东海西湖凹陷低孔低渗储层电缆取样方法创新与应用＊

张国栋施荣富王 聃王 猛

（1.中海石油（中国）有限公司上海分公司 上海 200030； 2.斯伦贝谢中国海洋服务公司 北京 100015；3.中海油田服务股份有限公司 河北三河 065201）

东海西湖凹陷低孔低渗储层电缆取样方法创新与应用＊

张国栋1施荣富1王 聃2王 猛3

（1.中海石油（中国）有限公司上海分公司 上海 200030； 2.斯伦贝谢中国海洋服务公司 北京 100015；3.中海油田服务股份有限公司 河北三河 065201）

东海盆地西湖凹陷低孔低渗储层含气性评价一直是困扰该区勘探突破的难点。针对传统电缆取样对于低孔低渗储层存在波及到的地层范围小，泵抽效果差，容易造成失封，难以形成巨大压差使地层流体突破毛细管压力束缚从而无法泵抽到真正的地层流体等问题，提出了一种新的适用于低孔低渗储层的电缆取样方法。该方法采用了泵抽＋气垫法联合作业模式，先是用泵抽尽可能地清理钻井液滤液，然后用气垫法开瓶取样，充分利用气垫法造成的高压差实现地层流体的有效流动，从而获取到地层流体样品。该项技术在西湖凹陷低孔低渗储层的应用取得了显著的效果，实现了对低孔低渗气层取样的突破，对稠油储层和低渗油层取样也有很好的借鉴作用。

低孔低渗储层；电缆取样；泵抽＋气垫法；西湖凹陷；东海盆地

西湖凹陷是东海陆架盆地新生代含油气凹陷［1］，是天然气勘探的重点区域，目的层主要集中在始新统平湖组和渐新统花港组，储集层岩性主要为长石或岩屑砂岩［2］。随着勘探的不断深入，低孔低渗储层逐渐成为该区的重点勘探目标［3－4］。西湖凹陷低孔低渗储层多位于3 500 m以下，孔隙度小于12%，渗透率小于3 mD，其中大部分孔隙度在10%以下，渗透率不足1 mD，4 000 m以下部分储层渗透率不足0.1 mD。当常规测井和录井资料难以判断储层含气性时，通过电缆取样手段直接进行储层含气性评价便成为该区勘探评价的主要手段之一。

1 低孔低渗储层电缆取样存在的难题

低孔低渗储层有2个特点：①储层致密，毛细管压力大，泵抽所需启动压力大；②单位面积泄流量小，难以达到最小泵速要求，需要增大坐封面积。西湖凹陷低孔低渗储层电缆取样先后采用过多种MDT探针模块，如超大探针、椭圆探针和双封隔器［5］，但效果均不理想。本文以DX－8井传统电缆取样作业为例，分析其取样失利原因。DX－8井是2014年西湖凹陷重要探井之一，井深4 800 m，3 800 m以下全部为低渗气层；实施泵抽的储层段埋深为4 195～4 260 m，平均孔隙度8.4%，泵抽点深度4 234.8 m，实测流度0.24 mD/（mPa·s），属于典型的低渗气层，因此采用斯伦贝谢公司最新研制的取样模块——速星封隔器进行了取样作业。该封隔器具有以下特点：4个滤网对称分布，总过流面积为201.78 cm×10.16 cm；坐封后直接泵抽地层流体，无须费时排替钻井液，泵效是超大探针的3倍以上；耐压差较大，最大为55.16 MPa；解封容易，安全可靠。

该井共泵抽6 h，泵出地层流体38 L，井下流体实验室和取样分析均证实取样流体为钻井液滤液，也就是说长达6 h的泵抽未能取到真正的地层流体。分析其原因：①泵抽方式所提供的压差有限，达不到地层流体的突破压力；②由于地层供液能力差，随着泵抽的进行，流动压力差会逐渐增大，本次作业中因多次达到电泵的耐压极限而停泵（图1），严重影响了泵抽效果，可见电泵有限的耐压差是影响获得地层流体的关键因素。

由此可知，目前的MDT泵抽模块难以提供足够的压差以使地层流体突破毛细管束缚压力，泵抽过程中的间歇性停泵虽然可以在一定程度上清理近井筒附近（冲洗带）的流体，但无法有效抽提出原始地层流体，所以需要寻找一种能够提供瞬时巨大压差的取样方式来解决低渗储层的取样难题。

