劉如明,張國強(qiáng),穆貴鵬,彭樂,涂春趙

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

0 引 言

電纜地層測(cè)試在海上油田勘探作業(yè)中,發(fā)揮著越來越重要的作用[1]。但是,在取水樣或者油水同出的樣品時(shí),經(jīng)常出現(xiàn)地層水受濾液污染程度較高,無法說明儲(chǔ)層真實(shí)含水情況。尤其是在低孔隙度滲透率儲(chǔ)層,由于儲(chǔ)層物性差,泵抽速度較慢,且鉆井液侵入深,導(dǎo)致泵抽時(shí)間長,如果取得的樣品無法說明問題,不但浪費(fèi)了大量人力物力,而且導(dǎo)致儲(chǔ)層評(píng)價(jià)缺乏可靠依據(jù)。為此,現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常采用增加泵抽時(shí)間的方法,將濾液的污染程度盡量降低[2]。但是,增加泵抽時(shí)間直接導(dǎo)致作業(yè)成本增加,作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)增大,且無法從根本上解決問題。所以,急需找到一種新的方法,實(shí)時(shí)判斷當(dāng)前泵抽流體是地層水還是濾液,準(zhǔn)確判斷該泵抽點(diǎn)儲(chǔ)層的含水情況,從根本上解決該問題。貝克休斯的儲(chǔ)層特征描述儀RCI的流體聲波時(shí)差參數(shù)可直觀反映當(dāng)前泵抽流體的性質(zhì),并可通過計(jì)算實(shí)時(shí)定量判斷流體礦化度,具有較高的準(zhǔn)確性。本文對(duì)其原理、參數(shù)計(jì)算方法及應(yīng)用效果加以詳述。

1 儀器原理

對(duì)取樣作業(yè)來說,泵抽到的流體類型是油、氣、水(鉆井液濾液或者地層水),不同類型的流體其聲波時(shí)差值有著明顯的差異。貝克休斯儲(chǔ)層特征描述儀RCI的流體分析模塊的管線兩側(cè),分別安裝聲波發(fā)射器和接收器,通過測(cè)量聲波穿透管線內(nèi)流體所用時(shí)間,計(jì)算管線內(nèi)流體的聲波時(shí)差(見圖1)。儀器泵抽期間,通過卡準(zhǔn)接收聲波的首波,準(zhǔn)確計(jì)算流體的聲波時(shí)差,卡準(zhǔn)首波非常重要,否則流體聲波時(shí)差無法準(zhǔn)確計(jì)算。隨著泵抽的持續(xù)進(jìn)行,對(duì)流體的時(shí)差進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量,得到一條流體聲波時(shí)差值隨時(shí)間變化的曲線(見圖2),通過曲線變化和值判斷流體性質(zhì)變化情況。

圖1 聲波探頭位置示意圖

圖2 流體聲波時(shí)差曲線圖

取樣過程中,油、氣、水性質(zhì)不同,導(dǎo)致它們具有不同的聲波傳播速度,即聲波時(shí)差不同。通過多口井的實(shí)踐應(yīng)用統(tǒng)計(jì),發(fā)現(xiàn)油的聲波時(shí)差一般在200～360 μs/ft,水的聲波時(shí)差一般在170～190 μs/ft,具有很明顯的界限,取樣時(shí)聲波時(shí)差也可作為一種判斷流體性質(zhì)的依據(jù)。

2 參數(shù)計(jì)算方法

實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)證實(shí),水的聲波時(shí)差主要受到溫度、壓力和礦化度這3個(gè)參數(shù)的影響,其他因素的影響微乎其微。在取樣的過程中,儀器座封泵抽時(shí)溫度基本穩(wěn)定;在泵抽速度穩(wěn)定的情況下,管線內(nèi)流體的壓力也基本穩(wěn)定;唯一產(chǎn)生變化的是所泵抽流體的礦化度,所以影響聲波時(shí)差值的唯一因素是流體的礦化度,因此,通過流體聲波時(shí)差來判斷流體性質(zhì)或者判斷水的礦化度是可行的方法。

20世紀(jì)70年代國外學(xué)者根據(jù)純凈水的聲波數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)了在溫度100 ℃及壓力100 MPa之內(nèi)的純凈水的聲波速度與溫度和壓力的關(guān)系[3]

(1)

式中,vw為純凈水的聲波速度;T為溫度;p為壓力;Wij為常系數(shù)。

之后的學(xué)者對(duì)式(1)的溫度和壓力條件進(jìn)行了修正,并引入礦化度的因素,得到計(jì)算鹽水聲波速度vB的公式[4]

vB=vw+C(1170-9.7T+0.055T2-8.5×10-5T3+2.6p-0.0029Tp-0.0476p2+S1.5(780-10p+1016p2)-820S2

(2)

式中,C為地層水礦化度;vw為純凈水的聲波速度。

通過式(2),證實(shí)了在取樣泵抽過程中影響聲波時(shí)差的主要因素為溫度、壓力和礦化度,并且礦化度為主要影響因素。那么,在取樣過程中溫度T、壓力p、流體聲波速度vB和vw已知的情況下,可根據(jù)式(2)計(jì)算當(dāng)前流體的礦化度,進(jìn)而判斷水是地層水還是濾液。利用式(2)可對(duì)流體的礦化度進(jìn)行精細(xì)化計(jì)算,為樣品的受污染程度提供了定量化的參考依據(jù),形成了判斷流體污染程度的聲波時(shí)差判斷方法。

3 應(yīng)用效果

2017年渤海油田多口探井通過RCI的聲波時(shí)差判斷流體,并取得了較好的效果。A井為墾利區(qū)塊的1口預(yù)探井,完鉆層位沙河街組,完鉆井深3 530.0 m。該井累計(jì)完成5個(gè)取樣點(diǎn)的取樣作業(yè),共取得12個(gè)流體樣品,樣品為水樣或者是含油水樣。

