孫華峰,陶 果,周艷敏,陳 寶,杜瑞芳

(1.中國石油大學(xué)油氣資源與探測(cè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京102249;2.中國石油大學(xué)北京市地球探測(cè)與信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京102249;3.中國石油集團(tuán)測(cè)井有限公司技術(shù)中心,陜西西安710021)

電纜地層測(cè)試技術(shù)的發(fā)展及其在地層和油藏評(píng)價(jià)中的角色演變

孫華峰1,2,陶 果1,2,周艷敏1,2,陳 寶3,杜瑞芳3

(1.中國石油大學(xué)油氣資源與探測(cè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京102249;2.中國石油大學(xué)北京市地球探測(cè)與信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京102249;3.中國石油集團(tuán)測(cè)井有限公司技術(shù)中心,陜西西安710021)

分析了電纜地層測(cè)試技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展,探討其在國內(nèi)外的應(yīng)用前景和我國電纜地層測(cè)試技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)。電纜地層測(cè)試器(W FT)可以完成地層流體取樣、儲(chǔ)層壓力以及地層壓力梯度測(cè)試、確定儲(chǔ)層油水界面以及進(jìn)行儲(chǔ)層滲透率解釋和產(chǎn)能評(píng)價(jià),能夠?qū)y(cè)井評(píng)價(jià)提升到油藏評(píng)價(jià)。井底流體分析儀器(DAF)可以實(shí)時(shí)測(cè)量井下流體詳細(xì)的組分、p H值、溫度壓力和密度黏度等;人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)、NMR測(cè)井和實(shí)驗(yàn)室PV T測(cè)量同井底流體分析(DAF)技術(shù)結(jié)合可以得到更準(zhǔn)確更詳細(xì)的地下流體的信息;雙封隔器的改進(jìn)可以使得2個(gè)流體進(jìn)入口同時(shí)監(jiān)測(cè)流體污染情況,以便快速取得較純凈地層流體;管線過濾器可以有效阻止細(xì)小顆粒進(jìn)入儀器管線,避免了探針阻塞和儀器毀壞;探針形狀的改進(jìn)增加了測(cè)試區(qū)域,提高了測(cè)試的成功率。新的測(cè)試方法及其應(yīng)用可以在一些當(dāng)前認(rèn)為比較復(fù)雜的儲(chǔ)層如碳酸鹽儲(chǔ)層、裂縫性儲(chǔ)層和薄互層等進(jìn)行測(cè)試。新的方法和技術(shù)節(jié)省了時(shí)間和成本,其測(cè)量精度也明顯提高。

測(cè)井技術(shù);電纜地層測(cè)試;油藏評(píng)價(jià);方法;應(yīng)用;進(jìn)展

0 引 言

電纜地層測(cè)試可以完成地層流體取樣、儲(chǔ)層壓力以及地層壓力梯度測(cè)試、確定儲(chǔ)層油水界面以及進(jìn)行儲(chǔ)層滲透率解釋和產(chǎn)能評(píng)價(jià)。與常規(guī)測(cè)井資料估計(jì)的地層滲透性相對(duì)值、巖心實(shí)驗(yàn)可以測(cè)量的小范圍滲透率相比,油藏的管理和開發(fā)更需要中等范圍定量化的、存在束縛水條件下的油或氣的滲透率分布特征。電纜地層測(cè)試器提供在油藏壓力場(chǎng)條件下獲取的中等范圍有效滲透率參數(shù)。新一代多探針電纜地層測(cè)試器可在油藏壓力條件下測(cè)量水平和垂直滲透率參數(shù),為油藏的管理和開發(fā)方案提供依據(jù);還可以用其井筒封隔器與大功率泵抽排模塊相配合進(jìn)行微壓裂作業(yè),配合特種探針在低孔隙度低滲透率儲(chǔ)層和復(fù)雜巖性的碳酸鹽巖和火成巖進(jìn)行測(cè)試作業(yè)。套管井和隨鉆條件下的地層測(cè)試器也被開發(fā)并投入試用。在國內(nèi),新一代電纜地層測(cè)試儀器的研制才剛剛起步,電纜地層測(cè)試器測(cè)試工作制度設(shè)計(jì)和資料解釋方面的研究很少。本文從分析電纜地層測(cè)試技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展入手,探討其在國內(nèi)外的最新技術(shù)和應(yīng)用,對(duì)于綜合地質(zhì)和采油學(xué)科,提升測(cè)井作業(yè)和信息的價(jià)值,提高測(cè)井行業(yè)的地位,促進(jìn)測(cè)井油蔵評(píng)價(jià)的發(fā)展有重大的意義。

