电缆地层测试器预测试方法研究

边仁河 祖成敏

(大庆钻探工程公司测井公司仪器维修中心 黑龙江大庆)

电缆地层测试器预测试方法研究

边仁河 祖成敏

(大庆钻探工程公司测井公司仪器维修中心 黑龙江大庆)

文章分析了最新的电缆地层测试器中预测试的工作原理、预测室实现方式、预测室活塞运动方法,结合地层渗透性的大小选择相应的操作模式,从而获得最佳的测试结果,求出地层渗透率。常规预测试方法满足了早期传统仪器地层压力测试的需求;体积预测试比较适于渗透率较低的地层;限压力降预测试能够实现预测试过程中的流体流动压力大于地层饱和压力,避免发生汽化现象,所抽取流体为单相地层流体。在每种预测试模式选择中,预测试活塞的抽取速度还可以作为补充测试手段由操作工程师自己选定从而快速判断地层渗透性好坏。这些单独或组合预测试控制模式的应用使得电缆地层测试器的预测试功能适应性更强,渗透率估算更为准确。

地层测试器;渗透率;预测试;地层压力

0 引 言

地层渗透率是地质储层评价重要参数,它的求取是一个复杂的课题。因为地层流体的组分比较复杂,可能是单相的油、气、水,或者其中两相甚至三相的组合,地层的地质结构可能是均质、非均质、裂缝地层,也可能是任意组合混合结构。这些因素都为地层渗透率的求取带来了难度。利用电缆地层测试器获取的地层压力恢复时间、判别流体类型等资料求取地层的平均有效渗透率、建立清晰的流体压力梯度场,是一种非常有效的测井方法。

早期使用的电缆地层测试器的预测试室体积固定,造成原有仪器仅适于均质中等渗透率(0.1×10-3～100×10-3μm2)的测试要求,而对于均质低渗透率或高渗透率地层的测试则是一个盲区。最新型地层测试器的预测试技术有了较大的改进,采用智能程控预测试技术,操作工程师可以根据已获取的油藏信息,有针对性地选择合适的预测试控制模式,使得预测试功能适应性更强,渗透率估算更为准确,减少了仪器测试盲区。

1 预测试原理

图1 压力预测试示意图

电缆地层测试器将测试探头推靠到井壁,如图1所示。探头通过封隔器(“派克”)和地层紧密密封后,挤压泥饼,回缩探针形成一条由地层通往仪器预测试室的流体测试空腔,操作工程师控制仪器选择某种预测试控制模式开启预测试室,抽取一定体积的地层流体样品,从而形成地层压力降,这一压力降以近似于球面形式向外传播。压降结束后,地层流体中未被扰动的部分又向低压区流动,直至压力恢复到原始地层压力。在这一过程中,仪器中设置的压力计将全程记录地层压力和时间的函数曲线。典型的预测试压力记录曲线如图2所示。通过测试的压降大小和不同时间记录的恢复压力是地层渗透率的函数,因此根据压力降落数据和压力恢复资料可计算地层渗透率K。根据达西公式求取地层渗透率[1]。

式中,K为渗透率;C为仪器系数;Q为预测室流体流速;μ为流体粘稠度;ΔP=FSI-DD:最终封闭压力减去抽吸压力(预测试时的流动压力)。

图2 典型的预测试压力记录曲线

2 仪器预测室(工作)实现方式

目前国内外在用电缆地层测试器压力预测室设计上有两种:(1)机械式活塞控制;(2)液压式活塞控制。机械式活塞控制预测试机理如图3所示。是采用电动马达(与行星式滚珠丝杠装置联系在一起)和高速减速齿轮箱组合,根据地层压力大小、流体流速调节压力预测室容积,以适应地层压力恢复时间求准地层压力。

液压式活塞控制预测试机理如图4所示。采用液压泵控制液压流量,调节预测室容积,通过控制测试的流动,使压降保持在泡点压力以上,让活塞的排出量与流体的流入量相等,这可以保证只有单项流体流动,消除多项解释的麻烦,保持样品的完整,从而求得良好渗透率参数测量结果[2]。

图4 液压式活塞控制预测试机理

两种工作方式均能实现地层压力的可变容积压力测试,相对于地层测试器的早期产品具有更好的适应性和测量精度,具有不可比拟的优势。机械式预测试工作方式相对于液压驱动系统极大提高了预测试流速控制和容积的稳定性保持。液压式预测试工作方式在保证流体单相态上具有优势,有利于地层流体的PVT取样。

