劉海波，王彥晚,劉海涅，王猛

(中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部，河北 燕郊 065201)

基于電纜地層取樣的氣藏流體定量判別新方法

劉海波，王彥晚,劉海涅，王猛

(中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部，河北 燕郊 065201)

勘探階段精確定量計算儲層流體性質(zhì)的方法主要是鉆桿中途測試技術(shù)(DST)，但海上DST評價費用較高。為此，提出利用電纜地層取樣技術(shù)，將取到的地層流體樣品在地面條件下進行氣液分離，記錄氣體和液體樣品的體積；利用現(xiàn)場水樣分析技術(shù)，快速有效地確定液體樣品中的各離子濃度，判斷樣品中泥漿濾液與地層水的體積比例；根據(jù)體積系數(shù)計算模型，將氣體和地層水在常壓下的體積折算到地層條件下的體積，得到地層條件下的氣水比例，即定量地確定儲層的流體性質(zhì)。該方法進一步量化了測井解釋結(jié)論，特別是氣水同層，得到了地層產(chǎn)水率等參數(shù)，有效指導了油田的勘探開發(fā)作業(yè)。

氣藏流體；定量判別；現(xiàn)場水分析技術(shù)；電纜取樣；產(chǎn)水率

儲層流體定量判別一直是現(xiàn)代測井、錄井技術(shù)的重點和難點，其解釋精度和準確度直接關(guān)系著油田的經(jīng)濟效益，甚至是評價整個油氣藏是否具有開發(fā)價值的關(guān)鍵[1～4]。在勘探階段，精確定量計算儲層流體性質(zhì)的方法主要是依靠鉆桿中途測試技術(shù)(DST)，但海上DST評價費用較高，每個層位都需要上千萬元。為此，筆者提出了一種在勘探測井階段以更經(jīng)濟的手段獲得氣藏流體定量判別的新方法。該方法不僅適用于中高滲透性地層，也適用于低滲透地層，實效性高，不需要巨額的測試費用，目前在海上數(shù)十口井中得到了應(yīng)用，為產(chǎn)能計算、儲量預測等提供了基礎(chǔ)參數(shù)，為勘探階段快速決策提供了依據(jù)。

1 電纜地層取樣技術(shù)及現(xiàn)場水分析技術(shù)

測井階段，地層流體樣品一般通過電纜地層取樣工具獲得，國內(nèi)外最常用的幾種電纜地層測試器(如MDT、RCI、EFDT等)，其主要性能基本相同，都具有先排掉泥漿濾液再取樣的功能[5～8]。電纜地層取樣通過實時監(jiān)測樣品的成分以及電阻率等參數(shù)來判斷樣品純度。根據(jù)《電纜式地層測試資料質(zhì)量驗收規(guī)范》[9]的要求，當實時流體分析資料顯示地層流體特征相對穩(wěn)定、且樣品純度較高時，進行地層流體取樣。取得的樣品通過現(xiàn)場水分析技術(shù)排除泥漿濾液的干擾，可以代表原狀地層中可動流體的產(chǎn)出。

(1)

式中：M為水樣中地層水的體積分數(shù)，%；ρ0為地區(qū)地層水中K+的質(zhì)量濃度，mg/L；ρ1為泥漿濾液中K+的質(zhì)量濃度，mg/L；ρ2為水樣中K+的質(zhì)量濃度，mg/L。

地層水中K+的質(zhì)量濃度取地區(qū)經(jīng)驗值，一般來說地層水中K+的質(zhì)量濃度相對較小，而泥漿濾液中卻很高，所以經(jīng)驗值的選取對計算結(jié)果影響較小。

2 氣藏流體定量判別方法與流程

針對氣藏流體，電纜地層取樣技術(shù)取到的樣品在地面條件下進行氣液分離，記錄氣體與液體的體積，并分析氣體組成。利用現(xiàn)場水分析技術(shù)，快速有效地確定液體樣品中泥漿濾液與地層水的比例，得到地層水的體積。通過組分模型的狀態(tài)方程法和地層水體積系數(shù)模型，根據(jù)氣體組成、地層溫度、壓力，計算氣體的體積系數(shù)和地層水體積系數(shù)，將氣體與地層水折算到地層條件下的體積，得到在地層條件下的氣水比例，即定量確定儲層的流體性質(zhì)，進而確定儲層的產(chǎn)水率。具體判別流程如圖1所示。

圖1 氣藏流體性質(zhì)定量判別流程圖

2.1 天然氣和地層水體積系數(shù)模型

氣體體積系數(shù)(Bg)的計算實質(zhì)可以歸結(jié)為氣體偏差系數(shù)的計算。狀態(tài)方程[12]已廣泛用于流體相平衡計算，由于立方型狀態(tài)方程(CEOS，cubic equation of state)形式簡單、計算速度快等特點，所以常用該方程計算氣體的偏差系數(shù)。該次研究采用精確度較高的立方型狀態(tài)方程(Peng-Robinson 狀態(tài)方程(PR EOS))計算氣體偏差系數(shù)：

(2)

