合水樣中的地層水含量，即定量的K＋濃度法和定性的Na＋／K＋比值之差法，綜合判斷水樣中是否含泥漿濾液以及比例，扣除泥漿濾液的離子影響后，可以計(jì)算出地層水總礦化度及電阻率。

地層水總礦化度計(jì)算公式為：

等效NaCl總礦化度Pwe計(jì)算公式為：

式中，P0為地層水總礦化度，mg／L；P1為泥漿濾液總礦化度，mg／L，為泥漿濾液中常見陰陽離子濃度之和；P2為混合水樣總礦化度，mg／L，為樣品中常見陰陽離子濃度之和；M為泥漿濾液的占比，%；Pi與Ki分別為第i種離子的礦化度與等效系數(shù)。

根據(jù)混合溶液總礦化度確定各種離子等效系數(shù)Ki的關(guān)系圖版［4］，可以求得水樣樣品的等效NaCl總礦化度，對幾種稀有離子可用固定的等效離子系數(shù)。根據(jù)NaCl溶液電阻率與其礦化度及溫度的關(guān)系圖版［4］，可得到地層溫度下地層水電阻率。

3.3 計(jì)算儲(chǔ)層產(chǎn)水率

儲(chǔ)層產(chǎn)水率的求取多采用生產(chǎn)測井技術(shù)及鉆井中途測試（DST）技術(shù)。基于電纜地層取樣情況，筆者采用現(xiàn)場水分析技術(shù)：通過確定水樣中地層水的比例和體積，借助圖版法［5］得出其在地層條件下的體積；對于油樣樣品，根據(jù)現(xiàn)場原油高溫高壓分析所確定原油的體積系數(shù)，把地面條件下取得的油樣體積轉(zhuǎn)化為地層條件下的原油體積；根據(jù)地層條件下油層中油與水的含量比例，可定量地判斷儲(chǔ)層的流體性質(zhì)，進(jìn)而確定儲(chǔ)層產(chǎn)水率。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

北部灣某凹陷C井是一口預(yù)探井，目的是落實(shí)該凹陷的含油氣性，實(shí)現(xiàn)中深層油氣勘探突破。圖1是該井目的層段的測井響應(yīng)曲線綜合圖。從圖1可以看出，該井在3601.4～3604.4m井段，砂體特征明顯，物性較好，氣測值也較高，但是電阻率有下降趨勢。為確定儲(chǔ)層流體性質(zhì)，決定在3603.8m進(jìn)行電纜地層測試取樣，泵抽210min后，泵抽出流體體積42000ml，獲得油樣體積15ml，水樣體積780ml，氣樣體積微量。利用井場快速水分析技術(shù)對水樣樣進(jìn)行離子含量測定和數(shù)據(jù)分析，得到泥漿濾液混入比例、地層水總礦化度、等效NaCl總礦化度及地層溫度下地層水電阻率，列于表1。據(jù)此計(jì)算出水樣中地層水體積780ml×（1－9.86%）＝703ml。根據(jù)泵抽取樣時(shí)地層壓力5074psi和溫度137.3℃，利用圖版法計(jì)算出地層條件下地層水體積703ml×1.06＝745.18ml。根據(jù)臨井原油PVT樣品分析知原油體積系數(shù)為1.2，可計(jì)算出地層條件下原油體積為18ml。最終計(jì)算該儲(chǔ)層的含水率為97.6%，儲(chǔ)層流體性質(zhì)為含油水層。

圖1 北部灣區(qū)C井測井響應(yīng)曲線綜合圖

表1 北部灣區(qū)C井井場快速水分析數(shù)據(jù)表

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）基于井場快速水分析技術(shù)的結(jié)果，可以確定地層水的離子含量和總礦化度、電阻率以及儲(chǔ)層產(chǎn)水率等參數(shù)，結(jié)合地面油氣樣品體積及高壓物性參數(shù)，可以定量地判斷儲(chǔ)層的流體性質(zhì)。

2）電纜地層測試取樣技術(shù)在復(fù)雜儲(chǔ)層受地層和井筒條件的限制往往無法取到純凈的原狀地層流體，借助該技術(shù)的應(yīng)用，可以彌補(bǔ)取樣技術(shù)的不足，準(zhǔn)確快速判斷儲(chǔ)層流體性質(zhì)，為現(xiàn)場作業(yè)決策提供重要依據(jù)，該項(xiàng)技術(shù)目前已在南海海域數(shù)十口探井的疑難油氣層取樣分析中得到良好應(yīng)用，具有較好的推廣價(jià)值。

3）該項(xiàng)技術(shù)是基于離子分析法進(jìn)行流體性質(zhì)分析，今后將增加電阻率測量方法［6］，2種方法可以互相印證，不僅使結(jié)果更加可靠，而且可以針對不同泥漿體系進(jìn)行分析，拓展應(yīng)用范圍。

［1］劉樹鞏 .海上油田油藏流體高壓物性參數(shù)現(xiàn)場測定系統(tǒng)研究與應(yīng)用 ［J］.中國海上油氣；2011，23（2）：104～106.

［2］劉海波，劉海涅，李揚(yáng)，等 .高溫高壓脫水儀的研制 ［J］.石油儀器，2013，27（5）：8～10.

［3］劉海涅，楊玉卿，郭書生，等 .現(xiàn)場水分析技術(shù)及其在東方氣田高溫高壓氣井中的應(yīng)用 ［J］.中國海上油氣，2014，26（1）：1～5.

［4］雍世和，張超模 .測井?dāng)?shù)據(jù)處理與綜合解釋 ［M］.東營：中國石油大學(xué)出版社，2007：207.

［5］何更生 .油層物理 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1994：140.

［6］郭海敏 .生產(chǎn)測井導(dǎo)論 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2003：387.