電纜地層流體取樣技術(shù)的改進及其在渤海油田的應(yīng)用

穆貴鵬，張國強，涂春趙，任宏，楊林朋

1.中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司（天津 300452）2.中海石油（中國）有限公司 天津分公司（天津 300459）

電纜地層測試中的流體取樣是儲層評價的一種最直接、最有效的評價手段[1]，有效地層流體樣品的獲取不僅能直接反映儲層的流體性質(zhì)，而且對測井解釋及區(qū)域評價起到至關(guān)重要的作用[2]。對于復(fù)雜儲層（稠油儲層、低孔滲儲層、裂縫型儲層等）取樣來說，可能長時間泵抽仍無法取純、取夠地層油氣樣品[3]，如何用相對較短的泵抽時間取得更多的有效油氣樣品，是目前復(fù)雜儲層取樣面臨的一個難題與挑戰(zhàn)。

1 復(fù)雜儲層電纜地層測試取樣難點

對于電纜地層測試作業(yè)來說，復(fù)雜儲層主要是指稠油儲層、低孔滲儲層、潛山儲層等，在這種類型的復(fù)雜儲層進行電纜地層測試取樣時，普遍存在2個作業(yè)難點：①傳統(tǒng)取樣地層流體很難取純，泵抽很長時間，泥漿濾液占比仍然會很高，取得的油氣量較少，不足以用來進行化驗分析；②基于渤海油田歷年電纜地層測試作業(yè)經(jīng)驗，取樣單點坐封時間越長，井下電纜和儀器的粘卡風(fēng)險會不斷增加，同時也會導(dǎo)致漏封等異常復(fù)雜情況[4]，降低作業(yè)成功率。

2 段塞流法取樣技術(shù)

2.1 油氣水“段塞流”形成機理

目前，渤海油田常用的電纜地層測試儀器均采用往復(fù)活塞泵（也稱雙向容積泵，如圖1所示）進行泵抽，大致可分為管線、活塞、泵缸、控制閥等[3]，控制閥可以控制雙向容積泵泵抽地層流體。

圖1 往復(fù)活塞泵結(jié)構(gòu)示意圖

泵抽取樣時需先泵排濾液，泵抽一段時間后濾液含量逐漸降低，地層里的油氣會進入活塞泵，根據(jù)油氣水垂直分異原理，泵內(nèi)流體會自動分異，油氣在上部、水在下部。往復(fù)活塞泵在上下走泵時，就會出現(xiàn)一段油氣、一段水的往復(fù)，形成油氣水“段塞流”現(xiàn)象。

2.2 創(chuàng)新儀器組合再現(xiàn)“段塞”現(xiàn)象

渤海油田傳統(tǒng)取樣儀器組合方式自上而下為：探針-密度-電導(dǎo)率-光譜-活塞泵-樣桶，也代表了井下流體的流動方向，該種組合方式進行取樣作業(yè)時地層流體在泵內(nèi)油氣水分異后直接進入樣桶，不經(jīng)過流體分析模塊，流體參數(shù)監(jiān)測上無“段塞流”現(xiàn)象。

取樣儀器是模塊化組合方式，電導(dǎo)率、活塞泵、探針、光譜等各個功能均為單獨模塊，互不干擾，儀器穩(wěn)定性好，掛接組合靈活度高，因此可以根據(jù)作業(yè)需要實現(xiàn)不同模塊的自由組合[5]。根據(jù)油氣水“段塞流”原理，當?shù)貙恿黧w泵出后首先經(jīng)過泵模塊實現(xiàn)油氣水垂直分異，再經(jīng)過光譜等分析模塊時流體參數(shù)監(jiān)測上顯現(xiàn)“段塞流”特征，并且由于油氣水垂直分異原理，地層流體自下而上泵抽會比自上而下泵抽的“段塞流”特征更加明顯。基于以上分析，形成創(chuàng)新儀器組合（圖2），使地層流體流動過程變成探針-活塞泵-光譜-電導(dǎo)率-密度-樣桶，地層流體向上泵抽后在泵內(nèi)產(chǎn)生油氣水分離就會在流體監(jiān)測參數(shù)上有體現(xiàn)，流體參數(shù)監(jiān)測上出現(xiàn)“段塞流”特征（圖3）。

