地層測試器RDT原理分析與推廣實踐

劉英明

(中國石油集團長城鉆探測井公司　遼寧　盤錦　124010)

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地層測試器RDT原理分析與推廣實踐

劉英明

(中國石油集團長城鉆探測井公司遼寧盤錦124010)

摘要：通過對哈里伯頓地層測試器RDT工作原理的分析，介紹了儀器測壓取樣的操作原理及地質應用。通過實踐經驗的總結，介紹了RDT儀器操作的基本步驟，并提出了根據RDT測量結果分析地層流體的方法。

關鍵詞：地層測試器；地層壓力；取樣；流體分析

0引言

哈里伯頓地層測試器基于電纜式地層測試的工作原理，采用模塊化設計，通過模塊自由組合來實現地層壓力測量、地層流體分析和直接獲取地層流體樣品等功能，是目前業內比較前沿的科學技術。RDT儀器可以根據不同的地層條件和測試目的，選用不同的模塊組合，獲取精確的地層壓力數據和高質量的PVT樣品。RDT儀器的井下核磁共振流體分析模塊能夠在井底條件下對流體進行核磁分析，安全且簡便易行，為油藏評價提供寶貴的數據。

1RDT儀器模塊組成

RDT儀器共有七個不同模塊，七個模塊組合能夠實現不同的功能，比如完成測壓功能需要選取PTS/HPS/DPS/QGS等四個模塊；若需完成取樣功能，則需要增加FPS/MCS兩個模塊。RDT儀器內部有通用流體總線，能夠將流體輸送到任意模塊以完成相應功能。

1.1電源通訊模塊

電源通訊模塊為各模塊協調分配電源。RDT的七個模塊有獨立的流程控制系統，能夠自由組合和獨立運行。電源通訊模塊為各模塊提供一個通用的電源總線，整個儀器串共享一個通用的通訊總線。PTS須連接在所有模塊的頂部，以實現電源協調分配的功能。通訊總線與其他DITS儀器兼容，因此RDT儀器能夠與其他DITS儀器如HRAI、MRIL等同時下井。除PTS之外，其他模塊內部均有通用流體總線，將流體輸送到RDT儀器的任意模塊。

1.2液壓動力模塊

液壓動力模塊核心部件是一個電-液壓馬達，提供DPS極板推靠和預測室動作所需的液壓動力。HPS儀器頂部有能量隔離閥，僅在維修時關閉，處在開通狀態時，使能斷電自動收腿。HPS供電或下井前應確認液壓系統手動液壓閥(MV#2)關閉。地面設備檢查時，應模擬井下狀態為HPS施加外部氣壓，一般為80～120psi(1 psi=6.895 kPa).HPS能夠為最多2個DPS提供液壓動力。

1.3雙探針模塊

雙探針模塊是RDT儀器操作的核心模塊，它的主要構成部件有過渡電路、雙探針及推靠裝置、100 mL預測室、3個帶溫度補償的線性應變壓力計、實時電阻率測量單元等。每個探針上都有一個Shut In Valve能夠隔離探針與專用流體管線，實現探針選通功能和泡點測試功能[1]。探針入口的電阻率測量單元，能夠實時監測進入探針的流體電阻率，對流體進行初步的識別。

DPS儀器內部專用流體管線內徑較小，為避免圈閉氣體和管線腐蝕，應在下井前和出井后從QGS的注油孔注入DC200液壓油，直至液壓油從DPS的平衡閥和探針溢出，使液壓油充滿專用流體管線。

1.4石英壓力計模塊

石英壓力計模塊內部包含一個高精度石英壓力計測量單元，能夠精確測量專用流體管線或者通用流體總線內的管線壓力。測量地層壓力時通過雙探針導通地層沖洗帶與雙探針模塊內部的專用流體管線，通過電磁閥導通專用流體管線與石英壓力計測量單元，即可測量地層壓力。石英壓力計測量單元包括石英壓力計晶體、溫度傳感器晶體和參考晶體等3個晶體組成，長度5.6 cm，直徑1.69 cm。石英壓力計測量單元體積小，精度高，具有快速溫度補償功能，使得儀器的測量精度和測量時效大幅提高。

1.5流體控制和泵出模塊

流體控制和泵出模塊包含一個與HPS同樣型號的電-液壓馬達，該馬達為一個雙向活塞泵提供動力。在雙向活塞泵的進口和出口處，分別有兩個高分辨率線性應變壓力計，測量進口和出口處的流體壓力。FPS有兩種泵出單元，泵出壓力500 psi，最大泵出速率3.8 L/min或1.9 L/min，允許最大4 000 psi或8 000 psi的泥漿靜液柱壓力與地層壓力差。

