井场快速水样分析技术及应用

2015-12-04蔡军高永德中海石油中国有限公司湛江分公司广东湛江524057

长江大学学报(自科版) 2015年19期

蔡军，高永德（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江524057）

刘海波，刘海涅，王晓飞（中海油服油田技术事业部，河北燕郊065201）

随着南海海域油气勘探的逐步深入，低阻低孔低渗等复杂储层越来越多，对该类储层的流体性质识别和评价是当前面临的挑战。为有效解决这一难题，电缆地层测试是海上探井一项获取地层流体样品的重要测井手段。但在应用过程中，存在以下问题：因储层渗透性、泵抽效率以及泥浆侵入深度等因素影响，电缆地层测试作业经常不能完全取到较纯净的原状地层流体样品；取到油气样品后就对储层的流体性质下结论，忽视了水样样品的离子组分，影响对水样的来源的判断，最终导致对地层流体性质的认识错误；水样样品需要送到陆地实验室分析，不仅时间长，因样品大部分是泥浆滤液和地层水的混合样，不但不能正确反映地层水特征，也无法确定其是否含地层水；油气样品与水样样品分别分析，没有从整体上考虑各自所占体积，不利于正确并定量地判断储层的流体性质［1～3］。

为了解决这些问题，提高储层流体性质识别的精度和提供准确的油气评价物性参数，笔者探索了一种新的井场水样分析技术，该技术由离子含量测定和数据分析2部分组成，保证分析结果的合理性与精度，且具有显著的时效优势。

1 水样分析流程

井场水样分析按以下步骤进行操作，以获得储层流体性质的正确判断。

1）对可能进行电缆地层测试取样的目的层，需要采集钻开该层时的泥浆样品进行压榨获得泥浆滤液样品作对比样品；

2）若电缆地层测试获得的样品为油水混合液，则需进行油水分离获得水样样品；

3）对泥浆滤液样品和井下水样样品进行离子测定，获取泥浆滤液样品和水样中各离子的组分和浓度；

4）结合区域地层水背景资料，对水样的离子含量数据进行定量的K＋浓度法或定性的Na＋／K＋比值法分析，以确定水样中混入的泥浆滤液占比；

5）对水样离子含量扣除泥浆滤液的影响，可获得地层水的总矿化度，进一步计算地层水电阻率，为测井地层评价提供本井的地层水电阻率；

6）对井下地层取到的油水混合样品或气水混合样品，扣除混入的泥浆滤液的影响后，可以进一步进行地层条件下的含水率估算，最终确定原状地层流体性质。

2 离子含量测定原理

井场快速水样分析采用离子色谱技术。该技术的测量原理是，样品溶液进入离子色谱仪后，由于水样中各种离子因所含电荷、具有的半径、水合能及其他性质的差异，导致了对离子交换树脂亲合力的不同，使阴阳离子在淋洗液和树脂之间的分配系数也不尽相同；在柱中反复洗脱和交换后被分开并依次流出，进入微膜抑制器，进行相应的H＋和OH－的交换，使得被测离子变成相应的电导较高的碱和酸；背景电导变成水和低电导的碳酸，经电导检测器逐个检测，与标准溶液比较，根据保留时间、峰高或峰面积来分别定性、定量分析水样中各离子的质量含量。

研究涉及的水样分析设备主要有2种，即美国戴安ICS900离子色谱和瑞士万通848电位滴定仪。ICS900离子色谱是用PC电脑控制的化学抑制性离子色谱控制系统，能够测定的常规阴离子有F－、Cl－、Br－、NO3－、N、P、S，常规阳离子有Li＋、Na＋、K＋、Mg2＋、Ca2＋、N。848电位滴定仪是离子色谱的必要补充，它是基于所配置的不同试剂来测定样品中不同离子的浓度和pH值，测定主要离子有C与HC。为进一步提高分析时效，可配2台离子色谱仪器，对阴阳离子同时测量。

