東海西湖凹陷低孔低滲儲層電纜取樣方法創新與應用＊

張國棟施榮富王 聃王 猛

（1.中海石油（中國）有限公司上海分公司 上海 200030； 2.斯倫貝謝中國海洋服務公司 北京 100015；3.中海油田服務股份有限公司 河北三河 065201）

東海西湖凹陷低孔低滲儲層電纜取樣方法創新與應用＊

張國棟1施榮富1王 聃2王 猛3

（1.中海石油（中國）有限公司上海分公司 上海 200030； 2.斯倫貝謝中國海洋服務公司 北京 100015；3.中海油田服務股份有限公司 河北三河 065201）

東海盆地西湖凹陷低孔低滲儲層含氣性評價一直是困擾該區勘探突破的難點。針對傳統電纜取樣對于低孔低滲儲層存在波及到的地層范圍小，泵抽效果差，容易造成失封，難以形成巨大壓差使地層流體突破毛細管壓力束縛從而無法泵抽到真正的地層流體等問題，提出了一種新的適用于低孔低滲儲層的電纜取樣方法。該方法采用了泵抽＋氣墊法聯合作業模式，先是用泵抽盡可能地清理鉆井液濾液，然后用氣墊法開瓶取樣，充分利用氣墊法造成的高壓差實現地層流體的有效流動，從而獲取到地層流體樣品。該項技術在西湖凹陷低孔低滲儲層的應用取得了顯著的效果，實現了對低孔低滲氣層取樣的突破，對稠油儲層和低滲油層取樣也有很好的借鑒作用。

低孔低滲儲層；電纜取樣；泵抽＋氣墊法；西湖凹陷；東海盆地

西湖凹陷是東海陸架盆地新生代含油氣凹陷［1］，是天然氣勘探的重點區域，目的層主要集中在始新統平湖組和漸新統花港組，儲集層巖性主要為長石或巖屑砂巖［2］。隨著勘探的不斷深入，低孔低滲儲層逐漸成為該區的重點勘探目標［3－4］。西湖凹陷低孔低滲儲層多位于3 500 m以下，孔隙度小于12%，滲透率小于3 mD，其中大部分孔隙度在10%以下，滲透率不足1 mD，4 000 m以下部分儲層滲透率不足0.1 mD。當常規測井和錄井資料難以判斷儲層含氣性時，通過電纜取樣手段直接進行儲層含氣性評價便成為該區勘探評價的主要手段之一。

1 低孔低滲儲層電纜取樣存在的難題

低孔低滲儲層有2個特點：①儲層致密，毛細管壓力大，泵抽所需啟動壓力大；②單位面積泄流量小，難以達到最小泵速要求，需要增大坐封面積。西湖凹陷低孔低滲儲層電纜取樣先后采用過多種MDT探針模塊，如超大探針、橢圓探針和雙封隔器［5］，但效果均不理想。本文以DX－8井傳統電纜取樣作業為例，分析其取樣失利原因。DX－8井是2014年西湖凹陷重要探井之一，井深4 800 m，3 800 m以下全部為低滲氣層；實施泵抽的儲層段埋深為4 195～4 260 m，平均孔隙度8.4%，泵抽點深度4 234.8 m，實測流度0.24 mD/（mPa·s），屬于典型的低滲氣層，因此采用斯倫貝謝公司最新研制的取樣模塊——速星封隔器進行了取樣作業。該封隔器具有以下特點：4個濾網對稱分布，總過流面積為201.78 cm×10.16 cm；坐封后直接泵抽地層流體，無須費時排替鉆井液，泵效是超大探針的3倍以上；耐壓差較大，最大為55.16 MPa；解封容易，安全可靠。

該井共泵抽6 h，泵出地層流體38 L，井下流體實驗室和取樣分析均證實取樣流體為鉆井液濾液，也就是說長達6 h的泵抽未能取到真正的地層流體。分析其原因：①泵抽方式所提供的壓差有限，達不到地層流體的突破壓力；②由于地層供液能力差，隨著泵抽的進行，流動壓力差會逐漸增大，本次作業中因多次達到電泵的耐壓極限而停泵（圖1），嚴重影響了泵抽效果，可見電泵有限的耐壓差是影響獲得地層流體的關鍵因素。

由此可知，目前的MDT泵抽模塊難以提供足夠的壓差以使地層流體突破毛細管束縛壓力，泵抽過程中的間歇性停泵雖然可以在一定程度上清理近井筒附近（沖洗帶）的流體，但無法有效抽提出原始地層流體，所以需要尋找一種能夠提供瞬時巨大壓差的取樣方式來解決低滲儲層的取樣難題。