1 電纜地層測(cè)試儀的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

1955年,斯倫貝謝推出第1個(gè)商用電纜地層測(cè)試器,最初的目的只是用于地層流體取樣,1次下井只能得到1條壓力曲線,取得1次樣品[1]。

20世紀(jì)60年代至70年代,斯倫貝謝公司的重復(fù)式地層測(cè)試器RFT(Repeat Fo rmation Tester)和阿特拉斯公司的多次地層測(cè)試器FM T(Formation M ulti Tester)是2代產(chǎn)品[2],主要功能是取樣、測(cè)壓。壓力計(jì)由原來的彈簧管壓力計(jì)發(fā)展為應(yīng)變壓力計(jì)和石英壓力計(jì),提高了測(cè)試精度。2代產(chǎn)品所測(cè)量的低滲透率或低流度地層壓力受泥漿侵入影響較大,常常顯示超壓,這一效應(yīng)常常使常規(guī)的小體積預(yù)測(cè)試(20 mL)方法得到的儲(chǔ)層壓力結(jié)果無效;超壓還增加了鉆機(jī)時(shí)間成本以及儀器遇卡的可能性;其次是流體取樣大都是污染流體,難以取到真實(shí)地層流體;再者,提供的測(cè)量參數(shù)較少,無法滿足儲(chǔ)層和油藏評(píng)價(jià)所需求的信息量和測(cè)試精度。

20世紀(jì)90年代中期,斯倫貝謝和阿特拉斯先后推出了MDT[3]和RCI[4],相對(duì)于前2代儀器進(jìn)行了重大技術(shù)革新,其特點(diǎn)就是應(yīng)用對(duì)壓力和溫度反應(yīng)迅速靈敏的高精度石英壓力計(jì)提高了壓力測(cè)試精度,減少了井場(chǎng)測(cè)壓時(shí)間;增加了可精確控制的大功率泵抽排模塊,利用泵抽排功能將泥漿污染流體排出,經(jīng)多次測(cè)量,地層壓力更為精確;采用了井筒雙封隔器技術(shù),由于地層流動(dòng)面積增大,適合單探針無法解決的低滲透率地層和高滲透率地層,確保地層壓力始終在泡點(diǎn)壓力之上,對(duì)防止井眼垮塌具有重要意義;同時(shí)也適于在單探針無法解決的裂縫、孔洞及層狀地層中廣泛應(yīng)用。圖1為MD T儀器具有代表性的不同模塊組合。

斯倫貝謝開發(fā)的新型聚焦采樣技術(shù)[5](Focused Samp le)是在地層測(cè)試儀器上安裝 Quick Sliver Probe的聚焦探針模塊,聚焦取樣模塊同時(shí)從取樣地層中心和外圍區(qū)域中泵抽流體。最初混合的污染流體均流入這2個(gè)區(qū)域時(shí)不采集流體。而后將屏蔽出液管線和取樣出液管線的流體流動(dòng)分隔開。流入屏蔽吸入口的流量可以在短時(shí)間內(nèi)增加,所有受污染的流體被吸入屏蔽出液管線。這項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)⒛酀{濾液和地層流體分開,保證了采樣質(zhì)量,使采集到的流體樣品污染程度減少到最低。聚集采樣地層測(cè)試儀如圖2所示。

中海油田服務(wù)有限公司牽頭研制了第3代電纜地層測(cè)試器 FCT(Fo rmation Characterization Tool)[6],其目標(biāo)是開發(fā)和國外MD T等第3代地層測(cè)試器技術(shù)相當(dāng)?shù)幕竟δ苄蛢x器,它可以實(shí)現(xiàn)MDT的基本功能。其特點(diǎn)是井下儀器為模塊式短節(jié)結(jié)構(gòu),可根據(jù)測(cè)井需要組合;重復(fù)式地層壓力測(cè)試,1次坐封可測(cè)量多次壓力;增加了流體泵抽排功能,速度可控;多種地層流體識(shí)別模式(光譜、電阻率、電導(dǎo)率);PV T取樣與大容量取樣,1次下井可取得2～6個(gè)PV T樣品。

圖1 MDT儀器具有代表性的不同模塊組合

圖2 聚焦采樣式地層測(cè)試器

單獨(dú)使用W FT在高角度斜井中作業(yè)時(shí)會(huì)因測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)而增加測(cè)試風(fēng)險(xiǎn)。隨鉆地層測(cè)試儀 (FTWD)[7-8]在鉆井的同時(shí)可以測(cè)量地層孔隙壓力、計(jì)算近井的流度、流體分界面及油藏的連通性,實(shí)現(xiàn)高效安全生產(chǎn)的目標(biāo)。FTWD還發(fā)展了諸如套管點(diǎn)的選取、泥漿液的比重的確定、采樣點(diǎn)的選取、油藏監(jiān)測(cè)及地質(zhì)導(dǎo)向等新的用途,擴(kuò)大了FTWD的使用范圍,為油藏提供重要參數(shù)。

