吳進(jìn)波,陳鳴,孫殿強(qiáng),杜超,周基恒

(1.中海石油(中國)有限公司湛江分公司,廣東湛江524057;2.貝克休斯(中國)油田技術(shù)服務(wù)有限公司,四川成都610011)

0 引 言

電纜測壓取樣技術(shù)早在20世紀(jì)中期便投入使用,隨著幾十年的發(fā)展技術(shù)日漸成熟[1]。近年來中國南海海上勘探開發(fā)難度不斷加大,為實(shí)現(xiàn)多層位兼探和優(yōu)快鉆井的目標(biāo),大量采用大斜度井且裸眼段越來越長,同時(shí)為了抑制井壁垮塌的現(xiàn)象增大鉆井液比重,造成井筒差壓過大等復(fù)雜井況,使電纜測壓取樣測井越來越困難。為應(yīng)對這一難題,總結(jié)南海各油田不同井況的測井經(jīng)驗(yàn),選擇引入隨鉆測壓取樣技術(shù)以提高地層流體資料取得率,降低測井風(fēng)險(xiǎn)。

隨鉆測壓取樣技術(shù)在21世紀(jì)初推出,其能夠同其他鉆具一起下井即鉆即測,實(shí)時(shí)提供地層壓力和流體性質(zhì)識別信息,節(jié)約平臺成本,降低井控風(fēng)險(xiǎn)[2]。如今的隨鉆測壓取樣技術(shù)在全球已得到廣泛應(yīng)用,其優(yōu)勢和可靠性得到普遍認(rèn)同。本次隨鉆測壓取樣技術(shù)在南海W區(qū)塊低滲透率儲層的成功應(yīng)用,也印證了該項(xiàng)技術(shù)在中國南海低滲透率儲層定制開發(fā)方案的可行性。

該次作業(yè)對象W-2井,部署于W區(qū)塊S構(gòu)造北塊較高部位。S構(gòu)造位于烏石凹陷東區(qū)鼻狀反轉(zhuǎn)帶向洼中的傾沒端,為一大型斷塊圈閉群,主要目的層為L-1層。圍區(qū)鉆井證實(shí)該區(qū)段發(fā)育北物源大型辮狀河三角洲和南物源扇三角洲沉積,湖盆水體交替震蕩,儲蓋組合優(yōu)質(zhì),但因埋深較大,物性多為高孔隙度低滲透率。

W區(qū)塊數(shù)年前已完鉆的W-1井同樣位于S構(gòu)造北塊較高部位,距W-2井約為1.57 km,該井測壓取樣測井由電纜測壓取樣工具完成。測井記錄顯示該井L-1層段環(huán)空壓力為7 300 psi(1)非法定計(jì)量單位,1 psi=6 894.76 Pa;1 mD=9.87×10-4 μm2;1 cP=1 mPa·s,下同左右,地層壓力為5 100 psi左右,壓差超過2 000 psi;加之電纜測壓取樣測井準(zhǔn)備時(shí)間較長、測壓前裸眼地層長時(shí)間浸泡在鉆井液之中,造成了鉆井液濾液侵入地層較深;同時(shí)井眼因長時(shí)間浸泡,存在井壁垮塌致使探針座封困難。這些不利因素,導(dǎo)致W-1井電纜測壓結(jié)果不理想,17個點(diǎn)均未測得地層真實(shí)壓力,超過一半的測壓點(diǎn)無法座封,其余測壓點(diǎn)因?yàn)殂@井液侵入太深形成超壓現(xiàn)象,短時(shí)間無法恢復(fù)到地層真實(shí)壓力值。取樣記錄顯示,在泵抽點(diǎn)的泵抽時(shí)間超過4.5 h,最終只取得了的樣品純度為60%的地層油。

W-1井的測井記錄可以反映出W區(qū)塊的測壓取樣測井難點(diǎn):①井底壓差較高、鉆井液侵入較深,易造成超壓現(xiàn)象,影響測壓準(zhǔn)確性;②井壁易垮塌,影響探針座封的成功率;③儲層段地層流度較低,普遍在10 mD/cP*左右,使得泵抽過程中的泵速不會太高,從而增加測井時(shí)長以及測井風(fēng)險(xiǎn)。為了避免W-1井測量效率低的情況再次出現(xiàn),決定采用隨鉆測壓取樣技術(shù)對W-2井地層信息進(jìn)行采集。

