電纜地層流體取樣技術(shù)的改進(jìn)及其在渤海油田的應(yīng)用

穆貴鵬，張國(guó)強(qiáng)，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(guó)）有限公司 天津分公司（天津 300459）

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

1 復(fù)雜儲(chǔ)層電纜地層測(cè)試取樣難點(diǎn)

對(duì)于電纜地層測(cè)試作業(yè)來說，復(fù)雜儲(chǔ)層主要是指稠油儲(chǔ)層、低孔滲儲(chǔ)層、潛山儲(chǔ)層等，在這種類型的復(fù)雜儲(chǔ)層進(jìn)行電纜地層測(cè)試取樣時(shí)，普遍存在2個(gè)作業(yè)難點(diǎn)：①傳統(tǒng)取樣地層流體很難取純，泵抽很長(zhǎng)時(shí)間，泥漿濾液占比仍然會(huì)很高，取得的油氣量較少，不足以用來進(jìn)行化驗(yàn)分析；②基于渤海油田歷年電纜地層測(cè)試作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，取樣單點(diǎn)坐封時(shí)間越長(zhǎng)，井下電纜和儀器的粘卡風(fēng)險(xiǎn)會(huì)不斷增加，同時(shí)也會(huì)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(jī)理

目前，渤海油田常用的電纜地層測(cè)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(jìn)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(shí)需先泵排濾液，泵抽一段時(shí)間后濾液含量逐漸降低，地層里的油氣會(huì)進(jìn)入活塞泵，根據(jù)油氣水垂直分異原理，泵內(nèi)流體會(huì)自動(dòng)分異，油氣在上部、水在下部。往復(fù)活塞泵在上下走泵時(shí)，就會(huì)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(dòng)方向，該種組合方式進(jìn)行取樣作業(yè)時(shí)地層流體在泵內(nèi)油氣水分異后直接進(jìn)入樣桶，不經(jīng)過流體分析模塊，流體參數(shù)監(jiān)測(cè)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(gè)功能均為單獨(dú)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(shí)現(xiàn)不同模塊的自由組合[5]。根據(jù)油氣水“段塞流”原理，當(dāng)?shù)貙恿黧w泵出后首先經(jīng)過泵模塊實(shí)現(xiàn)油氣水垂直分異，再經(jīng)過光譜等分析模塊時(shí)流體參數(shù)監(jiān)測(cè)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(huì)比自上而下泵抽的“段塞流”特征更加明顯?；谝陨戏治?，形成創(chuàng)新儀器組合（圖2），使地層流體流動(dòng)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(huì)在流體監(jiān)測(cè)參數(shù)上有體現(xiàn)，流體參數(shù)監(jiān)測(cè)上出現(xiàn)“段塞流”特征（圖3）。

圖2 取樣儀器組合改進(jìn)前后對(duì)比

圖3 取樣儀器改進(jìn)后地層流體光譜段塞現(xiàn)象

2.3 段塞流法取樣決策機(jī)制

對(duì)“段塞流”特征進(jìn)行精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化處理，通過取樣作業(yè)流程定位配合相應(yīng)計(jì)算公式，搭建新的取樣決策機(jī)制（圖4），具體執(zhí)行過程如下。

圖4 段塞流取樣法標(biāo)準(zhǔn)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(shí)時(shí)的油氣水“段塞”量估算油氣的純度，結(jié)合油氣占比及時(shí)決策是否可以灌樣。

式中：Q為油氣占比；T1為油氣段塞時(shí)長(zhǎng)，s；T2為一回合走泵時(shí)長(zhǎng)，s。

3）計(jì)算地層流體從流體識(shí)別模塊到樣桶所需要的時(shí)間。

式中：T為流體從識(shí)別模塊到樣桶的管線流動(dòng)所需要時(shí)間，s；V為流體識(shí)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(jì)時(shí)，經(jīng)過式（2）計(jì)算的流體從識(shí)別模塊到樣桶的管線流動(dòng)時(shí)間后，打開樣桶進(jìn)行灌樣。

5）根據(jù)油氣“段塞”的持續(xù)時(shí)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(diǎn)取樣作業(yè)結(jié)束。

3 應(yīng)用實(shí)例

該技術(shù)在渤中19-6-A/B井和旅大25-1-A井進(jìn)行了成功應(yīng)用。3口井在太古界潛山花崗巖儲(chǔ)層和古生界潛山安山巖儲(chǔ)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(chǔ)層成功取樣為例：本井設(shè)計(jì)的取樣點(diǎn)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(chǔ)層（圖5）。該點(diǎn)取樣目的為驗(yàn)證流體性質(zhì)，并取得化驗(yàn)所需的足夠油氣樣。

圖5 渤中19-6-B井取樣位置測(cè)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(jì)算出流體由光譜模塊到達(dá)樣桶的時(shí)間為134s，油段塞在光譜上顯示的時(shí)間為40s，從在光譜上見到油段塞開始時(shí)間算起，134s后打開取樣桶，174s時(shí)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(gè)PVT樣品，油氣占比達(dá)到了57%，取得的油樣量完全滿足化驗(yàn)室需求，達(dá)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(shí)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(guó)內(nèi)外復(fù)雜儲(chǔ)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(shí)別及灌樣時(shí)機(jī)把控為突破口，結(jié)合電纜測(cè)試儀器往復(fù)活塞泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析提煉出油氣水“段塞流”現(xiàn)象的形成機(jī)理并加以創(chuàng)新應(yīng)用。該技術(shù)可切實(shí)增加樣品純度，有效降低泵抽時(shí)間，提高復(fù)雜儲(chǔ)層取樣成功率，同時(shí)可減少遇卡打撈風(fēng)險(xiǎn)和復(fù)雜情況的出現(xiàn)，是現(xiàn)場(chǎng)電纜地層流體取樣作業(yè)的一種新思路。