無論是在剛下套管的新井還是已下套管的老井,確定其壓力和流體類型都非常重要。最近幾年出現(xiàn)的過套管地層測(cè)試器(CHDT)[9](見圖3)可以透過套管、水泥環(huán)和巖石測(cè)量油氣藏壓力并采集地層流體樣品。這種新型儀器與其他套管井中使用的儀器不同,它可對(duì)鉆過的孔眼進(jìn)行封堵,在測(cè)試完成后將地層與井眼封隔開。這一獨(dú)特的密封能力不必投入大量的費(fèi)用修復(fù)套管和水泥環(huán)即可恢復(fù)生產(chǎn)。過套管地層測(cè)試對(duì)于沒有隨鉆測(cè)井資料的新井以及沒有裸眼井測(cè)井資料或資料不全的老井可以獲得地層評(píng)價(jià)資料,從而在老井中評(píng)價(jià)漏掉的油氣層,或監(jiān)測(cè)油藏的開采剖面及飽和度和壓力的變化。

圖3 過套管地層測(cè)試儀

地層測(cè)試時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到高溫高壓等惡劣環(huán)境,普通儀器鑒于儀器的性能條件無法在這種環(huán)境下正常運(yùn)行,因?yàn)檫@無論對(duì)封隔器還是各種傳感器元件都是極大的挑戰(zhàn),要求承受比普通地層測(cè)試器高許多倍的壓力和溫度。2002年出現(xiàn)了第1代惡劣環(huán)境地層測(cè)試儀 HSFT-Ⅰ(Hostile Sequential Fo rmation Tester),到2008年已經(jīng)發(fā)展為第2代(HSFT-Ⅱ),并于2009年投放市場(chǎng)。它可以承受450℉和30 000 p si(非法定計(jì)量單位,1℉=5/9℃; 1 psi=6.895 kPa,下同)的高溫高壓,并逐漸發(fā)展為可以像常規(guī)地層測(cè)試儀一樣,精確進(jìn)行流體識(shí)別和PV T高質(zhì)量流體取樣[10]。

2 電纜地層測(cè)試資料解釋的研究現(xiàn)狀

對(duì)電纜地層測(cè)試資料的研究必須首先研究測(cè)試過程中流體的滲流規(guī)律,研究球形流和柱形流壓力恢復(fù)和壓降滲流規(guī)律對(duì)電纜地層測(cè)試資料解釋是非常必要和重要的。1962年,Schlumberger的Moran和Finklea[11]發(fā)表了第1篇文章,介紹單探針地層測(cè)試器考慮各向異性的壓力瞬時(shí)解釋模型,對(duì)電纜地層測(cè)試器滲流模型研究提出了最基本的理論,提出了劃分流型原則及各向異性問題的解決方法。

1980年 W illiam和B righam[12]等提出了用于球形滲流包括管線儲(chǔ)存效應(yīng)的拉普拉斯空間解。

1991年,針對(duì)Moran和Finklea所建模型存在的缺陷,Waid和 Proett[13-14]等對(duì)其進(jìn)行了修正,修改了有效滲透率的定義,模擬了地層各向異性、地層厚度和水平邊界對(duì)電纜地層測(cè)試的影響。

20世紀(jì)90年代初期,Schlumberger的 Goode和Thambynayagam[15]提出了多探針電纜地層測(cè)試器MDT的滲流模型,該模型采用了圓柱狀流形,對(duì)觀察探針中的壓力響應(yīng)給出了詳細(xì)描述,對(duì)侵入帶測(cè)試的影響作了研究。文獻(xiàn)[15]中闡述了各向異性參數(shù)的求解方法。但是該模型中沒有考慮管線存儲(chǔ)效應(yīng)的影響。

1998年,Proett和Wilson[16]提出了時(shí)間域解析方法,建立了考慮管線存儲(chǔ)和表皮效應(yīng)的數(shù)學(xué)模型;提出用多探針方法測(cè)定滲透率、地層的各向異性。

2005年谷寧、陶果和周波[17-20]等根據(jù)滲流力學(xué)原理,建立了考慮引起管線流動(dòng)和地層滯后流動(dòng)的管儲(chǔ)效應(yīng),反映地層泥漿侵入引起地層損害的表皮效應(yīng)的電纜地層測(cè)試器油水兩相測(cè)量的數(shù)學(xué)模型,并且引入三維有限元方法,解決復(fù)雜邊界問題,使得所建模型更加符合實(shí)際地層情況。驗(yàn)證了模型和程序的可靠性和適用性,開發(fā)了模擬程序,在FCT儀器和資料解釋軟件[21]的開發(fā)中發(fā)揮了重要作用。