1 隨鉆測壓取樣工具介紹

選用的隨鉆測壓取樣工具為貝克休斯FASTrak HD,該工具于2014年起在貝克休斯公司隨鉆測井中使用,與貝克休斯公司早期TesTrak隨鉆測壓工具相比,FASTrak HD工具能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測井下流體折射系數(shù)、密度、黏度、聲速、壓縮系數(shù)和動態(tài)地層流度等參數(shù)的變化,識別泵抽流體樣品純度,最終得到雜質(zhì)含量最低的流體樣品。工具配置包括4個主要模塊(見圖1):①供電模塊,為工具提供必要的動力,例如為伸出和收回探針、打開和關(guān)閉工具內(nèi)的閥門、流體識別傳感器以及為電泵供電;②流體分析模塊,是整套工具的核心模塊,探針、壓力探頭、流體分析探頭、壓降泵等元件均集成在該模塊中;③樣桶模塊,樣桶固定在該模塊內(nèi),通過閥門與內(nèi)部管線連通,單根模塊最多可容納4個樣桶,1次下井最多可串聯(lián)4根樣桶模塊;④終端模塊,當(dāng)工具正常泵抽清洗侵入帶時(shí),通過該模塊將泵抽出的液體由儀器內(nèi)部排出到環(huán)空區(qū)域。

圖1 工具組合示意圖

共有3種不同規(guī)格的探針可供選裝在流體分析模塊,以應(yīng)對不同的地層特征(見圖2):①標(biāo)準(zhǔn)探針,座封面為1 in(2)非法定計(jì)量單位,1 in=2.54 cm,下同,適用于中高流度地層和井眼不規(guī)則地層;②大臉探針,座封面同樣為1 in,但相較標(biāo)準(zhǔn)探針其座封膠皮面積更大,適用于未壓實(shí)、易垮塌的疏松地層;③加長橢圓探針,它的特點(diǎn)在于其擁有等效內(nèi)徑為2 in的座封面,是普通探針內(nèi)徑的4倍,適用于低流度地層。每次下井流體分析模塊只能安裝1個探針。

圖2 探針示意圖

2 隨鉆測壓取樣數(shù)據(jù)采集

2.1 壓力測試

不同于電纜測壓取樣測井,隨鉆測壓取樣測井時(shí)工程師與井下工具溝通的方式為鉆井液壓力脈沖傳輸,指令下達(dá)和數(shù)據(jù)上傳在鉆井液中只能單向通信,且隨著井深的增加,數(shù)據(jù)傳輸所需的時(shí)間也將增加。但測壓取樣測井需要實(shí)時(shí)根據(jù)地層響應(yīng)調(diào)整測量方案。在電纜測壓取樣測井過程中,伸臂座封、增減壓降量、增加測壓次數(shù)、收臂解封等指令,均是由工程師根據(jù)數(shù)據(jù)質(zhì)量評估實(shí)時(shí)下達(dá);但隨鉆測壓取樣測井受限于隨鉆工具指令發(fā)送的時(shí)效性,無法照搬電纜測壓取樣測井的工作模式,而是針對地層類型定制測壓模式,通過鉆井液脈沖向井下工具下達(dá)測壓模式指令,工具接收到指令后自動完成所有測壓步驟。

FASTrak HD工具內(nèi)置的測壓模式以3種壓降控制類型為基礎(chǔ)(見表1),通過5種不同的組合方式形成5種測壓模式(見表2),工程師可預(yù)估地層物性選擇測壓模式,最大限度提高地層真實(shí)壓力的測得率。FASTrak HD工具收到測壓指令后,會自動完成該測壓模式流程:伸腿座封,執(zhí)行3次降壓—恢復(fù),自動解封并恢復(fù)至儀器測壓前的初始狀態(tài)。若需在該點(diǎn)復(fù)測,則再次下達(dá)測壓指令,工具將進(jìn)入下一個完整的測壓模式流程,直到取得可靠結(jié)果[4]。

表1 3種壓降控制類型

表2 5種測壓模式

2.2 流體識別

由于鉆井液對近井區(qū)的污染,流體取樣前需要通過泵抽清理地層的濾液污染[5]。借助貝克休斯公司隨鉆測壓取樣工具的智能座封系統(tǒng)(Smart Pad)以及智能泵抽系統(tǒng)(Intelligent Pump),泵抽過程中能夠自動調(diào)節(jié)探針座封壓力和泵速,降低探針失封和管線堵塞的風(fēng)險(xiǎn)[2,6]。流體分析模塊內(nèi)的探頭能夠?qū)崟r(shí)測量并上傳流體的各類參數(shù),判斷流體性質(zhì)。

泵抽時(shí)的折射系數(shù)、密度、黏度、聲速、壓縮系數(shù)和動態(tài)地層流度等數(shù)據(jù)通過鉆井液脈沖實(shí)時(shí)傳輸至地面,供工程師決策最終灌樣時(shí)間。各種探頭有其各自的適用性,如果其中一個或多個探頭的讀數(shù)均在該流體的預(yù)期范圍內(nèi),則可以初步判斷該類流體的存在。表3為各類流體的標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)值。

