MDT测压取样测前模拟优化技术在南海东部的应用

2021-05-03夏竹君罗鹏王显南谢瑞永顾玉洋刘超

石油工业技术监督 2021年4期

夏竹君，罗鹏，王显南，谢瑞永，顾玉洋，刘超

1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司（广东深圳518064）2.中海石油（中国）有限公司深圳分公司（广东深圳 518064）

MDT 测压取样仪是美国斯伦贝谢石油公司的专利，从第一代的FT（Formation Test）、第二代的RFT（Repeat Formation Test）到现在第三代电缆模块式动态地层测试仪MDT（Modular Dynamic Forma⁃tion Tester），一直处于世界领先水平，服务于世界各油田，在我国各油田均取得成功应用[1-5]。MDT测压目的是建立区块压力剖面、识别储层流体性质、确定流体界面，MDT 取样目的是确认及识别流体性质，直观、快速评价，且PVT取样能进一步了解储层特性，MDT 资料在解决复杂油气井的测井解释、连通性等方面发挥了重大作用，特别是识别储层烃类气与二氧化碳非常有效[6-10]。如何快速取全取准MDT测压取样资料一直是大家普遍关注的问题。

1 MDT测压取样常见问题

1.1 测试过程

MDT测压取样是在裸眼井中进行的，井下工具示意图见图1，测试过程如下。

图1 MDT测压取样仪器

1）工具下至指定深度，开平衡阀，记录该点钻井液静压。

2）推靠器推向井壁，贴井壁的探头探管刺穿泥饼插入地层，探头上的分隔器向井壁靠拢并压向井壁。

3）探管中的小活塞收回，使井下仪器内测试空间与地层相连通，管线中的流体体积填补小活塞让出的空间，此时地层压力略有下降。

4）小活塞一直退回直至停止，封隔器继续向井壁压迫，直到仪器完全固定于井壁，即封隔器座封成功。测试室活塞滑动，以恒定流速抽吸地层使液体充满预测试室，此时压力很快大幅下降。

5）抽吸活塞到达终点后，压力扩散仍然会有部分地层流体流入探管，测试压力开始升高，直至恢复到原始地层压力。

6）按照设计要求开泵抽吸流体进行光谱分析，达到一定要求后打开取样阀门进行地层取样。

7）打开平衡阀门，再测量一次钻井液压力，回缩分隔器与支撑臂即解封，准备进行下个压力点的测试。

1.2 常见问题

MDT测压取样作业的常见问题：

1）工具遇阻。井况复杂、狗腿度大、井眼垮塌、裂缝、泥浆性能不适合、工具过长、工具结构不合适等，均会导致工具遇阻无法完成测试。

2）工具及电缆卡。井况复杂、地层有洞缝、泥浆性能不适合、测试停留时间过长等，均会导致工具及电缆卡无法完成测试。

3）坐封失效。井况复杂、地层有洞缝、没有泥饼、封隔器变形等，造成坐封失效。

4）取样失败。岩性复杂，浸入太深，泵抽较长时间没有地层流体或泵抽过程中失封，取样失败。

5）测点岩性物性差异大。MDT 探针有标准探针、大直径探针、快速探针、超大直径探针、椭圆探针、速星探针、双封隔器等7 种，需要根据岩性物性选择，当测点岩性物性差异大时，可能需要两种及两种以上的探针才能满足测试需要。

6）泵不动。泵抽稠油、地层致密和泵抽压差过小，均会导致泵抽不动无法完成测试。

7）单探针或者管线堵。地层出砂、泥浆加入塑料小球等均会导致管线堵塞而无法完成测试。

8）漏封。地层疏松、井眼不规则、泥饼质量差、封隔器胶皮损坏等均会导致漏封无法完成测试。

MDT 现场作业风险较大，特别是井况复杂、洞缝发育、低孔低渗、高温高压等储层，为了安全快速高质量完成测压取样作业，南海东部提出了MDT测前模拟优化技术，指导现场测试作业。

