地层流体现场快速分析技术及其在海上油田的应用

刘海涅 刘海波 李 扬 单 哲

(中海油田服务股份有限公司 北京 101149)

0 引 言

目前，电缆测压取样技术日益成熟，已经在海上油田勘探阶段得到广泛应用［1～5］。但是，对于PVT 油样样品无法及时检查是否合格，以及在运输陆地过程中，由于温度、压力条件的变化，对样品组成造成不可逆转的损害［6、7］;对于水样样品，当样品氯跟与泥浆滤液氯跟相近时，无法判断流体性质，因此，对其取样样品进行快速分析的需要就显得很迫切。为此，地层流体现场快速分析技术应运而生，该技术可以在现场及时分析油样的高温高压物性、常压物性，以及对水样样品采用离子色谱的分析技术进行快速分析，获得水样样品中各种离子的浓度，正确判断水样样品是泥浆滤液还是地层水，同时，推算取样样品中泥浆滤液的含量、估算纯地层水的总矿化度和电阻率等参数。通过一揽子油气水分析，能够有效解决海上样品必须送回陆地带来的样品检查不及时、样品时效性差、样品性质难以判断等一系列问题，极大的满足海上油气层快速评价要求，能够为勘探开发实时决策提供依据。

1 关键设备

地层流体现场快速分析技术根据分析现场取样流体性质的不同，主要分为两个部分:原油高温高压物性分析和现场水分析。原油高温高压物性分析主要是三个实验，粘度实验、恒质膨胀实验和单次脱气实验，关键设备是PVT 釜、气量计和毛细管粘度计;现场水分析主要是利用离子色谱仪对泥浆滤液和水样样品进行分析，确定样品中是否含有地层水及样品中混入泥浆滤液的比例，关键设备是ICS900 和电位滴定仪。

1.1 原油高温高压物性分析

高温高压设备是引进法国ST 公司的QUAD PVT 设备，其主要包括三个部件，PVT 釜、粘度计、气量计，配件包括，配样釜、密度计、电子天平、加压泵、真空泵、空气压缩机等，以及相应仪器的操作软件。其具有全程电脑精准控制、光纤探头探测油气界面，减少人工操作误差，优势明显［7］。

1.1.1 PVT 釜

原油PVT 釜能够完成原油样品的“恒质膨胀”、“单次脱气”等高压物性实验(气量计配合)，并通过实验获得气油比、P-V 关系曲线、泡点压力、体积系数、Y 函数、压缩系数、热膨胀系数等原油物性参数。

PVT 釜技术规格如下:

工作压力:最大100 MPa

工作温度:室温到～200℃

体积:30 mL(底部PVT 釜) 100 mL(上部PVT 釜)

压力精度:0.1%FS

体积精度:0.000 1 mL

温度精度:0.1℃

尺寸:1 020 mm×420 mm×380 mm

1.1.2 气量计

自动气体体积气量计能配合原油PVT 釜完成“单次脱气”的气体计量工作，以及脱出天然气样的取样工作。

气量计技术规格如下:

工作温度:室温～50℃

体积:5 000 mL

压力精度:0.05%FS

体积精度:0.01 mL

温度精度:0.1℃

尺寸:1 020 mm×420 mm×380 mm

1.1.3 毛细管粘度计

毛细管粘度计，测量方法的基本原理遵循Poiseuilli定律，既液体流经毛细管时，将遵循下列公式:

其中常数K 通过标定毛细管确定，是与管子半径和长度有关的常数，实验中可以通过测量ΔP(毛细管上下P1、P2 之间的压差)和Q(流量)两个参数，从而确定通过毛细管油藏流体的粘度。

毛细管粘度计技术规格如下:

工作压力:100 MPa

工作温度:室温～200℃

粘度:0.1 mPa·s ～5 000 mPa·s

粘度精度:1% ～3%

体积:12 mL

尺寸:1 020 mm×420 mm×380 mm

1.2 现场水分析

水分析设备主要包括两种仪器:美国戴安ICS900 离子色谱、瑞士万通848 电位滴定仪。

1.2.1 ICS900 离子色谱

ICS900 是PC 控制的化学抑制的离子色谱控制系统。主要包括进样阀、高压泵、淋洗液装置、分离柱、抑制器、电导检测器、变色龙软件。其基本原理是以低交换容量的离子交换树脂为固定相对离子性物质进行分离，用电导检测器连续检测流出物电导变化的一种色谱方法。能够测定的阴离子有:F-、Cl-、Br-、NO32-、NO2-、PO43-、SO42-;阳离子有:Li+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Ba2+、Sr2+、NH4+等常规离子。相比传统分析方法，离子色谱具有明显的优势:离分析速度快、检测灵敏度高、选择性好［8～11］。