表3 各相流體標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)參數(shù)

折射系數(shù)即折射率,由于井下各類液體的折射率不同,根據(jù)其數(shù)值變化來鑒別液體類型。折光系數(shù)探測系統(tǒng)由藍(lán)寶石棱鏡、單色光源和感光探頭組成。光在通過棱鏡和流體接觸面時(shí),一部分光被反射,一部分光能夠穿透界面。被反射的光會被感光探頭接收并計(jì)算反射比,從而計(jì)算折射率。

運(yùn)動的好處很多，除了可以促進(jìn)身體的新陳代謝外，還可以適度地舒展肌膚，對預(yù)防肚中線有一定作用。所以，沒有特殊妊娠問題的孕媽媽不妨學(xué)習(xí)一些孕期體操，養(yǎng)成每天運(yùn)動的好習(xí)慣。

R=(1-nf/nl)2/(1+nf/nl)2

(1)

式中,R為光反射比;nf為流體的折射率;nl為棱鏡的折射率。

密度和黏度通過共振叉探頭測量。泵抽時(shí)共振叉探頭侵泡在流體中,在受交流電壓驅(qū)動共振時(shí),其軸向共振運(yùn)動會因流體附著產(chǎn)生2個應(yīng)力而衰減:法向應(yīng)力和切向應(yīng)力。法向應(yīng)力與流體密度成正比,代表了附加到叉臂上的附加質(zhì)量。切向應(yīng)力是由黏性流體中的撓性共振器產(chǎn)生的橫波引起的,它的大小與流體密度和流體黏度乘積的平方根成比例[7]。通過測得共振叉運(yùn)動衰減的規(guī)律,得到流體密度和黏度。

聲速通過超聲波換能器測量。超聲波從換能器發(fā)出,穿過泵抽流體到達(dá)測量遠(yuǎn)端并被反射回來,最終回到換能器。通過采集該傳播過程所用的時(shí)間,即可計(jì)算流體的聲速[8]。

壓縮系數(shù)通過牛頓-萊布尼茨公式,用聲速和密度計(jì)算得到。計(jì)算壓縮系數(shù)需要超聲波換能器和共振叉探頭均工作正常。當(dāng)流體中烴類增加或含氣時(shí),可壓縮性會明顯增加[8]。

FASTrak HD工具實(shí)時(shí)記錄活塞位置計(jì)算實(shí)時(shí)泵速;同時(shí)根據(jù)泵抽壓力和地層壓力計(jì)算泵抽壓差。根據(jù)流度計(jì)算公式,可以得到地層的實(shí)時(shí)流度(K/μ)。在地層滲透率變化不大的情況下,流度數(shù)據(jù)直接受到流體黏度的影響,即當(dāng)流體由低黏度鉆井液濾液變?yōu)楦唣ざ鹊貙佑蜁r(shí),流度會降低。故地層流度的變化也能判別泵抽流體變化。

(2)

式中,K為滲透率,mD;μ為流體黏度,cP;C為探針常數(shù)(基于探針類型選擇);q為實(shí)時(shí)泵速,mL/s;Δp為實(shí)時(shí)壓差,psi。

3 測前分析與施工設(shè)計(jì)

3.1 測前分析

該次測井的目標(biāo)為W-2井L-1層,計(jì)劃于215.9 mm井眼段鉆遇。儲層物性特征為高孔隙度低滲透率。為滿足地層鉆進(jìn)、井控安全,同時(shí)兼顧油氣層保護(hù)的需求,故選用的鉆井液密度較高,達(dá)1.45 g/mL。預(yù)測L-1層地層壓力系數(shù)為1.0,可估算該層地層壓力約為4 600 psi;鉆井液密度為1.45 g/mL,可估算L-1層的井內(nèi)環(huán)空壓力約為6 700 psi。由此可推算井筒內(nèi)壓差高達(dá)2 100 psi,鉆井液侵入較深,故地層可能存在超壓現(xiàn)象。

在施工設(shè)計(jì)時(shí),針對本井儲層流度低、侵入深的特點(diǎn),應(yīng)盡量提高地層壓力測得率,縮短泵抽取樣時(shí)間。

3.2 施工設(shè)計(jì)

在測量低滲透率地層的地層壓力時(shí),等待壓力恢復(fù)所需時(shí)間較長,且首次壓降的測壓值可信度低。為了盡可能在1個測壓周期內(nèi)測得地層壓力,選用綜合地層強(qiáng)制多次壓降模式對各點(diǎn)進(jìn)行測壓,并且將測壓時(shí)間設(shè)定為最長的20 min/測壓點(diǎn)。同時(shí)為了增加測壓取樣時(shí)的泵速,選用與井壁接觸面積最大的加長橢圓探針,盡可能縮短測壓的壓降時(shí)間和泵抽取樣時(shí)間,增加測得率,減小測井風(fēng)險(xiǎn)。

