稠油出砂储层的电缆地层流体取样新技术

李欣，张国强，任宏，苏朝博，胡云，王健

（1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津塘沽300452；2.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津塘沽300452）

稠油出砂储层的电缆地层流体取样新技术

李欣1，张国强2，任宏1，苏朝博1，胡云2，王健2

（1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津塘沽300452；2.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津塘沽300452）

渤海油田探明稠油地质储量占总探明石油地质储量的50.4%以上，稠油储层埋藏浅出砂严重，电缆地层流体取样成功率极低，通过试油取样的勘探成本又非常昂贵，故稠油出砂储层取样一直是电缆取样的难题。针对上述问题从探针类型和泵型的选择、泵速压差的控制、泵抽时间、灌样方法等方面入手，形成了具渤海特色的流体取样方法。实践证明，该方法大大提高了稠油出砂储层电缆地层流体取样的成功率。

渤海油田；稠油出砂储层；电缆地层流体取样；灌样方法

1955年首支地层测试器投入商业化应用以来，地层测试与流体取样技术经历了多个重要发展时期［1］，其主要目的是通过直接获取地层流体样品及测量地层压力等地质参数来评价储层的油气产能。虽然该技术日趋成熟，但由于受储层渗透性、泥浆滤液的侵入程度、储层厚度、探针类型、泵型、泵速压差及泵抽时间等因素的影响，稠油储层、低渗透性地层、出砂地层仍然是电缆地层流体取样目前面临的主要难题，稠油出砂储层取样失败将直接影响储层评价及储量申报。本文通过分析储层特性和稠油性质，选择合适的探针类型、泵型，控制泵速压差以及泵抽时间等方法有效提高取样成功率，降低勘探成本。

1　技术简介

1.1电缆地层流体取样技术面临的难题

1.1.1稠油流度低渤海油田稠油资源十分丰富，探明稠油地质储量占总探明石油地质储量的50.4%［2］。稠油具有高密度、高黏度、高胶质加沥青质的特点。以A井区为例，该井地层流体取样原油在50℃时黏度为48 210 mPa·s，20℃时密度为1.01 g/cm3，据中国稠油分类标准，属于接近超稠油的特稠油，基本无流动性，在地面转样时没有外力作用，油样无法从取样桶中流出（见图1）。

图1　A井地层流体原油样品Fig.1 Crude oil sample of A well formation

稠油储层取样存在着相互矛盾：其一是稠油黏度大，流度低（流度=渗透率/黏度），取样所需驱动压差大，才能将原油从地层中抽吸出来。其二是渤海油田常规稠油油藏埋藏浅，储层出砂严重，压差大会使原油携砂堵塞仪器。因此，在稠油出砂储层取样需要减小压差，增大过流面积，既要保证原油流出地层，又要保证出砂不堵塞仪器，即是目前稠油出砂储层取样面临的主要难题。

1.1.2储层出砂严重渤海油田稠油油藏埋藏浅，压实成岩作用差，储层胶结疏松，砂粒间结合能力较弱，在一定压力梯度下，砂粒易发生脱落，孔隙中原油黏度高，携砂能力强，致使稠油携砂进入派克导致砂堵。浅层稠油储层往往伴有出砂现象，使流体取样更加困难。1.1.3仪器漏封地层流体取样时要求派克与井壁密封，泵抽使地层流体在压差作用下进入仪器取得原油样品。如果派克周围的砂岩比较疏松，在压差的作用下易发生垮塌，导致泥浆进入仪器取样失败，这也是取样过程中常见的问题之一。

1.2解决稠油出砂储层取样的技术方法

随着不同的探针类型、泵型相继问世，结合应用情况，不断总结经验，摸索出一套行之有效的稠油出砂储层地层流体取样方法。

1.2.1探针类型的选择常规探针取样模式通常要求自然伽马值小于75 API，地层密度小于2.45 g/cm3，有效孔隙度大于15%，有效渗透率大于10 mD，常规探针对于低渗透性地层、稠油储层等适用性较差。稠油出砂储层需要较大的压降驱动地层流体，但为防止地层出砂和垮塌需要增大过流面积减小压降，因此建议选用超大面积探针进行取样，油质越稠需要的过流面积越大。