某些地層具有各向異性,在執(zhí)行多探頭電纜地層測(cè)試時(shí),無法使用基于地層縱向均質(zhì)假設(shè)建立的多探頭電纜地層測(cè)試解釋模型。周艷敏,陶果和谷寧等[22]在2009年用三維有限元方法模擬油水兩相情況下的滲透率各向異性地層地層測(cè)試器的響應(yīng)規(guī)律,并對(duì)地層測(cè)試響應(yīng)進(jìn)行物理試驗(yàn)測(cè)試,以驗(yàn)證模擬結(jié)果的可靠性。模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好,地層流體的流動(dòng)形態(tài)隨著流動(dòng)時(shí)間的增加而變化,滲透率各向異性比越大,單探針壓降和多探針的時(shí)間延遲越大。2009年,關(guān)富佳、李湘方和許寒冰[23]從儀器探頭組合結(jié)構(gòu)與地層縱向非均質(zhì)之間的適應(yīng)性入手,重新設(shè)計(jì)多探頭電纜地層測(cè)試器的探頭組合結(jié)構(gòu),并給出了相應(yīng)的測(cè)試解釋模型。改進(jìn)后的測(cè)試儀器和相應(yīng)的解釋模型能夠適應(yīng)縱向非均質(zhì)地層的測(cè)試參數(shù)解釋,同時(shí)能夠?qū)⒃瓉砜梢越忉尩乃綕B透率 Kh和垂直滲透率 Kv參數(shù)進(jìn)一步解釋為在 x方向、y方向和z方向上的滲透率分量 Kx、Ky和Kz。

3 地層測(cè)試技術(shù)及其在地層和油藏評(píng)價(jià)中應(yīng)用的最新進(jìn)展

3.1 改進(jìn)的DFA技術(shù)

油氣生產(chǎn)項(xiàng)目中儲(chǔ)層流體性質(zhì)在設(shè)計(jì)和優(yōu)化完井及地面生產(chǎn)設(shè)施、提高油藏管理效率方面起著關(guān)鍵性的作用。描述流體性質(zhì)的傳統(tǒng)做法是取樣后將流體樣品送往地面PV T實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)量分析。但是該過程會(huì)延誤數(shù)據(jù)的獲取,難以實(shí)時(shí)進(jìn)行開發(fā)決策。利用先進(jìn)的地層取樣和測(cè)試工具可以在勘探早期獲得流體數(shù)據(jù),對(duì)儲(chǔ)層流體性質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)井下分析,并對(duì)流體的變化進(jìn)行量化描述[5]。

為進(jìn)行儲(chǔ)層條件下井下流體實(shí)時(shí)分析,人們?cè)谌雍蜏y(cè)試工具中引入了一系列的井底流體分析(DFA)儀器,可以在收集樣品之前對(duì)流體進(jìn)行分析。早期DFA技術(shù)主要基于光譜分析,利用光密度的不同確定流體的性質(zhì)及樣品污染程度,提供氣油比(GOR)地層水p H值等。

新一代的DFA儀器[24]集多個(gè)傳感器于一體,包括2個(gè)光譜儀、1個(gè)熒光傳感器、1個(gè)壓力/溫度傳感器、1個(gè)電阻率傳感器和1個(gè)密度/黏度傳感器。圖4是新一代DFA儀器示意圖。新的DFA技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)DFA技術(shù)有了很大的改進(jìn),它能實(shí)時(shí)提供更精確更詳細(xì)的光譜信息,得到更詳細(xì)的流體組分C1、C2、C3-5、C6+和 CO2;還可以得到 GOR、p H值、壓力、溫度、電阻率、流體密度和特定環(huán)境下的黏度等參數(shù),為儲(chǔ)層描述提供更多流體信息。

3.2 改進(jìn)的雙封隔器技術(shù)

現(xiàn)今油氣勘探開發(fā)的難點(diǎn)在于裂縫、孔洞、層狀或低滲透率等復(fù)雜儲(chǔ)層評(píng)價(jià),此類儲(chǔ)層中的完井設(shè)計(jì)和作業(yè)條件更為復(fù)雜,產(chǎn)量也受到很大的限制。電纜地層測(cè)試器(W FT)的泵抽技術(shù)和封隔器技術(shù)的發(fā)展,使得利用井段壓力瞬態(tài)測(cè)試(Interval Pressure Transient Testing,IPTT)技術(shù)獲得流體樣品及儲(chǔ)層的滲透率,而不受復(fù)雜環(huán)境的影響[25]。

IPTT技術(shù)是在地層測(cè)試器上安置雙封隔器模塊,發(fā)展類似于鉆桿地層測(cè)試的儀器,稱之為小型鉆桿地層測(cè)試器(mini-DST)[26-27]。常規(guī)的封隔器只有1個(gè)進(jìn)入口[見圖5(a)]。測(cè)試時(shí)封隔器膨脹封隔住被測(cè)試井段,同時(shí)大量泥漿被封隔在井段內(nèi)部,近井眼區(qū)域也會(huì)有大量泥漿濾液侵入。泵抽開始后地層流體進(jìn)入井眼與泥漿濾液相混合,由于油水不相容和密度的差異,混合流體會(huì)形成分界面。如果只有1個(gè)流體進(jìn)入口,且測(cè)試時(shí)進(jìn)入口靠近水層,取樣時(shí)會(huì)耗費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間抽取污染流體,而且不能保證取得低污染流體。近來發(fā)展的雙口雙封隔器技術(shù)有2個(gè)流體進(jìn)入口——上進(jìn)入口和下進(jìn)入口[見圖5(b)和圖5(c)],由于流體的分層,通過控制上下2個(gè)口的閥門和取樣筒閥門,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流體性質(zhì),以便快速取到污染程度較低的流體[28]。