2 泵抽＋气垫法取样方式的提出

气垫法是在地面向常规样瓶中注入一定压力（约0.69 MPa）的气体，在取样点坐封后迅速打开电磁阀开关，利用地层与样瓶之间瞬时的巨大压差使地层流体直接流入样瓶，完成取样作业［6］。由于该方法不能保压和主动清理滤液，且振动大容易损伤仪器，后被泵抽取样方式取代［7－8］。泵抽法振动小，保压效果好，能够获取合格的PVT样品，但是受电泵限制，耐压差有限。针对西湖凹陷低孔低渗储层取样难点，结合气垫法和泵抽法两者的优点，笔者提出了一种新的取样方式——泵抽＋气垫法：先使用高压泵尽可能地清除一部分钻井液滤液，待达到泵的耐压极限或多次泵抽后地层压力恢复十分缓慢时，停泵等待压力恢复（压力恢复也是地层原始流体逐渐向井筒推进的一个过程）；待压力恢复到一定程度，瞬间打开常规气瓶的电磁阀门，由于气瓶中只有0.69 MPa的压力，与地层间形成了巨大的压力差，足以使地层流体瞬间突破毛细管束缚压力，另外也可能使地层产生微裂隙，增加储层的流动能力，使更多的地层原始流体进入到气瓶中。

需要指出的是，要实现气垫法取样，就必须改进MDT模块的组合设计：一是将常规样筒下移，置于泵的下方；二是在探针和常规样筒之间加入一个流体识别仪模块或井下流体实验室，以在气垫取样过程中能够实时观察流体性质；三是取样前样瓶中气体压力不宜过大，最好在0.69 MPa左右。改进后的MDT气垫法取样组合模式与MDT常规取样组合模式对比如图2所示。

图2 MDT气垫法取样组合模式与MDT常规取样组合模式对比图Fig.2 Comparison between MDT air cushion and MDT conventional combined sampling methods

3 现场应用效果

泵抽＋气垫法已在东海西湖凹陷探井中成功应用了2个井次，效果十分明显，大大拓展了MDT模块的取样下限。

3.1 实例一：DB－17－2井

DB－17－2井储层发育段深度为4 274.5～4 503.9 m，储层物性较差，平均孔隙度5.2%，属于典型的近致密储层。该井泵抽点深度为4 374 m，测压数据显示该取样点岩性十分致密（图3）。本次取样采用了泵抽＋气垫联合取样方式，其具体仪器组合是速星封隔器＋大探针＋超高压泵＋井下流体实验室＋常规样筒（气垫模式）。

该井此次取样作业共耗时400 min，可分为3个阶段（图4）。

1）0～245 min为泵抽阶段。该阶段由于地层渗透率过低，只能间歇性开泵，即开泵1～2 min便要停泵等待压力恢复，恢复一定时间后再次开泵，这样反复进行，直至电泵达到工作极限停泵。等待20 min后地层压力有所恢复，尝试进行PVT取样，但是电泵已经无法正常工作。

图3 西湖凹陷DB－17－2井泵抽＋气垫联合作业法测压压力恢复曲线（泵抽点深度4 374 m）Fig.3 Pressure build－up curve measured with pumping out＋air cushion in DB－17－2well，Xihu sag（depth on 4 374 m）

图4 西湖凹陷DB－17－2井泵抽＋气垫联合作业法取样阶段示意图（泵抽点深度4 374 m）Fig.4 Sampling illustration operated with pumping out＋air cushion in DB－17－2well，Xihu sag（depth on 4 374 m）

2）245～285 min为第二阶段。该阶段主要是停泵等待地层压力恢复，但压力恢复较慢，等待40 min压力恢复上升不足1.379 MPa。

3）第三阶段是开阀门取样。瞬时打开阀门后，压力迅速下降至1.379 MPa左右，随后压力缓慢上升，等待70 min后关闭阀门，上提仪器，但压力上升不足0.689 5 MPa，说明地层极其致密。取样结果显示，通过泵抽取样获得的PVT样筒里仅有65 cm3的滤液，并没有取到任何地层流体；而通过气垫法取样获得的常规样筒中大约有360 cm3滤液和450 cm3的天然气，天然气中CH4占75.0%，C2H6占17.5%。这说明泵抽＋气垫联合作业法在该井取到了真实的地层流体，证实了储层的含气性。