1.6多取樣瓶模塊

多取樣瓶模塊包含3個1 000 mL取樣瓶，能夠對地層流體進行PVT取樣。儀器起出井口時即可摘下取樣瓶，進行高壓轉樣或者直接送往高壓物性實驗室進行流體分析。取樣瓶內的高壓樣品還可以使用高壓放樣節流管匯進行常規放樣。每個取樣瓶與通用流體總線連接處都有一個馬達閥，用以控制取樣操作，在多取樣瓶模塊上有一個排出閥，用以連通通用流體總線與泥漿，并排出受污染的地層流體，四個馬達閥使用AC2驅動。

1.7井下核磁共振流體分析模塊

井下核磁共振流體分析模塊能夠連接在FPS與MCS之間，分析地層流體的性質。通過核磁共振回波分析，測量流體的極化特性和弛豫特性，進而確定流體T1/T2譜，通過差譜和移譜分析，確定流體類型和流體性質，包括含氫指數，流體電容，粘度系數，擴散系數等[2]。若核磁共振流體分析能夠滿足基本要求，樣品可以不必取出井外。若需進一步確定流體其他性質，該儀器提供的參數可以作為樣品收集純度的重要指征。

2儀器操作基本原理

2.1先進的數字測控實時反饋系統

數字測控實時反饋系統利用32位浮點數字信號處理器、高分辨率數據采集電子器件和傳感器激發電源放大裝置，是FPS/DPS的核心控制系統。該系統能夠自動補償由井底溫度、電子器件精度、部件磨損等因素帶來的液壓系統誤差。系統每4.8 ms測量一次預測室活塞移動速度和取樣泵活塞移動速度，并換算成立方厘米每秒，與地面控制命令進行對比，如果兩個數值存在差別，系統將自動使用比例-積分-微分控制法則進行運算，得出新的控制命令并下傳執行，保證取樣速率的精確。它成功地將流體部分的操作可視化，將操作界面人性化，使操作者能夠實時監測儀器在井下的工作狀態。儀器可以通過不同的模塊組合以適應不同的井下參數或達到不同的測量目的，通過更改儀器通訊地址，DPS/QGS/FPS/MCS等四個模塊均允許兩個相同模塊同時連接和下井。

2.2零震擊模式操作原則

零震擊模式指的是對RDT儀器的密封閥進行操作時，應盡可能保持兩側壓力一致，然后再進行密封閥操作。各密封閥打開前，應保證兩側壓力小于1 500 psi，否則將破壞該閥門的密封系統；MCS取樣瓶閥要求開閥前兩側壓力小于500 psi。

例如：當通用流體總線壓力大于泥漿靜液柱壓力1 000 psi時，應先打開排出閥泄壓，直至兩者壓力差小于500 psi時打開取樣瓶閥進行取樣；當通用流體總線壓力大于泥漿靜液柱壓力1 500 psi及以上時，可以打開一個不用的取樣瓶閥(該取樣瓶閥密封將被損壞，本次下井無法取樣)，直至壓力差小于500 psi時進行取樣。

3RDT儀器基本操作

3.1測壓操作

測壓操作的控制參數有活塞移動方向、預測體積、預測速率、壓力上限、壓力下限。例如：測壓坐封后抽吸時活塞移動方向為OPEN，測壓完成收回極板后將活塞全部推回，活塞移動方向為Maximum Close。每次測壓操作都允許多次預測，每次預測抽取體積應小于預測室未抽取體積，預測室總體積100 mL；預測速率允許最小值0.1 mL/s，允許最大值15 mL/s；壓力上、下限是為保護液壓泵而采取的保護措施，當超出此上、下限規定范圍時，活塞將自動停止運動。測壓操作時，數字測控實時反饋系統將顯示預測體積和預測速率,如圖1所示，使操作者能夠及時判斷儀器的工作狀態。

圖1　RDT儀器地層壓力測試操作

3.2取樣操作

取樣操作的控制參數有泵抽方向、泵抽速率、泵出壓力上限、泵入壓力下限。取樣時泵抽方向有PUMP UP/PUMP DOWN，決定于儀器連接方式和流體在FLOW LINE中的運行方向；泵抽速率允許最小值1 mL/s，允許最大值63 mL/s；泵出壓力上限和泵入壓力下限是保護液壓泵的參數，泵出壓力上限應設置為靜液柱壓力加1 000 psi，泵入壓力下限應設置為地層壓力減1 000 psi，以滿足異常情況下排出閥和流體管線閥的零震擊模式操作要求。取樣作業時，數字測控實時反饋系統將顯示取樣泵的泵抽速率，操作者須隨時關注泵出壓力和泵入壓力的變化。儀器取樣操作界面如圖2所示。