圖4 早期的DFA儀器(左)和新一代的DFA儀器(右)

圖5 雙封隔器和探針組合

3.3 管線過濾器技術(shù)

當(dāng)電纜地層測(cè)試器在海底疏松地層取樣時(shí),容易松動(dòng)的沙粒和固體顆?？赡軙?huì)隨著流體樣品同時(shí)取出,這些懸浮的細(xì)小顆粒可能會(huì)阻塞探針和管線,使得地層測(cè)試和取樣工作被迫提前結(jié)束。通常有2種方法可以減少這些細(xì)小顆粒的影響,一是盡量避免顆粒的產(chǎn)生;二是利用過濾的手段濾除細(xì)小顆粒。傳統(tǒng)的測(cè)試方法是盡可能減少壓降、泵抽速度和流量以避免細(xì)小顆粒的產(chǎn)生。此外,利用探針中的過濾裝置保護(hù)探針,防止在取樣期間細(xì)小顆粒進(jìn)入到儀器中。但這些方法并不完全有效,有時(shí)候很多細(xì)小的顆粒會(huì)隨流體一起進(jìn)入儀器中。

最近Jackson進(jìn)一步發(fā)展了 Gulf提出的管線過濾器技術(shù)[29],將該技術(shù)應(yīng)用于常規(guī)電纜地層測(cè)試和取樣儀器,解決了松散地層中常規(guī)地層測(cè)試取樣和聚焦采樣的問題。內(nèi)置過濾器模塊安裝在探針和泵之間,取樣時(shí)過濾器裝置便會(huì)阻止細(xì)小的顆粒,并將其儲(chǔ)存在過濾器內(nèi)腔中,使得較為純凈的流體進(jìn)入到流線中(見圖6)。此類模塊式管線過濾器裝置比傳統(tǒng)的探針過濾器更為先進(jìn),可以允許測(cè)試或取樣時(shí)有一個(gè)更大的壓降和流量,同時(shí)在不同取樣深度點(diǎn)采用不同型號(hào)的過濾網(wǎng)以阻止尺寸大小不同的顆粒,避免了儀器中細(xì)小顆粒的不斷積累引起泵阻塞或毀壞。

3.4 橢圓形探針的應(yīng)用

在碳酸鹽儲(chǔ)層、薄互砂巖層和天然然裂縫性儲(chǔ)層中進(jìn)行地層測(cè)試或者流體取樣時(shí)會(huì)遇到如探針坐封失敗或干測(cè)試等的困難?，F(xiàn)有的IPTT可以利用泵和雙封隔器在低滲和非均質(zhì)儲(chǔ)層進(jìn)行測(cè)試和取樣,但是由于封隔器膨脹和被封隔井段內(nèi)泥漿清洗的影響,測(cè)試時(shí)間很長(zhǎng),并且如果井眼垮塌會(huì)造成儀器受卡,會(huì)有一定的風(fēng)險(xiǎn)。最近出現(xiàn)的橢圓形探針[30-31](Ellip tical Probe)(見圖7)可以幫助克服這些問題,它利用了雙封隔器的優(yōu)點(diǎn)但是仍然保持了探針的靈活性。橢圓形狀的封隔器可以確保在地層測(cè)試和流體取樣期間的有效密封。同標(biāo)準(zhǔn)探針相比較,拉長(zhǎng)且平行于井軸的橢圓形接觸面增加了測(cè)試時(shí)密封區(qū)域,能夠減少取樣時(shí)間。

橢圓形探針有效改進(jìn)了在薄互層或致密儲(chǔ)層中同地層的連通性。在這些儲(chǔ)層中,增加的測(cè)試區(qū)域避免了以往常規(guī)探針沒有坐封在較純凈砂巖上造成的測(cè)試失敗,因此可以成功地進(jìn)行地層測(cè)試或取樣。目前橢圓形探針主要應(yīng)用于薄互砂巖層、碳酸鹽巖儲(chǔ)層、裂縫性儲(chǔ)層或者其他一些受井眼條件限制不能使用雙封隔器的情況。

圖6 管線過濾器模塊

3.5 ANN技術(shù)在井下流體分析中的應(yīng)用

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(A rtificial Neural Networks, ANN)通過預(yù)先提供的一批相互對(duì)應(yīng)的輸入/輸出數(shù)據(jù),分析掌握兩者之間潛在的規(guī)律,最終根據(jù)這些規(guī)律,用新的輸入數(shù)據(jù)推算輸出結(jié)果[32]。

ANN技術(shù)在石油工程方面的應(yīng)用包括鉆井動(dòng)力學(xué)中的控制、試井模型識(shí)別和致密含氣砂巖滲透率的估算。在預(yù)測(cè)PV T性質(zhì)方面的應(yīng)用包括預(yù)測(cè)油的泡點(diǎn)壓力和地層體積因素、估算油的黏度、預(yù)測(cè)凝析油和凝析氣的性質(zhì)等。但是這些ANN-PV T的應(yīng)用都需要用到實(shí)驗(yàn)室測(cè)量值作為輸入,例如飽和壓力、儲(chǔ)罐油API密度和氣體比重等。