圖2 取樣儀器組合改進前后對比

圖3 取樣儀器改進后地層流體光譜段塞現(xiàn)象

2.3 段塞流法取樣決策機制

對“段塞流”特征進行精細化、標準化處理，通過取樣作業(yè)流程定位配合相應(yīng)計算公式，搭建新的取樣決策機制（圖4），具體執(zhí)行過程如下。

圖4 段塞流取樣法標準化取樣流程示意圖

1）根據(jù)所選用的儀器確定流體分析模塊至樣桶的管線體積V。

2）開始泵抽后，根據(jù)實時的油氣水“段塞”量估算油氣的純度，結(jié)合油氣占比及時決策是否可以灌樣。

式中：Q為油氣占比；T1為油氣段塞時長，s；T2為一回合走泵時長，s。

3）計算地層流體從流體識別模塊到樣桶所需要的時間。

式中：T為流體從識別模塊到樣桶的管線流動所需要時間，s；V為流體識別模塊至樣桶的管線體積，mL；Sp為泵速，mL/s。

4）油氣“段塞”出現(xiàn)后開始計時，經(jīng)過式（2）計算的流體從識別模塊到樣桶的管線流動時間后，打開樣桶進行灌樣。

5）根據(jù)油氣“段塞”的持續(xù)時間關(guān)閉樣桶。

6）重復(fù)前面的過程，直到樣桶灌滿，至此該點取樣作業(yè)結(jié)束。

3 應(yīng)用實例

該技術(shù)在渤中19-6-A/B井和旅大25-1-A井進行了成功應(yīng)用。3口井在太古界潛山花崗巖儲層和古生界潛山安山巖儲層成功取得常規(guī)流體樣品及高壓物性樣品（PVT）。以渤海油田渤中19-6-B井潛山裂縫儲層成功取樣為例：本井設(shè)計的取樣點5188.8 m為太古界花崗巖潛山，從電成像曲線上看5188.8 m裂縫發(fā)育，屬于潛山裂縫儲層（圖5）。該點取樣目的為驗證流體性質(zhì)，并取得化驗所需的足夠油氣樣。

圖5 渤中19-6-B井取樣位置測井曲線圖

儀器坐封泵抽81min后出現(xiàn)油氣突破跡象，泵抽至83min后從光譜油氣水段塞來看（圖6），段塞上含水量很高，占比在80%左右，泵速為1.3 mL/s，管線體積為175mL，因此可計算出流體由光譜模塊到達樣桶的時間為134s，油段塞在光譜上顯示的時間為40s，從在光譜上見到油段塞開始時間算起，134s后打開取樣桶，174s時關(guān)閉樣桶，重復(fù)以上過程直到取樣桶灌滿為止。通過該方法取樣作業(yè)取得氣量420mL，油量540mL，濾液量720mL和一個PVT樣品，油氣占比達到了57%，取得的油樣量完全滿足化驗室需求，達到了取樣目的。與渤中19-6-A井傳統(tǒng)工具串取樣作業(yè)相比節(jié)約泵抽時間2h，有效提高了作業(yè)效率。

圖6 取樣流體參數(shù)變化圖

4 結(jié)論

相較于國內(nèi)外復(fù)雜儲層取樣質(zhì)效提升方法的探索主要集中在探針類型選擇、泵抽參數(shù)控制等方面，段塞流法取樣技術(shù)以取樣過程中流體參數(shù)識別及灌樣時機把控為突破口，結(jié)合電纜測試儀器往復(fù)活塞泵的結(jié)構(gòu)特點，分析提煉出油氣水“段塞流”現(xiàn)象的形成機理并加以創(chuàng)新應(yīng)用。該技術(shù)可切實增加樣品純度，有效降低泵抽時間，提高復(fù)雜儲層取樣成功率，同時可減少遇卡打撈風(fēng)險和復(fù)雜情況的出現(xiàn)，是現(xiàn)場電纜地層流體取樣作業(yè)的一種新思路。