EFDT在水基泥浆井取样过程中的含油率分析方法

欧阳帅玉，马俊全，刘世明 （中海油田服务股份有限公司油田技术事业部，天津 300459）

0 引言

EFDT仪器流体识别分析是利用油、气、水及钻井液的流体密度与电导率之间存在差异的特性，在流体取样前通过泵排的方式，使地层流体实时流经密度与电导率传感器探头，并将传感器测量数据通过处理实时反馈给工程师，从而判断样品性质、污染程度等，指导操作者选取合适的取样时机。流体数据还可实时提供给客户，作为油田开发的快速决策的依据[1-2]。

以渤海湾为例，其水基泥浆矿化度一般在几万到十几万不等，电导率数值一般在10～100 S/m，而地层原油电导率数值往往小于1 S/m，与水基泥浆电导率差异明显，理论上可通过电导率数值有效区分流体性质。同时可根据钻井液、地层流体密度的差异性，利用密度传感器实时测量流体密度的变化，并与电导率数据相互验证，从而判断实时泵抽流体性质。

1 流体识别技术简介

EFDT仪器目前主要通过获取实时流体数据为流体密度与电导率，利用流体泵将地层流体持续抽入仪器内部；流体流经两个传感器后排入井筒内，通过监测传感器数据的响应来判断流体性质，从而帮助确定取样时机[2,3]。

1.1 流体电导率传感器测量原理

EFDT仪器电导率传感器的主要功能为利用电磁感应原理，实时测量进入仪器管线内部流体的电导率数据，其探头内部含一个发送线圈U1以及一个接收线圈U2。其中U1线圈与交替电压接触，通过的电解液将感应电流带至U2线圈，在U2线圈产生感应电压，而U2线圈产生的电压与电解液的电导率成一定比例，通过换算即可得到电解液的电阻率。当仪器在井下时，通过线圈的电解液即为井下泵抽流体。当不同矿化度流体流经两个感应线圈时会产生不同的电导率数据，根据其判断出井下流体性质[1-3]。

1.2 流体密度测量原理

EFDT仪器的密度传感器采用双U型管式高温高压流体密度传感器，该传感器采用反馈谐振式方法进行测量，其原理为将U型管作为振子，依靠反馈环路维持罐子的谐振状态，通过测量谐振周期获得管子内介质密度，其基本原理来源于弹性力学悬臂梁震动理论中震动体谐振周期与其系统质量的关系[1-3]。简单来说，当不同介质流经传感器U型管路时，会改变管路震动频率，管路的震动频率与流体密度呈线性关系，利用已知密度的物质（一般为空气与蒸馏水）对震动频率进行标定，繁衍出频率与流体密度的线性关系，在后期需要进行流体密度测量时调用这一关系，实现通过对震动频率进行采集从而获得流体密度。EFDT流体密度传感器可实现0～2 g/mL测量范围，测量精度为0.025 g/cm3，可满足油气井绝大多数流体测量要求。

2 混相流体识别难点

EFDT仪器通过探针坐封至井壁，利用橡胶packer将井筒泥浆与地层隔离，再通过流体泵不断排除污染带流体。在此过程中通过流体识别传感器实时判断流体性质，确定泵出流体满足取样需求时将样品灌入取样桶，从而实现地层原状流体获取。整个泵排过程中流动的液体通过电导率、密度传感器，测控系统会通过250 ms/次的频率采集当前流体数据，并实时上传至地面的监控界面。测试过程中我们发现，当有油气突破时，受重力影响以及由于油、水或钻井液相容性差，参数曲线出现强烈波动；且随着泵速与压差的增加，混相程度明显增大，曲线失真率升高，准确获得准确的含油比例困难化。在极端情况下，甚至无法对泵排过程中无法进行含油比例趋势变化、样品实际含油率判断[2-4]。目前保证样品纯度的方式只能增加泵排时间，造成钻机时间浪费的，同时也限制了流体识别传感器的实际作用。

以渤海湾A井的取样为例。受流体混相程度高的影响，自油气突破后电导率数据、密度数据跳跃严重，整个泵抽过程中始终无法准确量化样品含油比例。通过流体识别传感器曲线响应基本能够识别出出油气突破时机，但无法进一步量化油气含量，无法提供数据证明当前泵出流体油气含量是否符合实验室分析需求，为取样决策造成困扰。

3 利用数据分类得出混相流体含油率

EFDT仪器测控系统在获取电导率、密度数据时采取的方式为每250 ms采集一个瞬时数据并上传。从传感器测量原理来看，我们可以将对持续流体的测量视为间断性点测：假设流经两个传感器的流体由多个小段塞组成，根据油水分离特性，即使流体处在高度混相状态；断塞体积越小，其点测准确率越高。在系统采集分辨率固定在250 ms且传感器流道体积固定的情况下，且每个段塞的长度仅和泵速有关。选取EFDT的平均泵速6 cm3/s进行计算，每秒流经电导率传感器的流体体积约为6 mL；在以250 ms为一个采样率的前提下，传感器完成每次测量时大约流经1.5 mL流体流经，电导率探头线圈间容积大约为0.2 mL，密度传感器的测量体积约为3 mL，电导率传感器测量数据精准度要明显高于密度传感器，但与流量体积对比，密度传感器的覆盖率要高于电导率传感器。同时可以确定低泵速可以提升流体识别传感器的测量覆盖率，并利于断塞流的形成。

以渤海油田为例，钻井过程中主要以水基泥浆为主，矿化度较高，对应电导率数值较大；而地层中原油不含导电离子，对应电导率值较低，理论上对电导率与密度数据设定门槛值，将点测数据进行归类统计，即可直观地得到含油比例。同样以A井样品为例，根据区域地层流体特性将电导率门槛值设1 S/m，而1 S/m以下设为原油，密度为0.95 g/cm3（临井参考值）。为便于可视化，将每30 s的120个测量数据进行堆积统计输出，电导率、密度数据输出结果能够直观地显示流体含油比例。

从数据分析结果看，电导率与密度数据的输出结果存在一定差异，这种差异主要与传感器测量体积分辨率不同以及选择门槛值不同有关，为确保数据的有效性可通过对电导率与密度数据进行叠加，叠加重区域即可被认为为纯油部分。根据最终叠加结果输出绝对含油比例结果（如图1所示），该结果可用于判定当前泵出流体最低含油量。

图1 叠加结果

示例井示例样品化验结果为：取得样品450 mL，其中含油约100 mL，地层水约350 mL，实际含油量约22%；通过上图输出结果对取样前10 min含油比例进行平均，得到含油比例为19.6%，绝对含油比例数值可靠。

4 结语

依据上述方式，分别对渤海油田不同区块的多个样品进行分析，其最低含油率的准确率可达到90%以上，影响因素主要与门槛值选择、泵抽速度以及样品乳化、含气等样品属性相关。在依据临近数据所给与的准确门槛值的情况下，通过降低泵抽速度，避免样品发生乳化、控制压降导致的样品相变等操作，提升此方法的准确度。实际含油率误差在上述条件控制较好的条件下可被控制在15%以内，为现场快速判断混合流体含油量提供了可靠依据。目前此方法已成熟应用于渤海油田EFDT设备取样过程中样品含油体积计算。