2 MDT测前模拟优化技术

测前设计一般由基地测井作业主管、测井解释人员及现场测井监督合作完成。在完成常规测井项目和其他特殊测井项目后，综合测井、录井、气测、钻井取心等现场资料，结合目的层所要解决的地质以及工程任务，同时考虑测量时的安全因素，进行测前模拟，优化选择测量点及工具模块，模拟井下泵抽过程，预测油气突破时间及含水率变化情况等，指导现场测试作业，达到最佳的测井目的。MDT测压取样测前模拟优化流程如图2所示。从施工安全角度来看，任何井况下的MDT 测压取样作业，均应开展测前模拟优化，确保万无一失。

2.1 资料收集

2.1.1 区域资料

收集的区域资料主要有：地质勘探开发形势图、井位部署图、构造井位图、地质设计任务书及地质勘探开发报告等；主要目的层构造特征、储层特征、沉积环境及油气藏类型；含油气层系的岩性、物性、含油性及测井响应特征；各层段地层水矿化度变化情况；邻井测井资料以及与测井解释相关的图版、测井解释模型、解释参数。

图2 MDT测压取样测前模拟优化流程

2.1.2 录井资料

收集的录井资料主要有：岩心录井图；岩心描述清单；岩心分析资料；岩屑及含油情况描述；油气显示井段、基值、全烃最大值及全烃值与基值的比值、气体组分分析解释结果等。

2.1.3 钻井资料

收集的钻井资料主要有：井身结构以及地层孔隙压力情况，估算裸眼井段长度以及井底压力，评估测压取样作业风险；作业井定向井设计方案以及实钻轨迹情况，对于测压取样测井作业井斜不宜超过30°，最大狗腿度应控制在3°/30 m；起下钻遇阻、憋压以及憋扭矩情况；振动筛返出情况，井眼泥浆清洁度。

2.2 测点优化

2.2.1 测压点优选

测压总体原则为：确保至少在3 个深度点测压成功，测压点之间深度间隔不小于3 m。

1）基于勘探初期的预探井以发现油气藏为目的，应在全井段砂层内布测压点，建立区块的压力剖面。计算储层流体密度，确定气、油、水界面，为勘探地质研究提供基础信息。

2）对于勘探中期的评价井，应在重点层及疑难层内布测压点，在流体性质不同的储层必须确保至少有3 个深度点测压成功，且在界面附近尽量加密测压点数，为储量计算提供参数。

3）基于开发初期的准备井以获取油藏压力为目的，建立油藏压力资料，为油藏开发方案编制提供依据，故在每个层系的砂层组布测压点，从面上控制压力变化趋势。

4）对于开发中后期的调整井，重点在动用层系布点，掌握油藏压力变化，监测储层连通性及动用情况，实现油层动态跟踪，因此，应采取测量点加密方式测井。

5）利用常规测井资料解释油气层，确定测压取样储层段，初步确定流体界面。

6）根据井径资料微调深度点，避免坐封不成功。

7）根据电成像、核磁共振测井等资料进一步微调薄互层测压取样深度点，提高测试成功率。

2.2.2 取样点优选

1）以确认地层流体性质为目的，一般在油气显示较好的储层和测井解释疑难层布取样点。

2）同一流体性质的储层，原则上在本测试段中物性好的深度只设计一个流体分析取样点。

3）测压流度进一步确定流体分析点的物性情况，若流度较好可泵抽进行流体分析及取样；若流度较差，可上下移动0.5 m左右，重新测压及取样。

4）根据地质研究和储量计算需要，确定常规取样和PVT取样层位及数量。

5）根据井径资料微调深度点，避免坐封不成功。

6）根据电成像、核磁共振测井等资料进一步微调薄互层取样深度点，提高测试成功率。

2.3 工具模块优选

MDT 地层测压取样工具包括多个测试模块。不同的测试任务、不同的储层特征、不同的井筒环境等应选择不同的测量方法和工具模块。

MDT测压取样常用的模块是：供电及信号控制模块（必选）；探针模块（必选），地层物性较好时选用单探针模块，地层物性较差时选用双封隔器或者速星模块；泵抽模块据地层物性而定，物性较好地层使用常规泵，较差地层选用超高压泵模块；样桶模块根据测试目的可选，取样桶个数根据取样点个数选择；井下流体分析模块，根据流体类型而定，一般流体使用CFA 模块，含有二氧化碳流体时选用IFA。