ICS900 离子色谱技术规格如下:

最大泵压:5 000 psi(35 MPa);

流量准确度:＜0.1%;

检测范围:数字方式0 ～10 000 μS/cm;

电导池温度稳定性:＜0.01 度

1.2.2 电位滴定仪

电位滴定仪是离子色谱仪必要的补充，可根据配制不同的试剂来测定水中不同离子的浓度，主要测定的离子有:。相比人工滴定，具有操作简单，灵敏度高，重现性好等优点。

2 技术线路

地层流体现场快速分析技术的操作流程是电缆测压取样结束后，根据取样情况，依次进行原油物性高温高压分析，原油物性常压分析和水分析，如图1 所示。

图1 地层流体现场快速分析技术框图

2.1 原油样品分析

高温高压油样分析是将样品转入PVT 釜中，依次进行粘度实验、恒质膨胀实验、单次脱气实验，如图3 所示。通过实验分析，本仪器能够在5 h 之内可以测得现场急需的包括地层条件下原油的粘度、体积系数、体积收缩率、原油密度，单次脱气气油比，脱气油密度参数;在6 h～8 h 能够完成包含恒质膨胀实验，测得包含地层原油泡点压力、Y 函数、热膨胀系数、压缩系数等参数在内的所有地层流体高压物性分析的数据。

2.2 水样样品分析

水样样品的分析流程是先测定钻开目的层时的泥浆滤液中的各离子浓度，再根据电缆测压取样情况，测定样品中各离子浓度，结合该区域地层水背景，综合解释定性分析样品中是否含有地层水，估算拆除样品中混入泥浆滤液的比例，以及纯地层水的总矿化度和电阻率等参数。

3 应用效果

目前，地层流体现场快速分析技术已在各海域广泛应用［7］，仪器测量时效快、精度高、运行稳定、人员操作熟练，是现场快速测定PVT 参数和判断流体性质的有力武器，与电缆测压取样技术配合使用，为现场作业快速决策提供直接依据。

3.1 原油分析应用效果

渤海某井是该油田第一口预探井，为探明目的层含油气性，明确流体参数，扩大该井所在构造储量规模，决定在2 633.0 m 处，利用中海油田服务股份有限公司自主研发仪器ERCT 取PVT 样品。取样前泵抽排泥浆滤液过程中流动压力高于3 500 psi 即24.14 MPa，如图2所示。利用地层流体现场快速分析技术对样品进行分析，测得该样品打开压力33.30 MPa，泡点压力为11.61 MPa，如图3 所示。该样品在泵抽取样时流动压力和打开压力都高于泡点压力，整个过程中没有发生脱气现象，说明该样品是合格样品。依次测得该样品在82.1℃和25.7 MPa 下地层原油体积系数为1.120 5，单次脱气气油比为41.58 m3/m3，平均溶解气体系数为3.581 2 m3/ MPa，地层原油体积收缩率为10.75%，地层压力下温度82.1℃时原油密度为0.819 4 g/cm3，脱气原油密度在20℃时为0.880 1 g/cm3。该数据为产能预测和油层评价提供基础参数，已得到较好应用。

3.2 水分析应用效果

图2 泵抽压力曲线

图3 样品体积压力曲线

北部湾某井是该区域一口重要评价井，落实该井所在构造的储层特征、分布与含油气范围、掌握油气储量规模及商业性，具有重要意义。该井2 094.9 m ～2 096.6 m测井曲线响应特征如图4 所示。该层电阻率有冒尖现象，气测值也有所升高，为明确储层流体性质，决定在2 096.0处，进行测压取样，在该处泵抽60 min，泵抽出流体38 000 cm3，取得气1.4 ft3(1 ft =304.8 mm)、油640 cm3、水60 cm3。利用现场水分析技术对水样样品进行分析，分析结果见表1。根据钾离子浓度和钠钾离子比值，综合判断样品为泥浆滤液，该层综合解释为油层。

图4 北部湾某井测井曲线综合图

表1 北部湾某井现场快速水分析数据表

4 结 论

1)现场快速原油物性分析技术能够在现场快速分析PVT 样品，结果准确可靠，满足了样品的有效性、实效性，及时提供准确的PVT 样品参数，为产能预测、油藏描述提供基础数据。

2)现场快速水分析技术可以解决电缆取样水样样品性质难以判断的问题，准确区分样品是否含有泥浆滤液及估算混入比例，助力勘探开发实时决策。

3)地层流体现场快速分析技术与电缆地层取样技术结合，提供了一整套地层流体分析方法，可以快速判断储层特别是低空低渗储层的流体性质，获得储层评价的相关参数，为勘探开发实时决策提供了依据。

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