隨鉆地層壓力測試在油氣田開發中的應用

蔣斌

摘要：隨著社會經濟的發展，我國對石油資源的需求不斷增加。無論是油氣田開發初期還是中后期，地層壓力測試數據是快速準確評估地層特性的重要指標及手段，對提高油田開發效果、評估油氣田動態具有十分重要的意義。本文通過對多個油氣田實際數據的分析表明，利用地層壓力數據分析流體系統、確定流體界面、識別流體類型、判斷儲層連通性、動用層位及地層滲流性等通常具有較好的效果，但在實際開發生產過程中，利用壓力數據還應結合測井解釋結果、油組劃分對比及儲層反演等資料進行綜合判斷，減少單一壓力數據分析帶來的不確定性，為合理開發油氣田，降低開發風險提供可靠的依據。

關鍵詞：地層壓力;流體系統;流體界面;連通性;滲流性

引言

地層壓力的事先未知性對鉆井作業帶來很大的風險：當井筒內的泥漿壓力高于地層壓力時會造成井漏，漏失嚴重時泥漿完全失返，導致鉆井作業無法進行，帶來經濟損失的同時，也污染了地層;當泥漿壓力低于地層壓力時，會發生井噴或溢流，引發安全事故，嚴重威脅工作人員生命和井場財產安全。由此可見，準確測量地層壓力并調整泥漿密度對保證鉆井作業的安全有重要的意義。

1 系統組成

地層壓力隨鉆測量原理樣機由測量短節、電源短節、信號傳輸模塊、地面信號處理模塊等部分組成。測量短節可測量地層壓力、環空壓力、管柱壓力、井底溫度等參數。測量數據通過信號傳輸模塊實時上傳地面，信號傳輸采用電磁波傳輸方式，數據傳輸速率高，滿足測量短節大容量數據傳輸要求。地面信號處理模塊接收電磁信號并分析處理，還原井下測量數據。電源短節采用高溫電池組向測量短節供電，與井下渦輪發電相比，可在停泵模式下測量地層壓力，井內壓力無波動，對地層壓力測量干擾小。原理樣機技術參數如下。（1）規格參數。儀器外徑為178mm，長度為10m。（2）測量參數。地層壓力、環空壓力、管柱壓力測量范圍為0～100MPa，測量精度為±0.1MPa;溫度傳感器測量范圍為-25～150℃，測量精度為±1℃。（3）工作參數。耐壓不小于100MPa;耐溫為125℃;抗扭不小于30kN·m，抗壓不小于100kN，抗拉不小于200kN。

2 地層壓力測試在油田開發中的應用

2.1流體系統分析

油、氣、水在油藏內按統一的氣油、油水或氣水界面存在時，說明在油氣藏形成過程中，這一儲層系統是相互連通的，稱為一個流體（油氣水）系統。同一流體系統內，不同深度進行測量得到的地層壓力數據呈線性關系，油、氣、水有各自的直線關系，且各儲集層的流體界面（交點）深度大體一致，反之，則屬于不同流體系統。以PL油田PL-1井為例，該井在5-9油組鉆遇油層并測量地層壓力數據。從壓力與深度剖面上看，6-8油組利用壓力數據回歸的油線與全區水線交點深度一致，5油組與6-8油組利用壓力數據回歸的油線與全區水線交點深度差距加大，且呈現不同的變化趨勢，表明6-8油組屬于同一流體系統，5油組與6-8油組屬于不同的流體系統。儲量計算中通常將已查明為統一油（氣）水界面的油（氣）水系統劃為一個計算單元，因此在儲量評價時要給予充分考慮。以B油田為例，該井在3個油組測量地層壓力數據。從壓力與深度剖面上看，不同油組利用壓力數據回歸的油線呈現不同的變化趨勢，表明各油組屬于不同的流體系統。

