一種定量判別儲層流體性質的新方法

2016-04-27 05:44:47劉海涅楊玉卿劉海波李揚申小虎中海油田服務股份有限公司北京101149

長江大學學報(自科版) 2016年5期

劉海涅，楊玉卿，劉海波，李揚，申小虎　(中海油田服務股份有限公司，北京 101149)

一種定量判別儲層流體性質的新方法

劉海涅，楊玉卿，劉海波，李揚，申小虎(中海油田服務股份有限公司，北京 101149)

[摘要]在錄井技術及常規測井難以有效確定儲層的流體性質時，基于電纜測壓取樣，在地面進行油水樣分離后，采用現場水分析技術和現場原油高溫高壓物性分析技術，可以快速有效地解決該難題。對于水樣，利用現場水分析技術可以確定其離子組成、總礦化度以及泥漿濾液與地層水的體積，再根據圖版法，可以計算出地層水在地層條件下的體積。對于油樣，利用現場原油高溫高壓分析技術，可以確定原油的黏度、體積系數等高壓物性參數，并計算出原油在地層條件下的體積。根據取樣在地層條件下原油與地層水的比例，即可定量地確定儲層的流體性質。該判別結果較目前測井解釋結論進一步定量化，且可有效確定儲層，特別是油水同層的含水比例或產水率，有效指導油田的勘探開發作業。

[關鍵詞]儲層流體性質；定量判別；現場水分析技術；電纜測壓取樣；原油高溫高壓物性分析

目前，儲層流體性質的判別方法有很多，比較常用的方法是通過錄井技術[1，2]、測井技術[3～6]來定性識別流體性質。通常情況下，在巖性相同、物性相似、孔隙結構相近的儲層中，可以根據電阻率的變化來判斷儲層是否含水。一般先找出一個標準水層，反算地層水電阻率，然后判斷儲層的流體性質。但由于儲層巖性的多樣化、孔隙結構的差異大，尤其是在油藏關系復雜、油(氣)水層測井響應分異小時，儲層流體性質的判別就有很多局限性和挑戰性，如油(氣)層中是否含水、含水多少、能夠產出多少水等難以定量計算，使測井解釋存在難以定論的問題。特別是對于油(氣)水同層或者含水油(氣)層，也只是一個定性的概念，究竟該類儲層含水多少無法定量，因此，目前的流體判斷方法對油田開發指導意義有限。但是，油(氣)水同層或者含水油(氣)層也可能具有很大的開發潛力[7,8]。在試油階段，根據勘探試油工作規范[9]，當儲層測試油水同出時，把含水率小于5%的產層定義為純油層，含水率5%～20%的產層定義為含水油層。顯然，通過試油可以對儲層流體性質的解釋更加細化，也能夠有效指導油田的后期開發作業。筆者基于電纜測壓取樣，在地面進行油水樣分離后，采用現場水分析技術和現場原油高溫高壓物性分析技術，力求實現在勘探階段，不僅能夠有效判別儲層的流體性質，而且要針對油層，定量計算出產水比例或產水率，盡可能節約昂貴的測試費用。

1方法原理

筆者提出的儲層流體性質定量判別方法主要依托電纜測壓取樣技術，通過現場水分析技術和現場原油高溫高壓物性分析技術，分別對油層電纜測壓取樣獲得的水樣和油樣進行快速分析，定量計算出油層，特別是油水同層的含水比例，為產能計算、儲量預測提供基礎參數。

1.1原油高溫高壓物性分析

現場原油高溫高壓物性分析技術主要是利用QUAD PVT儀器[12,13]，在海上作業現場，對電纜測壓取樣的油樣，快速進行黏度試驗、恒質膨脹試驗、單次脫氣試驗，然后根據試驗數據分析，獲得地層條件下原油的黏度、體積系數、體積收縮率、原油密度、單次脫氣氣油比、脫氣油密度參數、地層原油泡點壓力、Y函數、熱膨脹系數、壓縮系數等所有地層流體高壓物性數據，提高對油藏高壓物性描述的精度和速度，滿足海上油藏快速評價及勘探階段快速評價的要求。

該儀器由3套主要設備組成，包括原油PVT釜、自動氣體體積計量計、高壓毛細管黏度計。原油PVT釜體分為上、下2部分：上釜體積為100cm3，主要進行氣體(凝析氣)試驗，并與自動氣體體積計量計連接；下釜體積為30cm3，主要進行黑油試驗。2個釜體中間設有光纖探頭，探測原油中產生的氣泡，確定泡點壓力；下釜底端配有震動攪拌設備。該釜體獨特的設計，有效地減少了儀器占據的體積，使儀器在現場應用更加方便。該套原油PVT釜能夠完成原油樣品的恒質膨脹、原油脫氣等試驗，可獲得氣油比、泡點壓力、體積系數、壓縮系數、膨脹系數等PVT參數。高壓毛細管黏度計工作原理是基于Poiseuine定律：

(1)