3 预测试活塞的运动控制方式(测量模式)

储集层渗透率的变化范围很大,一般为10-4μm2～10μm2。欲求取地层渗透率,应在储层中产生一个地层测试器可以识别和感知的压力扰动。这意味着预测试室的活塞在机械或液压系统的控制下,运动速度和抽取体积必须和地层渗透率匹配。预测试的容积是指预测室活塞抽送运动形成的管腔容积。我们讨论预测试的体积时,通常是指预测试活塞因运动而引起的体积变化量(ΔV)。预测试室的实际体积实时记录在测试曲线上。最新的单探头电缆测试器预测试模式有3种:(1)常规模式预测试;(2)限体积模式预测试;(3)限压力降模式预测试[3]。

3.1 常规模式预测试

常规预测试时(预测室体积恒定),预测试活塞将满行程运动,即ΔV=某一恒定值。

3.2 限体积模式预测试

在限体积预测试期间,预测试活塞在预测试室体积达到操作者经MAXIS规定的某一值时停止运动。在低渗透率情况下,体积预测试可以节省操作时间。理论上任何一点的体积预测试可做无数次,但累计体积不超过仪器设计的最大值。在变渗透率岩层,当不知道用多大的预测试体积时,应当开始用一个小体积的预测试观察地层的响应情况,如有必要再选用大一些的体积预测试。测试事例如图5所示。

3.3 限压力降模式预测试

对于限压力降预测试而言,预测试活塞将在流体管路中的压力降至操作工程师经地面采集系统规定的值时停止运动。由于系统响应时间的原因,实际流体管路压力会“击穿”规定值。预测试室的体积可以是1CC～最大值之间的任意值。这一选择适用于低渗透率井,以减少压力恢复时间;也可用于渗透率低且泥浆压力高的井况;还适用于饱和压力点以上的压力测试,以确保流体管路中只有一种单相流体。它还可以避免在派克上产生过大的拉力差,减少派克密封失败和损坏。在渗透率很高的情况下,实际流体管路压力在未达到规定值时,满刻度体积的预测试就可能已经出现。在渗透率很低的情况下,流体管路压力很快会降至规定值,且预测试体积可能很小。

图5 限体积模式预测试

3.4 预测试活塞的抽取速度

预测试活塞的抽取速度也可用流量表示。地层渗透率低时,其速度应减小,并与地层供给流体的速度相匹配,以避免过高的压力降;地层渗透率高时,其速度相应增加,以便产生出可观察到的压力降和压力恢复过程。低预测试速率还可用于容易跨塌的软地层。

4 结 论

为了适应地层渗透率复杂多变的情况,最新的电缆式地层测试器在预测试工作实现方式以及活塞运动控制方式上较早期地层测试仪器有了重大技术改进,通过不同的控制模式(常规预测试;限体积预测试;限压力降预测试三种模式)单独或组合工作,完成更具有适应性的精确地层压力测量。在每种模式中,控制预测试活塞的抽取速度还可以作为补充测试手段由操作工程师自行选定,快速直观的判定地层渗透性好坏。

[1] 王寿奎.重复式电缆地层测试器[M].北京:石油工业出版社,1987

[2] SCHLUMBERGER CO.MDT Hydraulic Manual[M].1992

[3] 张 宏.MDT模块式地层测试器预测试技术研究[J].天然气工业.2006

Study on the identifying method of pretest in the formation test tool.

Bian Renhe and Zu Chengmin.

This article focuses on the principle of pretest,the realization of pretest,and the movement of pretest piston.This article also explains how to choose the appropriate operation subsets according to the formation permeability.As a result,we can get the best test result and solve the formation permeability.The conventional pretest method can meet the need of traditional formation test demand.The volume pretest is more suitable for low permeability formations.The limited pressure pretest can make the flowing pressure higher than the formation saturation pressure during the test process,which avoids the gasification when the extracted liquid is in single phase.Adjusting the speed of pretest piston will become a supplemental way if an engineer wants to evaluate the formation permeability more quickly.The application of pretest subsets combination gets the functions of the cable formation pressure test more adaptable,and the permeability estimation more accurate.

Formation test;Permeability;Pretest;Formation pressure

P631.8+3

B

1004-9134(2011)04-0012-03

边仁河,男,1972年生,工程师,1994年毕业于大庆石油学院测井专业,现在大庆油田钻探工程公司测井公司仪器维修中心从事生产管理工作。邮编:163412

2011-03-09编辑梁保江)

PI,2011,25(4):12～14

·仪器设备·