高压取样技术的研究与应用

田 明 高山军 杨学本

（江苏油田井下作业处，江苏扬州 225265）

高压物性资料，是油藏储量计算、制订开发方案的依据。近年来随着油田勘探开发的深入，一些含蜡高、凝固点高和高含水油气藏日渐增多，常规钟控、电控取样器因重量轻容易遇阻，无法用钢丝投送，并且操作复杂，油水界面难以掌握，取样成功率低，先后采用灌轻质油和人工配样等方法效果也不理想，油田30 个新区45 井次高压物性取样，有14 个区块第1 次取样不成功，需进行二次取样（占46.6%），其中许浅1 井E2s1、沙X32 井E1f3、黄88-14 E2d1等10 个层系仍没有合格的高压物性资料（占33.3%），给油田的勘探开发带来一定影响，目前行业内也没有好的解决办法［1-6］，通过研究高压取样技术，使问题得到较好的解决。

1 取样工艺的研究

1.1 油气藏流体状态分析

江苏油田除朱家墩气田为干气气藏外，其余主要为低饱和黑油油藏和极少数的挥发油气藏。饱和压力是原油中溶解气开始分离出来的压力，如果地层压力降到原始饱和压力以下，油藏就形成了油、气两相，流入井中的油、气两相摩尔比不等于地层中形成的气、液摩尔比［1］。试油中黑油在井筒中的流动形态大致可分为纯油流、泡流、段塞流、环流和雾流几种［7］。

（1）纯油流。取样点的压力高于饱和压力地层流体。

（2）泡流。此段井筒压力稍低于饱和压力，少部分气从油中分离出来，以小气泡状态存在于油中。虽然小气泡有一定的膨胀能量，由于气体与油的密度差别较大，气泡所占油管断面的比例较小，流速也不大，所以气泡从油中容易滑脱。

（3）段塞流。此段井筒内压力进一步低于饱和压力，气体进一步膨胀，小气泡合并成大气泡，使井筒内出现一段油、一段气的柱塞状态。

（4）环流。随着气体的继续分离和膨胀，气体的柱塞不断加长，逐渐由油管中心突破，形成中心为连续的气流，管壁为液流的状态。此时气流上升速度增大，油气之间的摩擦增大，气体带油能力提高。

（5）雾流。当气体继续增加，中心气体完全占据了油管断面，液流以小的液滴分散在气柱中，这时气体的膨胀能表现为以较高的流速将油带到地面。

1.2 取样井的调整

油气在井筒出现的各种不同流态是随着井筒压力的变化而变化，同时还取决于油井的工作制度和原油的性质。为了确保试油时取样点的压力大于原始饱和压力，油藏不形成油、气两相，取样施工前要对油气井进行调整［2］。

（1）对于低饱和黑油油藏三开抽汲求产后，在井底流压恢复到大于油藏饱和压力的条件下,通过摩擦式、滑套式取样器取样。

（2）对于饱和压力等于或接近于原始地层压力的饱和油藏, 小油嘴控制流压进行试油生产，待油（气）产量、井口压力和井底压力趋于稳定后可进行井下取样。

（3）当测试层含水超过5%，在调整到井底压力高于原始饱和压力后，关闭测试阀一定时间，使得地层饱和流体在油水重力作用下分离，解封封隔器，测试阀下部的滑套式取样器将实现“水中取油”。

（4）凝析气井的调整［8-9］，当地层压力降到露点压力以下时会在地层中反凝析出液体，对取样工作有影响，一般遵循逐级降产法，以便排除井筒和近井带中无代表性的烃类气体。调整过程中每次降产约一半，并使气井生产到气油比稳定（波动小于5%）。调整过程中当气油比不再随产量变化而下降时，气井调整完毕。

（5）开发油井调整，调整通常采用连续降产法，由于其井内的流体组分变化对气油比影响很小,油井的调整时间比一般油井的要长一些,须定期取样进行井内流体组分分析。当井内流体组分不随产量而变化时,便认为已达到调整目的。