超大面积探针和速星探针大幅度增加了过流面积（见表1），解决了因渗透性低压差大导致取样困难的难题，为低流度地层的取样提供了有效途径，提高了稠油取样的成功率。地层流体取样探针（见图2）。

1.2.2泵型的选择斯伦贝谢泵抽模块的泵型可分为常规变流泵（0.8 mL/s～32.8 mL/s）和蜗牛泵（0.07 mL/s～0.84 mL/s）。常规泵又分为常压泵（8.2 mL/s～32.8 mL/s）、高压泵（6.3 mL/s～24.6 mL/s）、超高压泵（4.4 mL/s～18.3 mL/s）和双倍超高压泵（0.8 mL/s～16 mL/s）。在保证时效的前提下提高稠油取样成功率，统计结论（见表2）。根据不同的原油性质和不同的出砂情况要选择对应的泵型，使地层流体取样既具有较高效率又能够成功取得样品。对于油稠且出砂严重储层，既要选择超大探针，同时还要使用低速泵。

表1　地层流体取样探针类型对比Tab.1 Comparison of different formation fluid sampling probe types

表2　不同类型原油与泵型匹配统计表Tab.2 Statistical list of different kinds of crude oil and their corresponding pump types

1.2.3低泵速小压差泵抽取样常规取样一般采用中高泵速，但对于稠油出砂储层必须要采取低泵速小压差的泵抽方式，缓慢抽吸地层流体，保证稠油不携砂进入派克，降低砂堵的概率。但随着高黏度原油进入仪器，压差会越来越大，必须继续降低泵速以减少压差，要求流压基线应该比较平稳，以防止砂堵和漏封（见图3）。

图3　A井地层流体取样压力变化图Fig.3 Pressure variation of A well formation fluid sampling

1.2.4泵抽时间稠油的流动性非常差，钻井过程中驱替困难，因此稠油储层的泥浆侵入浅，如A井，从地层中取出2 L流体后就开始有原油进入取样仪器。根据取样用途不同，取样量也不同，相应的泵抽时间也长短不一。如果只是为了鉴定油水性质，需要的泵抽时间较短即可进行定性判断；但如果要对流体进行实验室化验分析，则需要取较多样品，泵抽时间随之加长，同时需要实时根据光谱分析、流体密度、电导率等判断地层流体污染程度，确定取样时机。

一般泵抽时间从几小时到十几小时不等，同时要考虑井壁的稳定性，并在取样前做好黏卡实验，结合异向解卡短节预防仪器黏卡。

1.2.5阶段性灌样稠油出砂储层取样时一旦出现砂堵、漏封等，则取样往往会失败。此外，稠油乳化现象严重，很难取到较纯的稠油样品。为降低此类风险，经过多次实践，提出了阶段性灌样的方法。

取样过程中PVT样桶可以通过泄压得到常规样品，针对这一特点，可根据光谱、流体密度、电导率等分析判断，每隔一定时间取一个样品备份，样品纯度是递增的，在样品较纯时取得最后流体样品。一旦取样失败还有其他备份样品做保证，解决了上述问题。阶段性灌样有以下两个优势：一是通过多个取样桶累计原油量，增加取得原油的总量，为实验室化验分析提供保证；二是通过不同阶段水中离子变化分析地层流体受泥浆滤液污染情况，判断储层是否含水。

2　技术成功应用实例

稠油出砂储层电缆地层流体取样技术在A井、B井等多口井进行了成功应用，均取得较多的稠油样品，为流体性质判断、升级区域储量规模提供了可靠的数据支持，下文以A井、B井为例进行阐述。