2 泵抽＋氣墊法取樣方式的提出

氣墊法是在地面向常規樣瓶中注入一定壓力（約0.69 MPa）的氣體，在取樣點坐封后迅速打開電磁閥開關，利用地層與樣瓶之間瞬時的巨大壓差使地層流體直接流入樣瓶，完成取樣作業［6］。由于該方法不能保壓和主動清理濾液，且振動大容易損傷儀器，后被泵抽取樣方式取代［7－8］。泵抽法振動小，保壓效果好，能夠獲取合格的PVT樣品，但是受電泵限制，耐壓差有限。針對西湖凹陷低孔低滲儲層取樣難點，結合氣墊法和泵抽法兩者的優點，筆者提出了一種新的取樣方式——泵抽＋氣墊法：先使用高壓泵盡可能地清除一部分鉆井液濾液，待達到泵的耐壓極限或多次泵抽后地層壓力恢復十分緩慢時，停泵等待壓力恢復（壓力恢復也是地層原始流體逐漸向井筒推進的一個過程）；待壓力恢復到一定程度，瞬間打開常規氣瓶的電磁閥門，由于氣瓶中只有0.69 MPa的壓力，與地層間形成了巨大的壓力差，足以使地層流體瞬間突破毛細管束縛壓力，另外也可能使地層產生微裂隙，增加儲層的流動能力，使更多的地層原始流體進入到氣瓶中。

需要指出的是，要實現氣墊法取樣，就必須改進MDT模塊的組合設計：一是將常規樣筒下移，置于泵的下方；二是在探針和常規樣筒之間加入一個流體識別儀模塊或井下流體實驗室，以在氣墊取樣過程中能夠實時觀察流體性質；三是取樣前樣瓶中氣體壓力不宜過大，最好在0.69 MPa左右。改進后的MDT氣墊法取樣組合模式與MDT常規取樣組合模式對比如圖2所示。

圖2 MDT氣墊法取樣組合模式與MDT常規取樣組合模式對比圖Fig.2 Comparison between MDT air cushion and MDT conventional combined sampling methods

3 現場應用效果

泵抽＋氣墊法已在東海西湖凹陷探井中成功應用了2個井次，效果十分明顯，大大拓展了MDT模塊的取樣下限。

3.1 實例一：DB－17－2井

DB－17－2井儲層發育段深度為4 274.5～4 503.9 m，儲層物性較差，平均孔隙度5.2%，屬于典型的近致密儲層。該井泵抽點深度為4 374 m，測壓數據顯示該取樣點巖性十分致密（圖3）。本次取樣采用了泵抽＋氣墊聯合取樣方式，其具體儀器組合是速星封隔器＋大探針＋超高壓泵＋井下流體實驗室＋常規樣筒（氣墊模式）。

該井此次取樣作業共耗時400 min，可分為3個階段（圖4）。

1）0～245 min為泵抽階段。該階段由于地層滲透率過低，只能間歇性開泵，即開泵1～2 min便要停泵等待壓力恢復，恢復一定時間后再次開泵，這樣反復進行，直至電泵達到工作極限停泵。等待20 min后地層壓力有所恢復，嘗試進行PVT取樣，但是電泵已經無法正常工作。

圖3 西湖凹陷DB－17－2井泵抽＋氣墊聯合作業法測壓壓力恢復曲線（泵抽點深度4 374 m）Fig.3 Pressure build－up curve measured with pumping out＋air cushion in DB－17－2well，Xihu sag（depth on 4 374 m）

圖4 西湖凹陷DB－17－2井泵抽＋氣墊聯合作業法取樣階段示意圖（泵抽點深度4 374 m）Fig.4 Sampling illustration operated with pumping out＋air cushion in DB－17－2well，Xihu sag（depth on 4 374 m）

2）245～285 min為第二階段。該階段主要是停泵等待地層壓力恢復，但壓力恢復較慢，等待40 min壓力恢復上升不足1.379 MPa。

3）第三階段是開閥門取樣。瞬時打開閥門后，壓力迅速下降至1.379 MPa左右，隨后壓力緩慢上升，等待70 min后關閉閥門，上提儀器，但壓力上升不足0.689 5 MPa，說明地層極其致密。取樣結果顯示，通過泵抽取樣獲得的PVT樣筒里僅有65 cm3的濾液，并沒有取到任何地層流體；而通過氣墊法取樣獲得的常規樣筒中大約有360 cm3濾液和450 cm3的天然氣，天然氣中CH4占75.0%，C2H6占17.5%。這說明泵抽＋氣墊聯合作業法在該井取到了真實的地層流體，證實了儲層的含氣性。