圖2　RDT儀器取樣操作

3.3儀器操作注意事項

1)RDT輔電AC3由加利福尼亞電源提供60 Hz&600 VAC交流電，為HPS/FPS電-液壓馬達供電。操作時可選自動加電或手動供電，自動供電時在參數設置中輸入電纜分壓補償后的HPS/FPS供電電壓。馬達最大轉速3 460 r/min，供電電流約2.5 A。

2)HPS/FPS電-液壓馬達僅在使用液壓動力時打開，不使用液壓動力時應將馬達關閉。HPS電-液壓馬達負責極板推靠、預測室動作、開關DPS閥等操作時所需的液壓動力；FPS電-液壓馬達負責泵抽所需的液壓動力。HPS/FPS馬達不能同時工作。

3)通用流體總線管線內體積約為1 200 mL，即泵抽1 200 mL之后，DPS處檢測到的流體才會到達取樣瓶位置，供取樣瓶收集。

4)FPS泵出流體壓力應大于泥漿靜液柱壓力，否則系統判定泵出流體無法推動取樣瓶活塞，顯示取樣流體無法進入取樣瓶。當泵出流體壓力與泥漿靜液柱壓力差別較小時，可能會因線性應變壓力計精度問題，顯示取樣流體未進入取樣瓶。該問題能夠通過線性應變壓力計的補償參數進行校正。

5)使用測壓數據能夠在測壓過程中判斷儀器可能的粘卡情況。當泥漿壓力梯度<地層壓力梯度+0.1時，不易發生粘卡；當泥漿壓力梯度>地層壓力梯度+0.4時，極易發生粘卡。

4RDT儀器應用舉例

使用RDT儀器對某區塊某井進行了電纜地層壓力測試，并采取了地層流體PVT樣品。如圖3所示，左側為地層壓力與泥漿靜液柱壓力，右側為常規測井資料及計算所得的地層流度。

從測壓資料各點回歸得到的斜率計算得到Group1所在地層壓力梯度為1.442 psi/m，Group2所在地層壓力梯度為1.184 psi/m，計算得到Group1段地層流體密度為1.014 g/mL，Group2段地層流體密度為0.833 g/mL，泥漿密度為1.05 g/mL.對照表1分析不難得出Group1段地層為水層，Group2段地層為輕質油層，油水界面為3 642.80 m，該結果與常規測井資料解釋結果一致。甲方在油層段獲取了PVT樣品，為油井產狀分析和油藏動態分析提供了寶貴的依據。

圖3　RDT測井結果與常規測井資料對比

序號流體類型流體密度g/cm3地層壓力梯度kPa/mpsi/ftpsi/m1氣0.10～0.201.0～2.00.04～0.090.14～0.282含硫石油氣0.20～0.602.0～6.00.08～0.260.28～0.853凝析油0.20～0.552.0～5.50.08～0.240.28～0.784油0.68～0.856.8～8.50.29～0.370.96～1.215水0.95～1.059.4～10.20.41～0.451.35～1.496重油、瀝青0.98～1.109.6～10.80.42～0.471.39～1.567泥漿濾液1.00～2.0010.0～20.00.43～0.861.42～2.84

5結束語

哈里伯頓模塊化地層測試器RDT是業內比較前沿的測井技術，它的大容量預測室、多次預測功能，高精度測壓晶體，泵抽取樣功能，相比老一代測壓取樣儀器SFTT具有質的飛躍。目前在市場應用上，RDT取得了良好的效果，儀器測壓數據的高精度、多次預測及PVT取樣功能，得到客戶好評，其應用前景廣闊。

參 考 文 獻

[1] Halliburton.Reservoir Description Tool,Field Operation Manual[Z].April,2013.

[2] 朱坤，宋延拓，王俊武，等.模塊化地層測試器RDT工作原理及應用[J].國外測井技術,2013.33(5)：51-54.

[3] Halliburton.RDT Interpretation[Z].2011.

Principle Analysis and Application Practice of Modular Reservoir Description Tester

LIU Yingming

(Well Logging Company，Great Wall Drilling Engineering Co.Ltd.,CNPC,Panjin,Liaoning 124010,China)

Abstract：Through the principle analysis of Halliburton reservoir description tester (RDT),the operation principle and geological application for pressure test and sampling are introduced.Based on practical experience,the basic steps of the tool operation are introduced,the method for analyzing formation fluid according to the results of RDT measurement is put forward.

Key words：reservoir description tester;formation pressure;sampling;fluid analysis

第一作者簡介：劉英明，男，1983年生，工程師，2006年畢業于中國石油大學(華東)勘查技術與工程專業，現在中國石油長城鉆探測井公司從事測井資料采集、解釋等工作。E-mail:liuyingming.ots@gwoesc.com

中圖法分類號：TE353+.3

文獻標識碼：A

文章編號：2096-0077(2016)03-0058-04

(收稿日期：2015-12-19編輯：馬小芳)

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