2009年P(guān)eter Hegeman和Chengli Dong等[33]提出將ANN技術(shù)應(yīng)用到DFA實(shí)時(shí)測(cè)量當(dāng)中,用DFA技術(shù)得到的信息作為輸入預(yù)測(cè)PV T性質(zhì)。他們建立了一個(gè)ANN模型,將DFA實(shí)時(shí)測(cè)得的流體組分和密度黏度等信息作為輸入預(yù)測(cè)GOR、儲(chǔ)罐油密度、地層體積因素以及壓力或溫度函數(shù)等參數(shù),可以避免DFA測(cè)量受到井下高溫高壓等極端環(huán)境的限制或者測(cè)量過程中傳感器損壞等的影響;評(píng)價(jià)多個(gè)DFA儀器測(cè)量結(jié)果的一致性和可靠性,模型取得了較好的效果。

3.6 利用NM R測(cè)井優(yōu)化WFT井下流體取樣

使用電纜地層測(cè)試器進(jìn)行流體取樣的目的之一是獲取代表性地層流體樣品。通常在測(cè)試之前先用常規(guī)測(cè)井方法(電阻率和核測(cè)井等)得到孔隙度和含水飽和度,利用井徑測(cè)井用來確認(rèn)井眼是否適合取樣。但是以前沒有一種測(cè)井方法能夠很好地描述烴的類型和性質(zhì)。如果沒有得到流體的組分等信息,就不能夠確保取到代表性樣品;另一方面,在一些諸如薄層、低滲透率層、致密層等取樣困難的環(huán)境下可能會(huì)需要更多的預(yù)測(cè)試次數(shù)以及耗費(fèi)更多的時(shí)間。

圖7 橢圓形探針

現(xiàn)在NM R測(cè)井儀器不但能夠得到孔隙度和滲透率等信息,而且能夠得到連續(xù)的油氣水和油基泥漿等的性質(zhì),在徑向流體剖面上能夠顯示純油以及油基泥漿的污染。另外,NM R測(cè)井也可以得到油的黏度和GOR。在W FT取樣前獲得的這些信息有利于獲得代表性樣品,在取樣之后獲得NM R數(shù)據(jù),如黏度和GOR;與W FT數(shù)據(jù)相互補(bǔ)充,也可以提供更多的流體信息。

Chanh Cao M inh和Peter等人[34]最近將NM R和W FT技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合,兩者相互補(bǔ)充提供臨界儲(chǔ)層流體信息。一般情況下,在W FT前進(jìn)行NMR測(cè)井,這樣能夠確定預(yù)測(cè)試和取樣最佳點(diǎn),并且可以給出流體的復(fù)雜度。如果事先知道流體是均質(zhì)或非均質(zhì)的,則能夠確定地層流體的過采樣或欠采樣。在地層測(cè)試NM R測(cè)井得到的的滲透率、黏度和GOR也可以通過W FT數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn),提供沒有取樣區(qū)域的流體信息。有時(shí)利用NM R測(cè)井獲得的信息在某些情況下能避免不必要的測(cè)試或不充分的測(cè)試,大大提高了地層測(cè)試的運(yùn)作效率。

3.7 反褶積方法在地層測(cè)試數(shù)據(jù)中的應(yīng)用

壓力-流量反褶積方法其數(shù)值算法的改進(jìn)使其應(yīng)用得到顯著的提高。Pimonov和A yan等人[35]提出了1種新的反褶積算法,它可以分配權(quán)重到每個(gè)壓力和流量測(cè)量點(diǎn),還有對(duì)于數(shù)據(jù)不同部分能給出不同的誤差估計(jì),并用Levenberg-Marquardt方法優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。他們將這種方法應(yīng)用到電纜地層測(cè)試器壓力瞬態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)和壓力瞬態(tài)試井?dāng)?shù)據(jù)取得了成功。將壓力-流量反褶積算法通過簡(jiǎn)單的流量數(shù)據(jù)替換,可以換算成壓力-壓力反褶積算法,Onur等人[36]在2009年將Pimonov等人的壓力-流量反褶積算法經(jīng)過變換,換算成壓力-壓力反褶積,應(yīng)用于多井干擾測(cè)試和IPTT,取得了較好的效果。

3.8 組分梯度分析新方法

油氣藏由于重力等原因的影響會(huì)引起的地層流體組分隨深度增加而發(fā)生變化,在揮發(fā)性油藏和重質(zhì)油藏更為明顯。通常可以利用地層測(cè)試器的資料進(jìn)行壓力分析以提供流體狀態(tài)信息,如通過壓力梯度分析得到地層流體的密度。但是這些技術(shù)通常會(huì)受到井眼條件、測(cè)試點(diǎn)數(shù)量、層厚、壓力和深度等的影響,導(dǎo)致其精度不高。目前的儀器可以使用新的DFA技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析得到井眼條件下流體的組分,但是由于管線條件和泥漿污染的影響,它的使用也受到限制。而PV T實(shí)驗(yàn)室樣品的分析雖然有很高的精確性,但也受到實(shí)驗(yàn)室條件和樣品質(zhì)量等條件的影響,導(dǎo)致可靠性降低。