对于井况较差井，考虑到施工安全，一般采用最简单组合，即单泵抽模块、单样桶模块和单探针模块。

2.4 模拟测压取样过程

2.4.1 井下电缆张力模拟

根据井轨迹数据、井筒环境、泥浆体系、测试工具模块等信息进行井下电缆张力模拟，分析工具下放及上提过程中可能存在的风险及解决方案，确保测试的安全性及成功率。

2.4.2 测压取样过程模拟

当储层岩性物性复杂、洞缝发育、低孔低渗、高温高压等，测前进行测压取样过程模拟非常重要，它决定了整个作业过程的成败。MDT 测压取样模拟软件主要有3 个模型,即MDTLYR、MDTSIM、FS⁃JP，有助于优选合适的探针和泵抽模块，合理评估作业过程中预期效果，确保测压取样成功率及时效。

1）MDTLYR 模型为多层模型，模拟分析探针或封隔器井下坐封情况以及探针对压力的响应情况，有助于选取合适的探针或封隔器。

2）MDTSIM 模型为多层模型，模拟不同泵抽速率时各种探针对流体的响应情况，选取适合的泵抽工作制度。

3）FSJP模型是地层测试流体分析模拟软件，主要模拟各类探针(如大探针、超大探针、椭圆探针、聚焦探针等)、双封隔器、速星等泵抽过程中，对泥浆滤液清理过程进行分析。在侵入深度、流体类型、复杂井况等情况下，FSJP模型对油气的突破时间以及泵抽净化清理滤液的过程进行高精度模拟，实现作业模块的优化选择和作业时间的评估，从而指导现场实际作业。

3 应用实例

南海东部惠州某区A井发育风化裂缝带和内幕裂缝带两种储集类型，成藏模式为源边型“立体网状”。A井为该区块2020年3月完钻的一口预探井，215.9 mm（8.5"）井眼裸眼段3 590～4 276 m，录取的测井资料有常规、核磁共振、能谱、声波，如图3 所示。在4 056～4 061 m井段自然伽马95 API，无铀伽马91 API，均较高，核磁有效孔隙度10%，深电阻率33 Ω·m，总烃明显异常达1.5%。钻井取心岩性为灰色闪长岩，主要成分为斜长石，次为角闪石，少量石英，偶见黄铁矿，荧光直照浅黄色，裂缝发育，岩性物性复杂，需要利用MDT取样结果验证储层流体性质。

通过MDT 测压取样模拟软件和井下电缆张力模拟，优选MRSR 速星、MRPQ_1 超大直径探针模块、MRPO 超高压泵模块、MRMS_1 多取样瓶模块、MRMS_2 多取样瓶模块、IFA 井下流体实验室模块和MRHY_1液压模块的测试仪器串，模拟结果显示该组合既能保证井下作业安全，又满足作业需要。

泵抽模拟时优选速星在4 057.7 m进行泵抽，输入实测的测井及地化录井信息参数，模拟井下泵抽取样过程，如图4 所示，拟合泵抽压降和流速，模拟结果显示泵抽3.5 h 以后油气突破，预测取样在370 min左右，含水率在60%～70%。

图3 A井综合测井图

图4 A井4 057.7 m测前泵抽模拟分析图

根据模拟结果，实际作业时先使用超大直径探针进行压力测试，均坐封失败，采用速星在4 057.7 m 进行泵抽，开始泵抽压降对应的流度为0.54 ×10-3μm2/（mPa·s），泵抽开始，荧光缓慢上升，泵抽190 min 左右，对应IFA 电阻率开始出现跳跃，光谱分析有烃类物质出现，伴随泵抽量的增加，含油比例增加。最终泵抽385 min，泵抽出地层流体55.1 L，含水率约85%，电阻率基值为0.009 Ω·m左右，其对应含水段塞的电阻率，因此泵出流体中的水为泥浆滤液，综合判断此深度流体性质为油层。测前模拟泵抽过程与实际泵抽结果基本吻合。根据这个测试结果，最终将4 056～4 061 m井段解释为油层，落实了流体性质，同时也为后续的井位部署提供了依据。

A井215.9 mm（8.5"）井眼共设计测压6个点，取样4个点，实际完成测压10个点（表1），取样3个点，先选用超大直径探针在3 个深度点测压，其中有2个泵抽时封隔器漏失，测成1个点。再选用速星在7个深度点测压，只漏失1次，并在其中3个深度点进行泵抽取样，共计泵抽694 min，取样5个，现场放样1个，完成测试任务。