3.2 實例二：DB－1－4井

DB－1－4井儲層發育段深度為3 542～3 833 m，平均孔隙度8.0%，泵抽點深度為3 570 m，實測流度0.17 mD/（mPa·s），實測壓力恢復曲線如圖5所示。本次取樣的MDT模塊組合是超大探針＋流體識別儀＋井下流體實驗室＋常規樣筒＋PVT樣筒＋高壓泵，共用時150 min，其流體識別結果如圖6所示。其中，在0～60 min階段通過間歇性泵抽盡量清理濾液，雖已見到極少量天然氣顯示，但泵效不斷下降，位于儀器上端的井下流體實驗室看不到流體顯示；隨后停泵等待地層壓力恢復，等待約20 min后地層壓力緩慢上升至20.58 MPa左右，估算已經接近地層靜液柱壓力，然后迅速打開常規樣瓶閥門，壓力迅速下降至1.379 MPa，隨著流體不斷進入樣筒，壓力逐漸升高，但由于地層非常致密，流體流動速度非常慢，等待60 min后壓力恢復到3.447 5 MPa左右。地面測量發現，常規樣筒中獲得了1 200 mL的鉆井液濾液和365 mL的天然氣體，再一次證實了泵抽＋氣墊聯合作業法在低孔低滲儲層取樣中的有效性。

圖5 西湖凹陷DB－1－4井泵抽＋氣墊聯合作業法測壓壓力恢復曲線（泵抽點深度3 570 m）Fig.5 Pressure build－up curve measured with pumping out＋air cushion in DB－1－4well，Xihu sag（depth on 3 570 m）

圖6 西湖凹陷DB－1－4井泵抽＋氣墊聯合作業法取樣流體識別結果（泵抽點深度3 570 m）Fig.6 Fluid identification result operated with pumping out＋air cushion in DB－1－4well，Xihu sag（depth on 3 570 m）

4 結束語

現場應用效果表明，本文提出的泵抽＋氣墊法取樣方式對于西湖凹陷低孔低滲氣層具有顯著優勢，這是因為泵抽法可以在一定程度上清理部分近井筒的鉆井液濾液，而氣墊法可以瞬間形成巨大壓差，使地層流體能夠突破毛細管束縛壓力流入取樣瓶，從而完成取樣作業。另外，泵抽＋氣墊法取樣作業在儀器組合上可以有多種選擇。如果流度在0.1 mD/（mPa·s）以上，可以選擇超大探針和氣墊組合；如果地層非常致密，流度在0.1 mD/（mPa·s）以下，最好選擇速星封隔器和氣墊組合。泵抽＋氣墊法聯合作業模式對稠油儲層和低滲油層取樣也有很好的借鑒作用。

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An innovative and effective way for cable sampling in ultra－tight reservoirs in Xihu sag，East China Sea

Zhang Guodong1Shi Rongfu1Wang Dan2Wang Meng3
（1.Shanghai Branch of CNOOC Ltd.，Shanghai 200030，China；2.Schlumberger China Offshore Services S.A.，Beijing100015，China；3.COSL，Sanhe，Hebei 065201，China）

In Xihu sag of East China Sea basin，evaluation of gas reservoirs with low porosity and low permeability has been difficulties and any breakthrough in exploration in this area has been hindered.In view of the small affected range，the poor pumping effect，the potential loss of sealing，the difficulty in generating huge pressure drop，the difficulty with which formation fluid overcomes the bonding of capillary pressure，the incapability to pump out the true formation fluids and so on with traditional cable sampling in low porosity and low permeability reservoirs，a new cable sampling method which is applicable to low porosity and low permeability reservoirs has been proposed.This approach combines the pumping－out and air－cushion operation modes；as much mud filtrate as possible is first pumped out to clean the formations，and then the cushion method is used to open a sampling chamber，which brings high differential pressure between formation and the chamber，so as to force formation fluids to flow toward the chamber and get a representative sample.This new method has been successfully applied and is a significant breakthrough in low porosity and low permeability reservoirs in Xihu sag.It is also a very good reference for heavy oil and low permeability oil reservoir sampling.

low porosity and low permeability reservoir；cable sampling；pumping－out and air－cushion；Xihu sag；East China Sea basin

TE527＋2

A

2014－06－16改回日期：2014－12－18

（編輯：張喜林）

張國棟，施榮富，王聃，等.東海西湖凹陷低孔低滲儲層電纜取樣方法創新與應用［J］.中國海上油氣，2015，27（2）：39－43.

Zhang Guodong，Shi Rongfu，Wang Dan，et al.An innovative and effective way for cable sampling in ultra－tight reservoirs in Xihu sag，East China Sea［J］.China Offshore Oil and Gas，2015，27（2）：39－43.

1673－1506（2015）02－0039－05

10.11935/j.issn.1673－1506.2015.02.006

＊中國海洋石油總公司“十二五”科技重大專項“東海低孔低滲氣藏勘探開發關鍵技術研究與實踐（編號：CNOOC－KJ 125 ZDXM07 LTD 04 SH2011）”部分研究成果。

張國棟，男，工程師，從事測井研究與管理工作。E－mail：zhanggd4＠cnooc.com.cn。