式中：μ為油藏流體的黏度，Pa·s；r為管子半徑，m；L為管子長度，m；Δp為毛細管上、下壓力之間的壓差，Pa；Q為流量，m3/s；k為常數，m3。

1.2現場水分析技術

水樣一般為地層水和泥漿濾液的混合物，同時K+不易發生化學反應，樣品中K+的來源也只能為地層水或泥漿濾液，即混合樣品中K+質量濃度乘以樣品體積等于泥漿中K+質量濃度乘以泥漿濾液體積與地層水中K+質量濃度乘以地層水體積之和。

假設樣品體積為1，經過推導，樣品中泥漿濾液混入量的計算公式如下：

(2)

式中：M為樣品中泥漿濾液混入的比例，%；ρ2為樣品中K+的質量濃度，mg/L；ρ1為泥漿濾液中K+的質量濃度，mg/L；ρ0為地區地層水中K+的質量濃度，mg/L。

地層水中K+的質量濃度取地區經驗值，樣品中K+的質量濃度一般相對小很多，而泥漿濾液中卻很高，所以經驗值的選取對計算結果影響很小。

同樣經過推導，純地層水礦化度的計算公式如下：

(3)

式中：S0為純地層水總礦化度，mg/L；S2為地層取樣樣品總礦化度，mg/L；S1為泥漿濾液總礦化度，mg/L。

2分析流程

圖1　儲層流體性質定量判別流程圖

在上述分析的基礎上，根據現場水分析技術所確定的水樣中地層水的比例或體積，利用PVT設備分析出地層水的體積系數，計算出其在地層條件下的體積；同樣，對于油樣，根據現場原油高溫高壓分析所確定原油的體積系數，把地面條件下取得的油樣體積轉化為地層條件下的原油體積；最后，根據地層條件下油層中油與水的比例，可定量地確定儲層的流體性質，進而確定出儲層的產水率。儲層流體性質定量判別的思路及流程如圖1所示。

3應用實例

筆者提出的新技術在中國海域

應用后，對高溫高壓以及復雜巖性等油氣藏流體性質的識別發揮了重要作用。現以南海北部灣盆地的2口井為例來說明定量判別油層的方法。

A井為北部灣潿洲凹陷的第1口預探井，目的是落實該井所在構造濁積體的含油氣性、儲集物性及產能數據。利用現場水分析技術對水樣樣品進行分析，分析結果見表1。從表1中看出，水樣中泥漿濾液的混入比例為61.5%，計算出地層水體積為100×(1-61.5%)=38.5mL。根據電纜測壓取樣，地層壓力2714psi(1psi=6.895kPa)，地層溫度94.36℃，利用PVT儀器分析出地層水體積系數為1.03；根據地層水體積系數計算出地層條件下地層水體積為38.5×1.03=39.7mL。對于油樣，根據PVT樣品分析結果可知，原油體積系數約為1.50，計算出地層條件下原油體積為700×1.50=1050mL。

圖2是該井目的層段的測井響應曲線圖。

圖2　北部灣潿洲凹陷A井目的層段測井響應曲線圖

樣品名稱深度/m陰、陽離子的質量濃度/(mg·L-1)HCO-3Cl-SO2-4Na+NH+4K+Ca2+Mg2+樣品總礦化度/(mg·L-1)鈉鉀離子比值泥漿混入比例/%泥漿濾液45122746037951072731117901997849665510.60樣品51993.529726206813207689111311428439586871.1961.5

從圖2可以看出，在1992.3～1996.0m井段，泥質含量較低，孔隙度較好，氣測值較高；但隨著物性變好電阻率有下降趨勢，流體性質難以確定。為此，決定在電阻率較低的1993.5m處，利用RCI(reservoir characterization instrument)進行測壓取樣，泵抽197.8min，泵抽出流體體積42500.00mL，取得油樣體積700mL，水樣體積100mL，氣樣體積0.48ft3(1ft=0.3048m)。

根據上述樣品現場快速分析結果，最終計算出該儲層樣品在地層條件下含油1050mL，含水39.7mL，總體積為1089.7mL。由此可知，該儲層含水率為3.6%，低于5%，按照相關規范[7,10]，該儲層流體性質可解釋為油層，但油層電阻率下降與儲層含少量可動地層水有關。

B井為北部灣烏石凹陷的一口預探井，目的是落實烏石凹陷的含油氣性，爭取實現凹陷中淺層油氣勘探突破。利用現場水分析技術對水樣進行分析，分析結果見表2。從表2中看出，泥漿濾液混入比例3.9%，計算出水樣中地層水體積為330×(1-3.9%)=317.1mL。根據電纜測壓取樣地層壓力5065psi，地層溫度136.9℃，利用PVT設備分析出地層水體積系數為1.06，根據體積系數計算出地層條件下地層水體積317.1×1.06=336mL。根據油樣PVT樣品分析結果，體積系數1.50，計算出地層條件下原油體積100×1.50=150mL。最終計算出該層含水率30.1%，高于20%，按照相關規范[7,10]，該儲層流體性質可解釋為油水同層。

圖3是該井目的層段的測井響應曲線圖，可以看出，該井在3579.9～3582.4m井段，砂體特征明顯，物性較好，氣測值也有所上升，但是電阻率有下降趨勢。為確定儲層流體性質，決定在3580.2m處利用RCI進行測壓取樣，泵抽作業330min，泵抽出流體體積114000mL，獲得油樣體積100mL，水樣體積330mL，氣樣體積0.90ft3。