2.1A井

2.1.1基本情况A井完钻井深1 721.0 m，主要目的层为明下段、馆陶组、沙二段，埋藏浅压实较差，出砂严重，录井油气显示油质较稠。在1 039.5 m成功地进行了流体取样。

2.1.2探针及泵速选择地层测试得出A井1 039.5 m安全生产压差为0.36 MPa，出砂生产压差为1.42 MPa（见表3），储层极易出砂，因此要选择大直径探针、低速泵进行流体取样。探针选用的是LCC公司的RCI大直径探针。

表3　A井地层测试出砂解释数据Tab.3 A well formation test sand producing interpretation data

2.1.3取样措施作业过程中A井油层采用平均0.46 mL/s（1.68 L/h）的泵抽速率，保证了尽量小的流速和压差，从地层中抽出2 L流体后开始有原油进入仪器，但随着原油的进入，地层与仪器内的压差也越来越大，由开始的0.345 MPa逐渐增加到7.584 MPa（见图3），为防止压差造成出砂，继续降低泵抽速率。同时为避免出现砂堵、漏失、垮塌、仪器故障等造成无法取得样品的问题，现场采用阶段性灌样。

泵抽12.5 h后成功取得流体21.0 L（油：700 mL）流体样品，原油黏度极大，没有外力的作用基本不具有流动性（见图1）。原油分析结果：黏度（50℃）为48 210 mPa·s，相对密度（20℃）为1.010 g/cm3，相对密度（50℃）为0.991 8 g/cm3，属于接近超稠油的特稠油。A井流体取样创渤海稠油取样之最。

2.2B井

2.2.1基本情况B井所在构造是渤海油田重点勘探区块，区块东一段储层发育一套稠油层。为进一步扩大该构造储量规模，钻探B井，并在2 076.0 m进行了流体取样。

2.2.2探针及泵速选择地层测试得出B井2 076.0 m安全生产压差为5.65 MPa，出砂生产压差为8.38 MPa（见表4），出砂生产压差较高，表明储层出砂并不严重，因此对泵抽速度要求不高，可选用中速泵。

表4　B井地层测试出砂解释数据表Tab.4 B well formation test sand producing interpretation data

由于该储层对泵速要求不高，根据区域资料该区块储层原油属于普通稠油，本着降本增效的原则，在B井应用COSL新研制的EFDT极板式超大探针（见图4），其过流面积是常规探针的50多倍，相同泵抽速度情况下可有效降低泵抽压差，一定程度防止储层出砂和井壁垮塌，增加了稠油取样的成功率。

图4　油服大极板探针Fig.4 Large pad probe of COSL

2.2.3取样措施仪器座封，开始泵排滤液，控制管线内压降在6.205 MPa以内，初始泵速低，之后随着管线压降减小，逐渐增加泵速，管线流压基线基本稳定（见图5）。泵排180 min后，泵出66.0 L滤液，各项参数趋于稳定，开始灌样。井口仪器转样，转出样品共1 800 mL（油：500 mL，滤液：1 300 mL），样品氯根32 000 mg/L，泥浆氯根42 000 mg/L。B井采用油服超大探针，增大过流面积，泵抽过程中对管线流压进行精确控制，有效防止地层出砂及井壁垮塌，保障稠油取样作业顺利完成。

图5　B井取样压力变化图Fig.5 Pressure variation of B well formation fluid sampling

样品分析结果：黏度（50℃）为2 733 mPa·s，相对密度（20℃）为0.977 9 g/cm3，相对密度（50℃）为0.959 0 g/cm3，稠油类型属于普通稠油（见图6）。由B井可以看出油服超大探针对于普通稠油有较好的应用效果，能够在出砂不是很严重的储层取到稠油样品。

图6　B井稠油样品（2 076.0 m）Fig.6 Heavy oil sample of B well（2 076.0 m）

3　结论

随着稠油出砂储层电缆地层流体取样方法在渤海油田多次成功的实践应用，该方法日趋成熟，大大提高了稠油出砂储层的取样成功率，是电缆地层流体取样的新突破，同时对确定储层性质和区块储层评价等具有深远的意义。该技术在达到地质目的的前提下节约成本，提升时效，并得到以下结论：