圖3 A井2 859.0 m處常規(guī)測(cè)井圖

以2 859.0 m取樣點(diǎn)為例(見圖3),該取樣點(diǎn)位于沙二段,綜合錄井巖性為熒光含礫中砂巖,熒光面積5%。從常規(guī)測(cè)井分析,該點(diǎn)電阻率約4.1 Ω·m,孔隙度約15.2 p.u.,流度約6.8 mD/cP(1)非法定計(jì)量單位,1 mD=0.987×10-3 μm2; 1 cP=0.001 Pa·s; 1 ft=12 in=0.304 8 m,下同,溫度99.17 ℃,鉆井液氯根43 000 mg/L。該點(diǎn)共泵抽420 min,累計(jì)泵出流體135.7 L,泵抽期間分別于160 min和270 min灌備用樣,其泵抽時(shí)聲波時(shí)差變化曲線見圖4。泵抽至160 min時(shí),聲波時(shí)差181.4 μs/ft,根據(jù)公式估算氯根36 491 mg/L,灌備用樣;泵抽至270 min時(shí),聲波時(shí)差值為182.5 μs/ft,估算氯根為29 130 mg/L,灌備用樣;泵抽至440 min時(shí),聲波時(shí)差值為183.4 μs/ft,估算當(dāng)前流體氯根為23 578 mg/L。根據(jù)區(qū)域經(jīng)驗(yàn),判斷該儲(chǔ)層含水、灌樣,結(jié)束該點(diǎn)取樣作業(yè)。在樣品轉(zhuǎn)出之后,對(duì)3個(gè)樣品進(jìn)行氯根滴定,氯根含量分別為33 000、26 000 mg/L及23 000 mg/L,與灌樣前估算的氯根情況一致,具有較高的準(zhǔn)確性。

圖4 2 859.0 m泵抽聲波時(shí)差參數(shù)圖

除A井之外,該計(jì)算方法在蓬萊、墾利等區(qū)塊的井均取得不錯(cuò)的應(yīng)用效果,樣品的滴定氯根含量與灌樣前估算的氯根含量具有較好的一致性,誤差基本維持在10%之內(nèi),說明該方法具有較高的準(zhǔn)確性。但是,該方法也有明顯的缺憾,那就是氯根的估算公式比較復(fù)雜,利用手工計(jì)算的方式比較繁瑣,計(jì)算難度大,需要將公式進(jìn)行集成化之后才能方便計(jì)算。通過對(duì)大量作業(yè)數(shù)據(jù)的分析,進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了濾液礦化度與聲波時(shí)差的定量關(guān)系。

4 取樣新思路

圖5 流體聲波時(shí)差與氯根含量關(guān)系圖

經(jīng)過多口井的實(shí)際作業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)在溫度和壓力基本穩(wěn)定的情況下,聲波時(shí)差的變化量和流體礦化度的變化量是呈近線性關(guān)系(見圖5)。從圖5可見聲波時(shí)差的變化與氯根含量的變化基本是呈近線性關(guān)系,即聲波時(shí)差每增大1 μs/ft,流體氯根含量降低約7 000 mg/L左右。經(jīng)過多口井的實(shí)際應(yīng)用證明,該算法具有較高的準(zhǔn)確性。以此為基礎(chǔ),可以對(duì)常規(guī)取樣思路進(jìn)行調(diào)整,形成新的取樣方法。在取樣之前,根據(jù)濾液的實(shí)際礦化度和聲波時(shí)差,設(shè)定泵抽的目標(biāo)氯根,估算達(dá)到目標(biāo)氯根值時(shí)的聲波時(shí)差值,技術(shù)路線見圖6。

圖6 取樣新思路技術(shù)路線圖

作業(yè)時(shí),聲波時(shí)差值達(dá)到目標(biāo)值即灌樣,作業(yè)目的性更強(qiáng),同時(shí)具有較高的準(zhǔn)確性。以墾利區(qū)塊某井為例,作業(yè)時(shí)其濾液氯根為63 000 mg/L,濾液聲波時(shí)差為181 μs/ft,結(jié)合區(qū)域經(jīng)驗(yàn)估算,當(dāng)樣品的氯根在25 000 mg/L左右時(shí),即可判定儲(chǔ)層含水。根據(jù)聲波時(shí)差每增大1 μs/ft,流體氯根降低約7 000 mg/L左右的結(jié)論,估算目標(biāo)聲波時(shí)差值為186.5 μs/ft。泵抽5.5 h之后,聲波時(shí)差值達(dá)到186.5 μs/ft;灌樣,樣品氯根24 500 mg/L,與預(yù)測(cè)時(shí)數(shù)據(jù)一致。多口井的實(shí)際作業(yè)結(jié)果說明該結(jié)論具有較高的準(zhǔn)確性,該方法確實(shí)可行。

5 結(jié) 論

(1)本文方法可實(shí)時(shí)估算流體的受污染程度,為取樣時(shí)灌樣時(shí)機(jī)的把控提供了新的、定量化參考依據(jù)。

(2)聲波時(shí)差法應(yīng)用的關(guān)鍵在于卡準(zhǔn)聲波首波,確保聲波時(shí)差值準(zhǔn)確;準(zhǔn)確讀取在剛開始泵抽時(shí)濾液的聲波時(shí)差值,計(jì)算準(zhǔn)確的目標(biāo)聲波時(shí)差值。

(3)本文方法改變了常規(guī)取樣的思路,使取樣作業(yè)目的性更強(qiáng),效率更高。