2 取样工具的研制

2.1 摩擦式取样器的研制

早先使用的取样工具是锤击式取样器，在斜井取样时投锤容易遇阻，取样深度一般小于1 500 m，后来使用挂壁式取样器，在下钻的过程中遇到结蜡严重和有顶钻现象时又容易中途关闭，近年来使用的钟控或电控取样器，工具下井前要估算下放时间，操作繁琐，油水界面难以掌握，取样成功率低［3-6］，针对上述情况，研制了不用时间控制，不怕遇阻，可重复开启的摩擦式取样器。

2.1.1 摩擦式取样器结构 主要由安全接头、伸缩接头、取样器和摩擦接头等部分组成，见图1。

图1 摩擦式取样器的结构

2.1.2 取样器工作原理 取样时，先将取样工具按加重杆+安全接头+上伸缩接头+取样器+下伸缩接头+摩擦接头顺序连接，在取样器下放过程中，摩擦接头与油管内壁产生向上的摩擦力和加重杆对取样器向下的重力作用，通过压缩伸缩接头使取样器的上、下阀在打开（压缩）状态，当下到预定位上提钢丝绳，加重杆的上提力和摩擦接头与油管间向下的摩擦力使取样器伸缩接头处于拉升状态，取样器阀在回位弹簧的作用下关闭样室，取得油层高压物性样品。重复起下，可以使取样器在井下重复开启，上部的安全接头是防止取样工具在井下被卡时，剪断销钉，保护钢丝绳。

2.1.3 技术参数 最高取样压力70 MPa；取样器容积600 mL/支；耐温170 ℃。

2.2 滑套式取样器的研制

李堡、安丰、花庄、马头庄、天长、东阳等区块高凝油、含蜡较高的油气井地面脱气原油的黏度大多为300～1 000 mPa·s，凝固点在40 ℃左右，试油时经常造成井筒上部堵塞，常规取样器无法下入，采用灌轻质油、人工配样等方法效果也不明显。研制的滑套式取样器随管柱下入，不怕遇阻，解决高凝油、稠油井的取样难题，与MFE 测试器关井配合，在含水油气藏中实现“水中取油”。

2.2.1 滑套式取样器结构 主要由上接头、花键芯轴、花键外筒、上支撑环、样室外筒、固定支撑环和下接头等部分组成，见图2。

图2 滑套式取样器结构

2.2.2 工作原理 工具下井前，将3 支常规取样器放入滑套式取样装置活动支撑环4 和固定支撑环6之间，并连接在测试管柱中MFE 测试的下部和封隔器的上部。坐封封隔器时花键心轴2 将旋转动力通过样室外筒5、下接头7 传递到封隔器，在坐封封隔器的同时，坐封负荷推动滑套式取样装置的上接头1 和花键芯轴2 下行，带动活动支撑环4 压开取样器的上、下阀，当取样点的压力高于油气藏的饱和压力，此时上提测试管柱解封操作，上提负荷使上接头1 和芯轴2 上行，取样器的上下阀在回位弹簧的作用下，关闭样室，取得地层油样，并随管柱带到地面。

试油时当测试层含水率超过5%时，在确定取样点压力大于油藏饱和压力后，关闭MFE 测试器3～5 h，此时封闭在MFE 测试阀下部的地层流体在自身重力的作用下油水静置分离，油富集在测试阀的下部，此时上提管柱解封封隔器，连接在测试阀下部的取样器关闭样室，取得地层油样。

2.2.3 技术参数 耐压70 MPa；容积3×600 mL； 耐温170 ℃。

表1 部分油气井高压物性取样数据

3 现场应用

该技术先后在天长、许浅、花庄、高集、永安、黄珏等区块进行了12 口井43 次高压取样试验，取样85 支，样品合格率由先前的46.6%提升到92.2%，较好地解决了常规取样器操作复杂，油水界面难以掌握，高凝油、稠油取样器无法下入的难题。工艺技术符合国家SY/T 5154—1999《油气藏流体取样方法》行业标准，检样要求符合SY/T 5542—2000《地层原油物性分析方法》标准要求。