（1）以往的稠油出砂储层取样成功率极低，很难取到原油样品，曾一度在设计上不得不取消稠油储层的地层流体取样，要获得稠油的油品性质不得不依靠昂贵的地层测试来解决。本项目转变传统观念，通过对稠油出砂储层的深刻认识，应用声波来计算出砂生产压差，结合常规测井资料与区域资料判断储层性质及原油性质，为地层流体取样方案的制定提供基本依据。

（2）经过一年多的探索实践，创建了一套行之有效的具有渤海特色的稠油出砂储层电缆地层流体取样方法。根据储层性质和原油性质甄选不同的泵型、探针类型，为稠油出砂储层取样提供基础保障，作业过程中分析各类资料，取样时控制好泵速压差，采取低泵速小压差的泵抽方式，缓慢抽吸地层流体，防止砂堵和漏封，并根据不同的取样用途确定泵抽时间。为防止砂堵或井壁垮塌造成取样失败，创建了阶段性灌样的取样方法，降低了稠油取样失败的风险，增加了样品的总量，为实验室化验分析提供保障，阶段性灌样可根据不同阶段水中离子变化来分析地层流体受泥浆滤液污染情况，对比判断储层是否含水，在达到地质目的的前提下节约成本和提高时效。

（3）该技术大大提高了稠油出砂储层的取样成功率，为稠油出砂储层的测井设计提供依据。通过获得的地层流体样品确定储层性质，为区块储层评价，储量申报提供基本数据，使储量评价数据更加可靠。该套技术的成功应用对于稠油储层评价、储量申报等意义重大，是电缆地层流体取样的新突破，为渤海油田稠油勘探做出重要贡献。

［1］杨兴琴，王书南，周子皓.地层测试与井下流体取样分析技术进展［J］.测井技术，2012，36（6）：551-558.

［2］郭太现，苏彦春.渤海油田稠油油藏开发现状和技术发展方向［J］.中国海上油气，2012，25（4）：26-30.

A new technology of wireline formation fluid sampling in heavy oil with sand producing reservoir

LI Xin1，ZHANG Guoqiang2，REN Hong1，SU Zhaobo1，HU Yun2，WANG Jian2
（1.CNOOC EnerTech-Drilling&Production Co.，Tanggu Tianjin 300452，China；2.CNOOC（China）Ltd.，Tianjin Branch，Tanggu Tianjin 300452，China）

The proved heavy oil geologic reserves accounts for more than 50.4%of total proved geologic reserves in Bohai oilfield.While the shallow buried depth of heavy oil reservoir and its serious sand producing problem lead to low success rate of wireline formation fluid sampling.Formation test sampling can be a solution but cost much.Thus heavy oil reservoir sampling has always been a difficult problem in Bohai oilfield.To solve the problem，by following ways like choosing of probe and pump type，controlling of pump speed and pressure drop，pump time，modifying of filling sample method and so on，this paper introduced a fluid sampling method which fits for Bohai oilfield.Operation in study area proved that the success rate of wireline formation fluid sampling in heavy oil sand producing reservoir is greatly improved by this way.

Bohai oilfield；heavy oil sand producing reservoir；wireline formation fluid sampling；filling sample method

TE345

A

1673-5285（2016）09-0015-06

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.09.004

2016－07-19

中海石油（中国）有限公司天津分公司自主科研项目“细分构造带的录井油气水解释模型及评价方法研究”，项目编号：ZZKY-2016-TJ-01。

李欣，男（1981-），工程师，学士学位，2004年毕业于中国石油大学（华东）勘查技术与工程专业，主要从事中国海洋石油国内及海外的勘探作业总监工作，邮箱：lixin3@cnooc.com.cn。