3 数据分析方法原理

3.1 计算泥浆滤液含量

1）定量的K＋浓度法 K＋在地层中含量比较少，而海上泥浆一般为氯化钾泥浆，K＋含量都很高，且K＋不易与其他离子发生化学反应。如果样品中K＋浓度比泥浆滤液的K＋浓度低，则很容易被发现。因此，在实际应用中，将K＋含量作为区分地层水和泥浆滤液的特征离子，这就是定量的K＋浓度法［3］。

水样为地层水和泥浆滤液的混合物，同时K＋不易发生化学反应，取样样品中K＋的来源为地层水或泥浆滤液，即混合水样中K＋浓度乘样品体积等于泥浆滤液中K＋浓度乘泥浆滤液体积与地层水中K＋浓度乘地层水体积之和，据此原理可以求出水样中泥浆滤液混入的比例。

2）定性的Na＋／K＋比值法为了保证钻井安全，不污染储层，需经常调整泥浆体系，故出现井筒泥浆滤液与侵入地层的泥浆滤液性质不同的情况，采用Na＋／K＋比值法对流体性质进行定性判别。实际应用中，总结出水样与泥浆滤液的Na＋／K＋比值之差值0.3作为水样组成定性区分的界限值，并与定量的K＋浓度法相结合，可以较好地判断取样样品的流体性质［3］。

3.2 计算地层水含量和总矿化度及电阻率

采用离子分析法来求取混合水样中的地层水含量，即定量的K＋浓度法和定性的Na＋／K＋比值之差法，综合判断水样中是否含泥浆滤液以及比例，扣除泥浆滤液的离子影响后，可以计算出地层水总矿化度及电阻率。

地层水总矿化度计算公式为：

等效NaCl总矿化度Pwe计算公式为：

式中，P0为地层水总矿化度，mg／L；P1为泥浆滤液总矿化度，mg／L，为泥浆滤液中常见阴阳离子浓度之和；P2为混合水样总矿化度，mg／L，为样品中常见阴阳离子浓度之和；M为泥浆滤液的占比，%；Pi与Ki分别为第i种离子的矿化度与等效系数。

根据混合溶液总矿化度确定各种离子等效系数Ki的关系图版［4］，可以求得水样样品的等效NaCl总矿化度，对几种稀有离子可用固定的等效离子系数。根据NaCl溶液电阻率与其矿化度及温度的关系图版［4］，可得到地层温度下地层水电阻率。

3.3 计算储层产水率

储层产水率的求取多采用生产测井技术及钻井中途测试（DST）技术。基于电缆地层取样情况，笔者采用现场水分析技术：通过确定水样中地层水的比例和体积，借助图版法［5］得出其在地层条件下的体积；对于油样样品，根据现场原油高温高压分析所确定原油的体积系数，把地面条件下取得的油样体积转化为地层条件下的原油体积；根据地层条件下油层中油与水的含量比例，可定量地判断储层的流体性质，进而确定储层产水率。

4 现场应用

北部湾某凹陷C井是一口预探井，目的是落实该凹陷的含油气性，实现中深层油气勘探突破。图1是该井目的层段的测井响应曲线综合图。从图1可以看出，该井在3601.4～3604.4m井段，砂体特征明显，物性较好，气测值也较高，但是电阻率有下降趋势。为确定储层流体性质，决定在3603.8m进行电缆地层测试取样，泵抽210min后，泵抽出流体体积42000ml，获得油样体积15ml，水样体积780ml，气样体积微量。利用井场快速水分析技术对水样样进行离子含量测定和数据分析，得到泥浆滤液混入比例、地层水总矿化度、等效NaCl总矿化度及地层温度下地层水电阻率，列于表1。据此计算出水样中地层水体积780ml×（1－9.86%）＝703ml。根据泵抽取样时地层压力5074psi和温度137.3℃，利用图版法计算出地层条件下地层水体积703ml×1.06＝745.18ml。根据临井原油PVT样品分析知原油体积系数为1.2，可计算出地层条件下原油体积为18ml。最终计算该储层的含水率为97.6%，储层流体性质为含油水层。