在選擇測壓點(diǎn)時(shí),工程師將根據(jù)隨鉆井徑數(shù)據(jù)以及常規(guī)測井的處理結(jié)果,選取目的層內(nèi)井徑最規(guī)則、物性最好的深度點(diǎn)進(jìn)行測壓,以保證座封的成功率和地層壓力的測得率。測壓完成后,再根據(jù)各測壓點(diǎn)的流度結(jié)果,結(jié)合地質(zhì)需求,選擇流度最高的深度點(diǎn)進(jìn)行泵抽。泵抽時(shí)綜合利用各類探頭實(shí)時(shí)判斷流體的含油純度,含油純度達(dá)80%以上,即可灌取地層樣品。

4 應(yīng)用效果分析

4.1 測壓

基于隨鉆測壓取樣工具FASTrak HD的應(yīng)用,使得地層浸泡時(shí)間較短,地層超壓現(xiàn)象不明顯。10個測壓點(diǎn),僅有2個點(diǎn)表現(xiàn)超壓現(xiàn)象,其他點(diǎn)均測得有效地層壓力,測壓點(diǎn)座封成功率達(dá)100%。結(jié)果顯示L-1層壓力系數(shù)在1.01～1.02,屬于正常壓力系統(tǒng);L-1層內(nèi)所有測試點(diǎn)流度均低于10 mD/cP,判斷屬于超低滲透率儲層。測壓數(shù)據(jù)見表4。

表4 W-2井FASTrak HD工具隨鉆測壓結(jié)果

4.2 取樣

L-1層49號層氣測顯示較好,電阻率值較高,測井常規(guī)解釋為油層,故計(jì)劃在該油層取樣。根據(jù)測壓結(jié)果和井徑數(shù)據(jù)綜合考慮,最終決定選擇在地層流度顯示相對較高(8.3 mD/cP)、且井徑規(guī)則的X X63.80 m深度點(diǎn)進(jìn)行泵抽取樣(見圖3)。

圖3 W-2井L-1層X X63.80 m綜合解釋圖

泵抽過程質(zhì)控圖見圖4。最右邊3道為FASTrak HD工具根據(jù)當(dāng)前參數(shù)智能預(yù)測的流體類別(藍(lán)色為水,綠色為油,紅色為氣,灰色為低概率存在,白色為不存在)。從圖4的第1道泵抽壓力(紅色曲線)可以看出,工程師分別在15 min、35 min和60 min,向儀器發(fā)出了提高泵速的指令,FASTrak HD工具通過增加壓差以提高泵速,故泵抽壓力階梯式降低,泵速從1 mL/s逐步增加至9 mL/s。泵抽初期實(shí)時(shí)流度一直保持在10～12 mD/cP,從105 min開始,實(shí)時(shí)流度逐漸下降,最終穩(wěn)定在4.4 mD/cP。故判定在這個過程中,泵抽液體由水逐步過渡到地層油。

圖4 W-2井L-1層X X63.80 m泵抽過程質(zhì)控圖

表5為各時(shí)間節(jié)點(diǎn)的泵抽參數(shù)變化和對應(yīng)的流體性質(zhì)判斷。最終在X X63.80 m深度點(diǎn)取樣2罐后,解封結(jié)束該點(diǎn)泵抽。

表5 W-2井L-1層X X63.80 m泵抽關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)及流體判斷

工具回到地面后,工程師卸下樣桶并進(jìn)行現(xiàn)場放樣測試。測試結(jié)果顯示,樣桶內(nèi)的地層油純度高達(dá)95%。相較于W-1井電纜取樣記錄(泵抽270 min,取得樣品純度為60%的地層油),取樣效率有了明顯提升。

5 結(jié) 論

(1)通過對井下實(shí)時(shí)測量的折射系數(shù)、密度、黏度、聲速、壓縮系數(shù)和動態(tài)地層流度等數(shù)據(jù)的分析,能夠指導(dǎo)地面工程師取得純度較高的地層油樣品。

(2)在低滲透率地層測壓取樣時(shí),應(yīng)選用較大流通面積的探針類型以提高壓降效率;測壓模式選擇綜合地層強(qiáng)制多次壓降模式,能夠提高地層真實(shí)壓力的測得率。

(3)隨鉆測壓取樣測井能夠縮短測前地層浸泡時(shí)間,降低鉆井液侵入,在提高地層壓力的測得率的同時(shí),也降低了清理地層所需時(shí)間,在更短的泵抽時(shí)間內(nèi)取得更高純度的樣品。同時(shí)隨鉆測壓取樣測井過程支持鉆井液循環(huán),有效降低了測井工具的黏卡風(fēng)險(xiǎn)。