3.2 实例二：DB－1－4井

DB－1－4井储层发育段深度为3 542～3 833 m，平均孔隙度8.0%，泵抽点深度为3 570 m，实测流度0.17 mD/（mPa·s），实测压力恢复曲线如图5所示。本次取样的MDT模块组合是超大探针＋流体识别仪＋井下流体实验室＋常规样筒＋PVT样筒＋高压泵，共用时150 min，其流体识别结果如图6所示。其中，在0～60 min阶段通过间歇性泵抽尽量清理滤液，虽已见到极少量天然气显示，但泵效不断下降，位于仪器上端的井下流体实验室看不到流体显示；随后停泵等待地层压力恢复，等待约20 min后地层压力缓慢上升至20.58 MPa左右，估算已经接近地层静液柱压力，然后迅速打开常规样瓶阀门，压力迅速下降至1.379 MPa，随着流体不断进入样筒，压力逐渐升高，但由于地层非常致密，流体流动速度非常慢，等待60 min后压力恢复到3.447 5 MPa左右。地面测量发现，常规样筒中获得了1 200 mL的钻井液滤液和365 mL的天然气体，再一次证实了泵抽＋气垫联合作业法在低孔低渗储层取样中的有效性。

图5 西湖凹陷DB－1－4井泵抽＋气垫联合作业法测压压力恢复曲线（泵抽点深度3 570 m）Fig.5 Pressure build－up curve measured with pumping out＋air cushion in DB－1－4well，Xihu sag（depth on 3 570 m）

图6 西湖凹陷DB－1－4井泵抽＋气垫联合作业法取样流体识别结果（泵抽点深度3 570 m）Fig.6 Fluid identification result operated with pumping out＋air cushion in DB－1－4well，Xihu sag（depth on 3 570 m）

4 结束语

现场应用效果表明，本文提出的泵抽＋气垫法取样方式对于西湖凹陷低孔低渗气层具有显著优势，这是因为泵抽法可以在一定程度上清理部分近井筒的钻井液滤液，而气垫法可以瞬间形成巨大压差，使地层流体能够突破毛细管束缚压力流入取样瓶，从而完成取样作业。另外，泵抽＋气垫法取样作业在仪器组合上可以有多种选择。如果流度在0.1 mD/（mPa·s）以上，可以选择超大探针和气垫组合；如果地层非常致密，流度在0.1 mD/（mPa·s）以下，最好选择速星封隔器和气垫组合。泵抽＋气垫法联合作业模式对稠油储层和低渗油层取样也有很好的借鉴作用。

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An innovative and effective way for cable sampling in ultra－tight reservoirs in Xihu sag，East China Sea

Zhang Guodong1Shi Rongfu1Wang Dan2Wang Meng3
（1.Shanghai Branch of CNOOC Ltd.，Shanghai 200030，China；2.Schlumberger China Offshore Services S.A.，Beijing100015，China；3.COSL，Sanhe，Hebei 065201，China）

In Xihu sag of East China Sea basin，evaluation of gas reservoirs with low porosity and low permeability has been difficulties and any breakthrough in exploration in this area has been hindered.In view of the small affected range，the poor pumping effect，the potential loss of sealing，the difficulty in generating huge pressure drop，the difficulty with which formation fluid overcomes the bonding of capillary pressure，the incapability to pump out the true formation fluids and so on with traditional cable sampling in low porosity and low permeability reservoirs，a new cable sampling method which is applicable to low porosity and low permeability reservoirs has been proposed.This approach combines the pumping－out and air－cushion operation modes；as much mud filtrate as possible is first pumped out to clean the formations，and then the cushion method is used to open a sampling chamber，which brings high differential pressure between formation and the chamber，so as to force formation fluids to flow toward the chamber and get a representative sample.This new method has been successfully applied and is a significant breakthrough in low porosity and low permeability reservoirs in Xihu sag.It is also a very good reference for heavy oil and low permeability oil reservoir sampling.

low porosity and low permeability reservoir；cable sampling；pumping－out and air－cushion；Xihu sag；East China Sea basin

TE527＋2

A

2014－06－16改回日期：2014－12－18

（编辑：张喜林）

张国栋，施荣富，王聃，等.东海西湖凹陷低孔低渗储层电缆取样方法创新与应用［J］.中国海上油气，2015，27（2）：39－43.

Zhang Guodong，Shi Rongfu，Wang Dan，et al.An innovative and effective way for cable sampling in ultra－tight reservoirs in Xihu sag，East China Sea［J］.China Offshore Oil and Gas，2015，27（2）：39－43.

1673－1506（2015）02－0039－05

10.11935/j.issn.1673－1506.2015.02.006

＊中国海洋石油总公司“十二五”科技重大专项“东海低孔低渗气藏勘探开发关键技术研究与实践（编号：CNOOC－KJ 125 ZDXM07 LTD 04 SH2011）”部分研究成果。

张国栋，男，工程师，从事测井研究与管理工作。E－mail：zhanggd4＠cnooc.com.cn。