基于電纜地層取樣的氣藏流體定量判別新方法

2017-12-21 00:44:41劉海波王彥晚劉海涅王猛

長江大學學報(自科版) 2017年23期

劉海波，王彥晚,劉海涅，王猛

(中海油田服務股份有限公司油田技術事業部，河北燕郊 065201)

劉海波，王彥晚,劉海涅，王猛

(中海油田服務股份有限公司油田技術事業部，河北燕郊 065201)

勘探階段精確定量計算儲層流體性質的方法主要是鉆桿中途測試技術(DST)，但海上DST評價費用較高。為此，提出利用電纜地層取樣技術，將取到的地層流體樣品在地面條件下進行氣液分離，記錄氣體和液體樣品的體積；利用現場水樣分析技術，快速有效地確定液體樣品中的各離子濃度，判斷樣品中泥漿濾液與地層水的體積比例；根據體積系數計算模型，將氣體和地層水在常壓下的體積折算到地層條件下的體積，得到地層條件下的氣水比例，即定量地確定儲層的流體性質。該方法進一步量化了測井解釋結論，特別是氣水同層，得到了地層產水率等參數，有效指導了油田的勘探開發作業。

氣藏流體；定量判別；現場水分析技術；電纜取樣；產水率

儲層流體定量判別一直是現代測井、錄井技術的重點和難點，其解釋精度和準確度直接關系著油田的經濟效益，甚至是評價整個油氣藏是否具有開發價值的關鍵[1～4]。在勘探階段，精確定量計算儲層流體性質的方法主要是依靠鉆桿中途測試技術(DST)，但海上DST評價費用較高，每個層位都需要上千萬元。為此，筆者提出了一種在勘探測井階段以更經濟的手段獲得氣藏流體定量判別的新方法。該方法不僅適用于中高滲透性地層，也適用于低滲透地層，實效性高，不需要巨額的測試費用，目前在海上數十口井中得到了應用，為產能計算、儲量預測等提供了基礎參數，為勘探階段快速決策提供了依據。

1 電纜地層取樣技術及現場水分析技術

測井階段，地層流體樣品一般通過電纜地層取樣工具獲得，國內外最常用的幾種電纜地層測試器(如MDT、RCI、EFDT等)，其主要性能基本相同，都具有先排掉泥漿濾液再取樣的功能[5～8]。電纜地層取樣通過實時監測樣品的成分以及電阻率等參數來判斷樣品純度。根據《電纜式地層測試資料質量驗收規范》[9]的要求，當實時流體分析資料顯示地層流體特征相對穩定、且樣品純度較高時，進行地層流體取樣。取得的樣品通過現場水分析技術排除泥漿濾液的干擾，可以代表原狀地層中可動流體的產出。

(1)

式中：M為水樣中地層水的體積分數，%；ρ0為地區地層水中K+的質量濃度，mg/L；ρ1為泥漿濾液中K+的質量濃度，mg/L；ρ2為水樣中K+的質量濃度，mg/L。

地層水中K+的質量濃度取地區經驗值，一般來說地層水中K+的質量濃度相對較小，而泥漿濾液中卻很高，所以經驗值的選取對計算結果影響較小。

2 氣藏流體定量判別方法與流程

針對氣藏流體，電纜地層取樣技術取到的樣品在地面條件下進行氣液分離，記錄氣體與液體的體積，并分析氣體組成。利用現場水分析技術，快速有效地確定液體樣品中泥漿濾液與地層水的比例，得到地層水的體積。通過組分模型的狀態方程法和地層水體積系數模型，根據氣體組成、地層溫度、壓力，計算氣體的體積系數和地層水體積系數，將氣體與地層水折算到地層條件下的體積，得到在地層條件下的氣水比例，即定量確定儲層的流體性質，進而確定儲層的產水率。具體判別流程如圖1所示。

