EFDT在水基泥漿井取樣過程中的含油率分析方法

歐陽帥玉，馬俊全，劉世明 （中海油田服務股份有限公司油田技術事業部，天津 300459）

0 引言

EFDT儀器流體識別分析是利用油、氣、水及鉆井液的流體密度與電導率之間存在差異的特性，在流體取樣前通過泵排的方式，使地層流體實時流經密度與電導率傳感器探頭，并將傳感器測量數據通過處理實時反饋給工程師，從而判斷樣品性質、污染程度等，指導操作者選取合適的取樣時機。流體數據還可實時提供給客戶，作為油田開發的快速決策的依據[1-2]。

以渤海灣為例，其水基泥漿礦化度一般在幾萬到十幾萬不等，電導率數值一般在10～100 S/m，而地層原油電導率數值往往小于1 S/m，與水基泥漿電導率差異明顯，理論上可通過電導率數值有效區分流體性質。同時可根據鉆井液、地層流體密度的差異性，利用密度傳感器實時測量流體密度的變化，并與電導率數據相互驗證，從而判斷實時泵抽流體性質。

1 流體識別技術簡介

EFDT儀器目前主要通過獲取實時流體數據為流體密度與電導率，利用流體泵將地層流體持續抽入儀器內部；流體流經兩個傳感器后排入井筒內，通過監測傳感器數據的響應來判斷流體性質，從而幫助確定取樣時機[2,3]。

1.1 流體電導率傳感器測量原理

EFDT儀器電導率傳感器的主要功能為利用電磁感應原理，實時測量進入儀器管線內部流體的電導率數據，其探頭內部含一個發送線圈U1以及一個接收線圈U2。其中U1線圈與交替電壓接觸，通過的電解液將感應電流帶至U2線圈，在U2線圈產生感應電壓，而U2線圈產生的電壓與電解液的電導率成一定比例，通過換算即可得到電解液的電阻率。當儀器在井下時，通過線圈的電解液即為井下泵抽流體。當不同礦化度流體流經兩個感應線圈時會產生不同的電導率數據，根據其判斷出井下流體性質[1-3]。

1.2 流體密度測量原理

EFDT儀器的密度傳感器采用雙U型管式高溫高壓流體密度傳感器，該傳感器采用反饋諧振式方法進行測量，其原理為將U型管作為振子，依靠反饋環路維持罐子的諧振狀態，通過測量諧振周期獲得管子內介質密度，其基本原理來源于彈性力學懸臂梁震動理論中震動體諧振周期與其系統質量的關系[1-3]。簡單來說，當不同介質流經傳感器U型管路時，會改變管路震動頻率，管路的震動頻率與流體密度呈線性關系，利用已知密度的物質（一般為空氣與蒸餾水）對震動頻率進行標定，繁衍出頻率與流體密度的線性關系，在后期需要進行流體密度測量時調用這一關系，實現通過對震動頻率進行采集從而獲得流體密度。EFDT流體密度傳感器可實現0～2 g/mL測量范圍，測量精度為0.025 g/cm3，可滿足油氣井絕大多數流體測量要求。

2 混相流體識別難點

EFDT儀器通過探針坐封至井壁，利用橡膠packer將井筒泥漿與地層隔離，再通過流體泵不斷排除污染帶流體。在此過程中通過流體識別傳感器實時判斷流體性質，確定泵出流體滿足取樣需求時將樣品灌入取樣桶，從而實現地層原狀流體獲取。整個泵排過程中流動的液體通過電導率、密度傳感器，測控系統會通過250 ms/次的頻率采集當前流體數據，并實時上傳至地面的監控界面。測試過程中我們發現，當有油氣突破時，受重力影響以及由于油、水或鉆井液相容性差，參數曲線出現強烈波動；且隨著泵速與壓差的增加，混相程度明顯增大，曲線失真率升高，準確獲得準確的含油比例困難化。在極端情況下，甚至無法對泵排過程中無法進行含油比例趨勢變化、樣品實際含油率判斷[2-4]。目前保證樣品純度的方式只能增加泵排時間，造成鉆機時間浪費的，同時也限制了流體識別傳感器的實際作用。

以渤海灣A井的取樣為例。受流體混相程度高的影響，自油氣突破后電導率數據、密度數據跳躍嚴重，整個泵抽過程中始終無法準確量化樣品含油比例。通過流體識別傳感器曲線響應基本能夠識別出出油氣突破時機，但無法進一步量化油氣含量，無法提供數據證明當前泵出流體油氣含量是否符合實驗室分析需求，為取樣決策造成困擾。

3 利用數據分類得出混相流體含油率

EFDT儀器測控系統在獲取電導率、密度數據時采取的方式為每250 ms采集一個瞬時數據并上傳。從傳感器測量原理來看，我們可以將對持續流體的測量視為間斷性點測：假設流經兩個傳感器的流體由多個小段塞組成，根據油水分離特性，即使流體處在高度混相狀態；斷塞體積越小，其點測準確率越高。在系統采集分辨率固定在250 ms且傳感器流道體積固定的情況下，且每個段塞的長度僅和泵速有關。選取EFDT的平均泵速6 cm3/s進行計算，每秒流經電導率傳感器的流體體積約為6 mL；在以250 ms為一個采樣率的前提下，傳感器完成每次測量時大約流經1.5 mL流體流經，電導率探頭線圈間容積大約為0.2 mL，密度傳感器的測量體積約為3 mL，電導率傳感器測量數據精準度要明顯高于密度傳感器，但與流量體積對比，密度傳感器的覆蓋率要高于電導率傳感器。同時可以確定低泵速可以提升流體識別傳感器的測量覆蓋率，并利于斷塞流的形成。

以渤海油田為例，鉆井過程中主要以水基泥漿為主，礦化度較高，對應電導率數值較大；而地層中原油不含導電離子，對應電導率值較低，理論上對電導率與密度數據設定門檻值，將點測數據進行歸類統計，即可直觀地得到含油比例。同樣以A井樣品為例，根據區域地層流體特性將電導率門檻值設1 S/m，而1 S/m以下設為原油，密度為0.95 g/cm3（臨井參考值）。為便于可視化，將每30 s的120個測量數據進行堆積統計輸出，電導率、密度數據輸出結果能夠直觀地顯示流體含油比例。

從數據分析結果看，電導率與密度數據的輸出結果存在一定差異，這種差異主要與傳感器測量體積分辨率不同以及選擇門檻值不同有關，為確保數據的有效性可通過對電導率與密度數據進行疊加，疊加重區域即可被認為為純油部分。根據最終疊加結果輸出絕對含油比例結果（如圖1所示），該結果可用于判定當前泵出流體最低含油量。

圖1 疊加結果

示例井示例樣品化驗結果為：取得樣品450 mL，其中含油約100 mL，地層水約350 mL，實際含油量約22%；通過上圖輸出結果對取樣前10 min含油比例進行平均，得到含油比例為19.6%，絕對含油比例數值可靠。

4 結語

依據上述方式，分別對渤海油田不同區塊的多個樣品進行分析，其最低含油率的準確率可達到90%以上，影響因素主要與門檻值選擇、泵抽速度以及樣品乳化、含氣等樣品屬性相關。在依據臨近數據所給與的準確門檻值的情況下，通過降低泵抽速度，避免樣品發生乳化、控制壓降導致的樣品相變等操作，提升此方法的準確度。實際含油率誤差在上述條件控制較好的條件下可被控制在15%以內，為現場快速判斷混合流體含油量提供了可靠依據。目前此方法已成熟應用于渤海油田EFDT設備取樣過程中樣品含油體積計算。