式中：p為地層壓力，MPa；R為理想氣體常數(shù)，(MPa·m3)/(kmol·K)；T為地層溫度，K；v為摩爾體積，m3/mol；Tr為相對溫度(T與Tc之比)，1；Tc為臨界溫度，K；ω為偏心因子，1；pc為臨界壓力，MPa。

將式(2)的PR EOS方程用壓縮因子(Z)表示，形式如下：

(3)

研究區(qū)Bg的經(jīng)驗公式為：

(4)

通過解式(3)中Z的三次方程，可以求出氣相的Z，再將Z代入式(4)，即可得到Bg。

2.2 地層水體積系數(shù)計算模型

地層水體積系數(shù)(Bw)為地層條件下相同質(zhì)量水的體積(V1)與地面標準條件下所占體積(V2)之比[13],表示為：

(5)

研究區(qū)Bw的經(jīng)驗公式為：

Bw=0.952-2.154×10-4p+10C

(6)

C=0.1336×(2.647×10-2T-1)-1.2676

3 應(yīng)用實例

海上某油田A井是一口預探井，目的是落實所在凹陷的含油氣性，實現(xiàn)油氣勘探突破。圖2是該井目的層段的測井響應(yīng)曲線綜合圖，可以看出，在3386.7～3391.5m井段，砂體特征明顯，物性較好，氣測值較高，但是隨著物性變好電阻率有下降趨勢。為了確定該井段的儲層流體性質(zhì)，在電阻率較低的3388.05m處利用電纜地層測試儀進行測壓取樣，泵抽170min，抽出流體體積92.2L，采集所需樣品，樣筒體積為3785cm3，在地面條件(室溫23.5℃)下進行氣液分離，得到32ft3的天然氣樣品和320cm3的水樣樣品。利用現(xiàn)場氣相色譜分析得到天然氣組成(CO2體積分數(shù)5.06%，C1體積分數(shù)91.35%，C2體積分數(shù)1.69%，C3體積分數(shù)1.19%，iC4體積分數(shù)0.39%，nC4體積分數(shù)0.32%)。

圖2 A井目的層段測井響應(yīng)曲線綜合圖

利用現(xiàn)場水分析技術(shù)對A井水樣樣品進行分析，分析結(jié)果如表1所示，可以看出，水樣樣品中泥漿濾液的混入比例為53%，計算出地層水體積為320×(1-0.53)=150.4mL，根據(jù)電纜測壓取樣，p為36.03MPa，T為392.15K(119℃)，計算得到Bw為1.049，則地層條件下地層水體積為150.4×1.049=157.7mL。對于氣體樣品，轉(zhuǎn)換到標準情況下體積為895441cm3，計算得到Bg為0.00385，則地層條件下氣體體積為895441×0.00385=3447mL。故該井段地層的產(chǎn)水率為:

低于5%。按照勘探試油工作規(guī)范[14]，該井段儲層流體性質(zhì)可解釋為氣層。

表1 A井水樣樣品現(xiàn)場分析數(shù)據(jù)表

注：ρ(Na+)/ρ(K+)為鈉離子與鉀離子質(zhì)量濃度之比。

海上油田B井是一口預探井，圖3是該井目的層段的測井響應(yīng)曲線綜合圖。從圖3中可以看出，在3179.4～3213.8m井段，砂體特征明顯，物性較好，氣測值也較高，但隨著物性變好電阻率有下降趨勢。為了確定儲層流體性質(zhì)，決定在電阻率較低的3200m處，利用電纜地層測試儀進行測壓取樣，泵抽372min，泵出流體體積127.7L，采集所需樣品，樣筒體積為3780cm3，在地面條件(室溫26.6℃)下進行氣液分離，得到2ft3的天然氣樣品和3380cm3的水樣樣品。利用現(xiàn)場氣相色譜分析得到天然氣組成(CO2體積分數(shù)2.45%，C1體積分數(shù)96.38%，C2體積分數(shù)1.00%，C3體積分數(shù)0.04%，iC4體積分數(shù)0.06%，nC4體積分數(shù)0.07%，iC5體積分數(shù)0.01%)。

表2 B井水樣樣品現(xiàn)場分析數(shù)據(jù)表

4 結(jié)論

1)基于電纜地層取樣技術(shù)，利用現(xiàn)場水分析技術(shù)和體積系數(shù)模型，可以獲得水樣樣品中泥漿濾液與地層水的體積比，以及地層水和天然氣的體積系數(shù)，以較低的成本和較短的時間，為產(chǎn)能計算、儲量預測提供基礎(chǔ)參數(shù)，有效指導油田開發(fā)作業(yè)。

2)在常規(guī)測井難以確定儲層流體性質(zhì)時，采用筆者提出的方法能夠快速計算地層條件下氣藏，特別是氣水同層的產(chǎn)水率，定量判別儲層流體性質(zhì)，滿足地層精細評價和地質(zhì)油藏研究的需求。

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2016-06-16

劉海波(1981-)，男，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事測井資料解釋應(yīng)用、油藏評價工作，liuhb7@cosl.com.cn。

[引著格式]劉海波，王彥晚，劉海涅，等.基于電纜地層取樣的氣藏流體定量判別新方法[J].長江大學學報(自科版), 2017,14(23):45～49.

P631.84

A

1673-1409(2017)23-0045-05

[編輯] 龔丹