2008年,Jesus Canas和Julian等人[37]利用三者的優(yōu)點(diǎn)提出1種基于壓力梯度分析和井下流體分析測(cè)量新的組分梯度分析方法。這種方法將壓力梯度分析同DFA技術(shù)相結(jié)合,與PV T實(shí)驗(yàn)室分析的結(jié)果比較,得出正確的流體組分梯度。

3.9 WFT產(chǎn)能評(píng)價(jià)新方法

產(chǎn)能評(píng)價(jià)是電纜地層測(cè)試(W FT)的主要功能之一。利用電纜地層測(cè)試信息準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)儲(chǔ)層產(chǎn)能,可以比中途測(cè)試(DST)節(jié)省成本。但在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí),W FT的計(jì)算結(jié)果與DST評(píng)價(jià)結(jié)果往往存在很大誤差。W FT產(chǎn)能計(jì)算方法主要是基于儲(chǔ)層均質(zhì)等厚、各向同性的假設(shè),通過W FT滲透率刻度測(cè)井滲透率,得到測(cè)試層的平均滲透率,進(jìn)而計(jì)算儲(chǔ)層產(chǎn)能,但計(jì)算的產(chǎn)能只能反映探測(cè)范圍內(nèi)的儲(chǔ)層動(dòng)態(tài),而DST經(jīng)過6～8 h的測(cè)試,探測(cè)范圍遠(yuǎn)大于W FT。探測(cè)范圍小是影響W FT產(chǎn)能評(píng)價(jià)精度的主要因素。

現(xiàn)有電纜地層測(cè)試(W FT)產(chǎn)能預(yù)測(cè)方法還無法達(dá)到中途測(cè)試(DST)產(chǎn)能預(yù)測(cè)精度,且存在較大誤差。2008年,關(guān)富佳,李相方和許寒冰等[38]通過基于地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的多井多參數(shù)儲(chǔ)層橫向預(yù)測(cè)技術(shù),拓展了W FT的探測(cè)半徑,得到了考慮儲(chǔ)層不等厚的平均厚度評(píng)價(jià)方法和考慮非均質(zhì)性、各向異性的平均滲透率計(jì)算方法,在此基礎(chǔ)上得到的多井參數(shù)W FT產(chǎn)能計(jì)算方法更接近儲(chǔ)層實(shí)際地質(zhì)情況,從而提高了W FT產(chǎn)能預(yù)測(cè)精度。

2009年周艷敏[39]深入研究應(yīng)用地層測(cè)試器測(cè)試資料進(jìn)行油藏產(chǎn)能評(píng)價(jià)的方法。依據(jù)電纜地層測(cè)試滲透率刻度測(cè)井滲透率求取反映測(cè)試井整個(gè)儲(chǔ)層動(dòng)態(tài)滲透率,結(jié)合測(cè)井、地質(zhì)和試井多學(xué)科知識(shí),建立了適合國產(chǎn)FCT儀器的單相流平面徑向流產(chǎn)能評(píng)價(jià)模型、指數(shù)產(chǎn)能評(píng)價(jià)模型及多相流的產(chǎn)能評(píng)價(jià)模型。對(duì)渤海某井采用了平面徑向流的產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法,其結(jié)果與鉆桿地層測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,電纜地層測(cè)試可取代DST實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能評(píng)價(jià)。這些研究結(jié)果有助于提高電纜地層測(cè)試技術(shù)在油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用水平。

3.10 雙網(wǎng)格自動(dòng)歷史擬合方法在三維地層測(cè)試中的應(yīng)用

Malik等人2007年[40]提出1種雙網(wǎng)格自動(dòng)歷史擬合方法,反演在油基泥漿中的滲透率及其各向異性。這種方法在外部是三維網(wǎng)格,而在內(nèi)部是二維網(wǎng)格,通過模擬數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)的驗(yàn)證,這種2D/ 3D網(wǎng)格可以節(jié)省計(jì)算時(shí)間,精確計(jì)算滲透率及其各向異性。

3.11 流體測(cè)井預(yù)測(cè)和DFA實(shí)時(shí)測(cè)井相結(jié)合的方法

井下流體分析(DFA)測(cè)井提供了井下流體詳細(xì)的信息,如流體的組分、GOR、樣品污染程度、光密度、流體密度和黏度等。Zuo和M ullins等人[41]在2009年提出使用狀態(tài)方程(Equation-of-State, EoS)將DFA測(cè)井預(yù)測(cè)同DFA實(shí)時(shí)測(cè)井相結(jié)合,建立流體EoS模型,預(yù)測(cè)井下流體及儲(chǔ)層的性質(zhì)。這種方法是利用DFA實(shí)時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)作為模型的輸入,通過擬合一部分DFA測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)建立EoS模型,然后預(yù)測(cè)流體剖面。DFA測(cè)井預(yù)測(cè)同實(shí)時(shí)DFA測(cè)井比較揭示儲(chǔ)層中油氣的復(fù)雜性,確定流體組分梯度和儲(chǔ)層連通性。這個(gè)方法最直接的好處就是節(jié)省地層測(cè)試的成本。