圖1 氣藏流體性質定量判別流程圖

2.1 天然氣和地層水體積系數模型

氣體體積系數(Bg)的計算實質可以歸結為氣體偏差系數的計算。狀態方程[12]已廣泛用于流體相平衡計算，由于立方型狀態方程(CEOS，cubic equation of state)形式簡單、計算速度快等特點，所以常用該方程計算氣體的偏差系數。該次研究采用精確度較高的立方型狀態方程(Peng-Robinson 狀態方程(PR EOS))計算氣體偏差系數：

(2)

式中：p為地層壓力，MPa；R為理想氣體常數，(MPa·m3)/(kmol·K)；T為地層溫度，K；v為摩爾體積，m3/mol；Tr為相對溫度(T與Tc之比)，1；Tc為臨界溫度，K；ω為偏心因子，1；pc為臨界壓力，MPa。

將式(2)的PR EOS方程用壓縮因子(Z)表示，形式如下：

(3)

研究區Bg的經驗公式為：

(4)

通過解式(3)中Z的三次方程，可以求出氣相的Z，再將Z代入式(4)，即可得到Bg。

2.2 地層水體積系數計算模型

地層水體積系數(Bw)為地層條件下相同質量水的體積(V1)與地面標準條件下所占體積(V2)之比[13],表示為：

(5)

研究區Bw的經驗公式為：

Bw=0.952-2.154×10-4p+10C

(6)

C=0.1336×(2.647×10-2T-1)-1.2676

3 應用實例

海上某油田A井是一口預探井，目的是落實所在凹陷的含油氣性，實現油氣勘探突破。圖2是該井目的層段的測井響應曲線綜合圖，可以看出，在3386.7～3391.5m井段，砂體特征明顯，物性較好，氣測值較高，但是隨著物性變好電阻率有下降趨勢。為了確定該井段的儲層流體性質，在電阻率較低的3388.05m處利用電纜地層測試儀進行測壓取樣，泵抽170min，抽出流體體積92.2L，采集所需樣品，樣筒體積為3785cm3，在地面條件(室溫23.5℃)下進行氣液分離，得到32ft3的天然氣樣品和320cm3的水樣樣品。利用現場氣相色譜分析得到天然氣組成(CO2體積分數5.06%，C1體積分數91.35%，C2體積分數1.69%，C3體積分數1.19%，iC4體積分數0.39%，nC4體積分數0.32%)。

圖2 A井目的層段測井響應曲線綜合圖

利用現場水分析技術對A井水樣樣品進行分析，分析結果如表1所示，可以看出，水樣樣品中泥漿濾液的混入比例為53%，計算出地層水體積為320×(1-0.53)=150.4mL，根據電纜測壓取樣，p為36.03MPa，T為392.15K(119℃)，計算得到Bw為1.049，則地層條件下地層水體積為150.4×1.049=157.7mL。對于氣體樣品，轉換到標準情況下體積為895441cm3，計算得到Bg為0.00385，則地層條件下氣體體積為895441×0.00385=3447mL。故該井段地層的產水率為:

低于5%。按照勘探試油工作規范[14]，該井段儲層流體性質可解釋為氣層。

表1 A井水樣樣品現場分析數據表

注：ρ(Na+)/ρ(K+)為鈉離子與鉀離子質量濃度之比。

海上油田B井是一口預探井，圖3是該井目的層段的測井響應曲線綜合圖。從圖3中可以看出，在3179.4～3213.8m井段，砂體特征明顯，物性較好，氣測值也較高，但隨著物性變好電阻率有下降趨勢。為了確定儲層流體性質，決定在電阻率較低的3200m處，利用電纜地層測試儀進行測壓取樣，泵抽372min，泵出流體體積127.7L，采集所需樣品，樣筒體積為3780cm3，在地面條件(室溫26.6℃)下進行氣液分離，得到2ft3的天然氣樣品和3380cm3的水樣樣品。利用現場氣相色譜分析得到天然氣組成(CO2體積分數2.45%，C1體積分數96.38%，C2體積分數1.00%，C3體積分數0.04%，iC4體積分數0.06%，nC4體積分數0.07%，iC5體積分數0.01%)。