电缆地层流体取样技术的改进及其在渤海油田的应用

穆贵鹏，张国强，涂春赵，任宏，杨林朋

1.中海油能源发展股份有限公司 工程技术分公司（天津 300452）2.中海石油（中国）有限公司 天津分公司（天津 300459）

电缆地层测试中的流体取样是储层评价的一种最直接、最有效的评价手段[1]，有效地层流体样品的获取不仅能直接反映储层的流体性质，而且对测井解释及区域评价起到至关重要的作用[2]。对于复杂储层（稠油储层、低孔渗储层、裂缝型储层等）取样来说，可能长时间泵抽仍无法取纯、取够地层油气样品[3]，如何用相对较短的泵抽时间取得更多的有效油气样品，是目前复杂储层取样面临的一个难题与挑战。

1 复杂储层电缆地层测试取样难点

对于电缆地层测试作业来说，复杂储层主要是指稠油储层、低孔渗储层、潜山储层等，在这种类型的复杂储层进行电缆地层测试取样时，普遍存在2个作业难点：①传统取样地层流体很难取纯，泵抽很长时间，泥浆滤液占比仍然会很高，取得的油气量较少，不足以用来进行化验分析；②基于渤海油田历年电缆地层测试作业经验，取样单点坐封时间越长，井下电缆和仪器的粘卡风险会不断增加，同时也会导致漏封等异常复杂情况[4]，降低作业成功率。

2 段塞流法取样技术

2.1 油气水“段塞流”形成机理

目前，渤海油田常用的电缆地层测试仪器均采用往复活塞泵（也称双向容积泵，如图1所示）进行泵抽，大致可分为管线、活塞、泵缸、控制阀等[3]，控制阀可以控制双向容积泵泵抽地层流体。

图1 往复活塞泵结构示意图

泵抽取样时需先泵排滤液，泵抽一段时间后滤液含量逐渐降低，地层里的油气会进入活塞泵，根据油气水垂直分异原理，泵内流体会自动分异，油气在上部、水在下部。往复活塞泵在上下走泵时，就会出现一段油气、一段水的往复，形成油气水“段塞流”现象。

2.2 创新仪器组合再现“段塞”现象

渤海油田传统取样仪器组合方式自上而下为：探针-密度-电导率-光谱-活塞泵-样桶，也代表了井下流体的流动方向，该种组合方式进行取样作业时地层流体在泵内油气水分异后直接进入样桶，不经过流体分析模块，流体参数监测上无“段塞流”现象。

取样仪器是模块化组合方式，电导率、活塞泵、探针、光谱等各个功能均为单独模块，互不干扰，仪器稳定性好，挂接组合灵活度高，因此可以根据作业需要实现不同模块的自由组合[5]。根据油气水“段塞流”原理，当地层流体泵出后首先经过泵模块实现油气水垂直分异，再经过光谱等分析模块时流体参数监测上显现“段塞流”特征，并且由于油气水垂直分异原理，地层流体自下而上泵抽会比自上而下泵抽的“段塞流”特征更加明显。基于以上分析，形成创新仪器组合（图2），使地层流体流动过程变成探针-活塞泵-光谱-电导率-密度-样桶，地层流体向上泵抽后在泵内产生油气水分离就会在流体监测参数上有体现，流体参数监测上出现“段塞流”特征（图3）。

图2 取样仪器组合改进前后对比

图3 取样仪器改进后地层流体光谱段塞现象

2.3 段塞流法取样决策机制

对“段塞流”特征进行精细化、标准化处理，通过取样作业流程定位配合相应计算公式，搭建新的取样决策机制（图4），具体执行过程如下。

图4 段塞流取样法标准化取样流程示意图

1）根据所选用的仪器确定流体分析模块至样桶的管线体积V。

2）开始泵抽后，根据实时的油气水“段塞”量估算油气的纯度，结合油气占比及时决策是否可以灌样。

式中：Q为油气占比；T1为油气段塞时长，s；T2为一回合走泵时长，s。

3）计算地层流体从流体识别模块到样桶所需要的时间。

式中：T为流体从识别模块到样桶的管线流动所需要时间，s；V为流体识别模块至样桶的管线体积，mL；Sp为泵速，mL/s。

4）油气“段塞”出现后开始计时，经过式（2）计算的流体从识别模块到样桶的管线流动时间后，打开样桶进行灌样。

5）根据油气“段塞”的持续时间关闭样桶。

6）重复前面的过程，直到样桶灌满，至此该点取样作业结束。

3 应用实例

该技术在渤中19-6-A/B井和旅大25-1-A井进行了成功应用。3口井在太古界潜山花岗岩储层和古生界潜山安山岩储层成功取得常规流体样品及高压物性样品（PVT）。以渤海油田渤中19-6-B井潜山裂缝储层成功取样为例：本井设计的取样点5188.8 m为太古界花岗岩潜山，从电成像曲线上看5188.8 m裂缝发育，属于潜山裂缝储层（图5）。该点取样目的为验证流体性质，并取得化验所需的足够油气样。

图5 渤中19-6-B井取样位置测井曲线图

仪器坐封泵抽81min后出现油气突破迹象，泵抽至83min后从光谱油气水段塞来看（图6），段塞上含水量很高，占比在80%左右，泵速为1.3 mL/s，管线体积为175mL，因此可计算出流体由光谱模块到达样桶的时间为134s，油段塞在光谱上显示的时间为40s，从在光谱上见到油段塞开始时间算起，134s后打开取样桶，174s时关闭样桶，重复以上过程直到取样桶灌满为止。通过该方法取样作业取得气量420mL，油量540mL，滤液量720mL和一个PVT样品，油气占比达到了57%，取得的油样量完全满足化验室需求，达到了取样目的。与渤中19-6-A井传统工具串取样作业相比节约泵抽时间2h，有效提高了作业效率。

图6 取样流体参数变化图

4 结论

相较于国内外复杂储层取样质效提升方法的探索主要集中在探针类型选择、泵抽参数控制等方面，段塞流法取样技术以取样过程中流体参数识别及灌样时机把控为突破口，结合电缆测试仪器往复活塞泵的结构特点，分析提炼出油气水“段塞流”现象的形成机理并加以创新应用。该技术可切实增加样品纯度，有效降低泵抽时间，提高复杂储层取样成功率，同时可减少遇卡打捞风险和复杂情况的出现，是现场电缆地层流体取样作业的一种新思路。