2.2液壓系統

為保證探頭密封效果與抽吸能力，對液壓系統輸出壓力有較高要求。以使用最少的液壓元件及管線，實現探頭推靠、抽吸流體等基本測量動作為目標設計了液壓系統，達到小體積輸出高壓力的目的。液壓系統主要由電機、微型液壓泵、微型溢流閥、微型電磁閥等部件組成。微型液壓系統在井下主要包含3個工序：①探頭推靠。儀器接收到地面下傳指令后啟動液壓系統，電機帶動液壓泵開始運轉，電磁閥6處于左位，電磁閥7打開，電磁閥5關閉，高壓油將探頭與推靠臂從儀器內推出，探頭與井壁形成密封。②抽吸流體。電磁閥7關閉，電磁閥5打開，高壓流體進入地層流體抽吸腔，推動抽吸活塞抽吸地層流體。電磁閥5可控制儀器多次抽吸地層流體。③探頭復位。地層壓力恢復平衡后，電磁閥6處于右位，電磁閥5和7打開，高壓流體進入探頭、推靠臂及抽吸活塞復位腔，地層流體經探頭排至環空，準備下一次測量。

2.3儲層連通性分析

原始條件下，處于同一個壓力系統中的各處壓力之間是平衡的。當油藏投入開發后，如果儲層連通，即屬于同一流體單元，隨著油井的不斷生產，地層壓力會出現不同程度的衰竭。因此，通過開發井壓力變化可直接反映儲層的連通性。以B油田為例，該油田主力層為厚度近80m的碳酸鹽巖，夾層不發育，射孔層段為油層上部。該段地層壓力測試數據顯示，縱向上，受上部射孔段生產的影響，油層段下部也出現明顯的壓力衰竭現象。此外，平面上不同時間隨鉆測壓數據出現的衰竭程度也不盡相同，表明儲層縱向和平面具有較好的連通性。以PL油田為例，該油田為主力層發育辮狀河沉積，河道快速頻繁改道使多個成因砂體在垂向和側向上相互對接，呈泛連通體分布。A03井是研究區最早投產的生產井，于2003年投產。相鄰D19、D20井分別于2008年4月和9月完鉆并進行地層壓力測試，且2003-2008年該區域無其他新井投產。壓力測試結果顯示兩口井在不同層位均呈現壓力衰竭現象，說明D19、D20井與A03井連通。

2.4電控系統

電控系統主要由電機控制板、數據采集板、電源及電源監測模塊等組成。電機控制板、數據采集板與信號傳輸模塊采用RS485通訊協議，信號傳輸模塊為主控節點，數據采集板和電機控制板為從節點。數據采集板和電機控制板之間采用CAN總線通訊，實現指令傳遞和數據交互。信號傳輸模塊負責下傳地面控制指令與上傳測量數據。電機控制板控制200W電機轉速及電磁閥開閉邏輯。數據采集板根據信號傳輸模塊中轉的地面下傳指令進行地層壓力等數據采集、存儲和管理，并向液壓系統發送啟動命令。數據采集板存儲容量為256M，滿足大量測量數據存儲要求。

2.5信號雙向傳輸模塊

信號雙向傳輸模塊由鉆桿天線、絕緣耦合組件、發射機、電源等部分組成。該模塊具有下發控制指令及上傳測量數據2種功能。通過開停泥漿泵形成的壓力波動組合，井下儀器檢測環空壓力與管柱壓力變化，將數據發送給信號傳輸模塊，經分析、計算形成控制指令，啟動測量短節。儀器測量的井下參數多，為更準確地描述地層壓力測試曲線，通過信號傳輸模塊上傳至地面的數據量較大。使用電磁波傳輸數據，最高速率可達到12bit/s，滿足大容量數據傳輸要求。

結束語

綜上所述，基于地層壓力測試資料可對流體系統、流體界面、流體類型、儲層連通性、斷層封堵性及地層滲流性等進行有效判斷。基于壓力資料的油氣水系統及流體分析應盡量與其他資料相結合，相互印證，形成最終的結論。由于受到巖性、儲層厚度、儲層物性、井筒條件、泥漿濾液及上覆壓力等條件的影響，地層壓力數據點的精確程度會受到干擾，因此測試前應合理設計測試點，同時在研究過程中排除不合格數據后再進行分析。

參考文獻：

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（作者單位：中海艾普油氣測試（天津）有限公司）