3.1 真X43-2 井

真X43-2 井是真武构造Z43 断块的一口评价井， 2010 年11 月28 日射孔后按测试设计下入跨隔测试管柱，二开，井口显示好，10∶55 出口见油，放喷， 12月3 日实施储层高压物性取样工作。

工具下井前按安全接头+上伸缩接头+取样器+下伸缩接头+摩擦接头顺序连接，下到1 700 m 处不用停留直接上提，取样时间24 min，一次取样2 支，共取样2 次。4 支取样器打开压力均为3.5 MPa，实验室检查1 号样品在取样温度下含有游离，2、3、4 号样打开压力均为3.5 MPa，按SY/T 5154—1999及SY/T 5542—2000 标准要求［1-2］对2、3 号样品进行对比分析，饱和压力分别为4.62 MPa、4.84 MPa、4.6 MPa，汽油比分别为47.8、47.64、47.09，体积系数1.209 9、1.216 3、1.214 4，地层油密度0.733 5 g/cm3、0.733 4 g/cm3、0.732 4 g/cm3，样品物性基本一致，取样工艺成功。

3.2 徐闻6 井

徐闻6 井是油田在海南地区的一口重点探井，运用摩擦式取样施工先后发生遇阻、井喷和取样点压力低、在井下长时间停留等复杂情况，随取样器下入的电子压力计全程记录摩擦式取样器施工过程：2013 年2 月21 日下摩擦式取样器2 支，到1 800 m 处遇阻，上下活动9 次无效，上提取样2 支；后增加2 支加重杆重新取样，在2 300 m 处取样2 支；第三次准备在2 800 m 取样，在取样器1 500 m 处发生井喷，5 h 后下到2 800 m 处取样2 支，但取样点压力偏低，后又下入取样器分别在井下停留12 h、24 h 和48 h，最终取得油藏样品，并进行PVT 分析。

3.3 许X33 井

该井试油压裂后下MFE 单封测试管柱+滑套式取样器，2013 年9 月11 日一开井抽汲，抽深2 450 m，动液面2 250 m，日产原油10.85 m3，含水28%。16 日抽汲求产结束，关井73.25 h 后，解封起钻，滑套式取样器取样前含水28%，经关井静置后，含水为0；3 支样品打开压力基本一致，取样点流压高于饱和压力，综合判定本次取样基本合格，对样品按SY/T 5542—2000 标准进行样品分析测试［1］，3 支样品，取样点压力20.5 MPa，含水率为0，样品分析：饱和压力（103 ℃）10.699 MPa。解决了常规取样器在高凝油稠油井中无法下入和取样时要寻找油水界面，取样成功率低的难题。

4 结论

（1）解决了高黏、含水油藏、低产能油藏的取样难题，运用多种技术，确保取得合格样品，得到本油藏的实际高压物性数据，摆脱靠借用邻区资料开展勘探开发生产科研工作的被动局面。

（2）水驱油藏渗流特征的变化历程研究是一项世界级课题，流体特征的变化是重要的影响因素之一，含水油层取样技术在这方面具有广阔的应用前景，可以运用于已开发油藏的流体物性变化跟踪监测、油水同层井的直接取样、三次采油的地下作用机理（注入状态和产出状态）等方面的研究工作。

（3）本课题研发的系列取样技术可以运用自喷采油井、抽汲采油井方式，适用于高黏油藏、含水油藏、低产能油藏，能够在油藏开发初期、中低含水阶段、提高采收率阶段完成取样任务，能够适应各种黑油油藏（地层条件下流体能够自主流动状态）的地层流体高压物性取样要求。

（4）上述工具都是纯机械设计，耐高温，抗震动，避免了钟控取样器的维修保养和电控取样器单片机和电池的耐温问题。

［1］ SY/ T 5542—2000，地层原油物性分析方法 ［S］.

［2］ SY/T 5154—1999，油气藏流体取样方法［S］.

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［6］ 赵秀英，刘海霞，孙鑫，等.油田聚合物驱油专用新型密闭取样器［J］. 石油机械，2009，37（8）：65-66.

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