3.12 傾斜井的球形流分析方法

Onur等人[42]在2009年提出新的球形流立體分析方法,用W FT雙封隔器-探針組合中觀測(cè)探針得到的壓力數(shù)據(jù)計(jì)算傾斜井的水平滲透率和垂直滲透率。這種方法是基于球形流公式和常規(guī)球形流壓降及壓恢分析,它不需要知道地層厚度或者在觀測(cè)探針觀測(cè)到球形流動(dòng),從沿著井眼垂直和水平方向觀測(cè)探針得到的壓力數(shù)據(jù)計(jì)算水平和垂直滲透率。

4 結(jié) 論

(1)儀器的不斷改進(jìn),DFA儀器可以實(shí)時(shí)測(cè)量井下流體詳細(xì)的組分、p H值、溫度壓力和密度黏度等;其他一些方法或技術(shù)如ANN、NM R測(cè)井和實(shí)驗(yàn)室PV T測(cè)量同DFA技術(shù)結(jié)合可以得到更準(zhǔn)確更詳細(xì)的地下流體的信息;雙封隔器的改進(jìn)可以使得2個(gè)流體進(jìn)入口同時(shí)監(jiān)測(cè)流體污染情況,以便快速取得較純凈地層流體。管線過濾器可以有效阻止細(xì)小顆粒進(jìn)入儀器管線,避免了探針阻塞和儀器毀壞;探針形狀的改進(jìn)增加了測(cè)試區(qū)域,提高了測(cè)試的成功率。

(2)方法和應(yīng)用的不斷提高。新的測(cè)試方法及其應(yīng)用可以在一些當(dāng)前認(rèn)為比較復(fù)雜的儲(chǔ)層如碳酸鹽巖儲(chǔ)層、裂縫性儲(chǔ)層和薄互層等進(jìn)行測(cè)試,使得目前在世界上許多油氣田勘探和開發(fā)中遇到的難題逐步被解決。新的方法和技術(shù)節(jié)省了時(shí)間和成本,其測(cè)量精度也明顯提高。目前我國的技術(shù)相對(duì)滯后,對(duì)W FT儀器的研究和發(fā)展也正處于起步階段。

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The Evolutive Roles of WFT in Formation and Reservoir Evaluations

SUN Huafeng1,2,TAO Guo1,2,ZHOU Yanmin1,2,CHEN Bao3,DU Ruifang3
(1.State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting,China University of Petroleum,Beijing 102249,China; 2.Key Laboratory of Earth Prospecting and Information Technology,China University of Petroleum,Beijing 102249,China; 3.Technology Center,China Petroleum Logging CO.L TD.,Xi’an,Shaanxi 710021,China)

Analysed are current state and developing trend of Wireline Formation Tester(W FT) both at home and abroad;Studied is the future developing targets about W FT in China.The W FT can comp lete the follow ing tasks:①fo rmation fluid samp ling;②reservoir p ressure and fo rmation p ressure gradient tests;③oil/w ater contact determ ination;④reservoir permeability estimation;and⑤imp roved reservoir evaluation.DFA may in real-time measure dow nhole fluids compositions,p H value,temperature,p ressure,fluids density and viscosity,etc.A combined measurement of ANN technique,NM R log,PV T and DFA can get more accurate and detailed dow nhole fluids information.An imp roved dual port straddle packer has an upper and lower fluid intet,through w hich we can survey real-time fluid pollution and obtain more cleaner fluids quickly.The pipe filter may effectively stop the thin grains entrance into the pipeline so that the p robe could no t be blockaded and the tool not be destroyed.The imp roved p robe geometry enlarged the testing area and enhanced the testing efficiency.The above new methods have been successfully used in some challenging reservoirs such as carbonate reservoirs,factured reservoirs and thin in-terbeds,etc.Therefore,many difficult p roblem s in oil/gas exp lorations and developments have been gradually solved.The new methods have saved m uch time and cost,and their measuring accuracy is also much better.

logging technology,W ireline Fo rmation Testing(W FT),reservoir evaluation,method,app lication,p rogress

1004-1338(2010)04-0314-09

P631.83

A

國家科技重大專項(xiàng)大型油氣田及煤層氣開發(fā)專題4模塊式動(dòng)態(tài)地層測(cè)試系統(tǒng)(編號(hào):2008ZX05000-020-04)和國家863計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào):2006AA 06Z207)資助

孫華峰,男,1985年生,碩士,主要研究方向?yàn)殡娎|地層測(cè)試器的相關(guān)研究。

2010-02-08 本文編輯 李總南)