新型速星泵抽流体取样技术在南海气田的应用

张明杰 张兰江 郭书生 夏竹君

(1. 中海石油有限公司湛江分公司 广东 湛江 524057;2.中海油能源发展股份有限公司工程技术湛江分公司 广东 湛江 524057)

0 引 言

储层渗透率大小受孔隙度、岩性、胶结物含量及成分等各方面因素的影响，低孔渗储层的成因主要与储层沉积相和成岩作用密切相关，多属于近物源及远物源沉积，其次非均质性也是低孔渗地层的显著特点之一［1］，这些因素都对储层渗透率起到很大的影响作用。低孔渗流体识别一直以来都是一个难题，流体性质决定着储量的计算及后续的井位部署，尤其是非烃储层，为了解储层流体性质及储层物性，现场常规做法就是对储层进行测压取样。MDT 测井技术是继试油测试技术之外又一直接识别地下流体性质的新的测井技术，提高了对地下流体识别的水平［2］。但对于低孔渗储层，常规的泵抽取样工具难以取到真正的地层流体，这为低孔渗储层流体识别带来困难。本文介绍的是斯伦贝谢公司最新研制的速星(saturn)泵抽流体取样技术，它独特的设计使得这种泵抽取样的风险得以降低，其在南海高温高压低孔渗储层的成功应用案例为低孔渗储层流体识别提供了保证。

1 低孔渗储层流体取样面临的困难

进行储层流体取样时，必须首先泵抽完侵入带和过渡带的混合流体，才能泵抽到储层的真正流体。工区储层流体取样面临的主要难点之一:在南海高温高压低孔渗气田，钻井工程由于考虑安全因素，泥浆比重一般要高于地层压力系数，这或多或少造成泥浆的侵入，尤其是低孔渗储层。实践证明，地层孔隙度越大，泥浆滤液侵入深度越小，地层孔隙度越小，泥浆滤液侵入越深［3］，高孔渗地层由于渗透率较高，容易快速形成泥饼，侵入的深度不是很深。而低孔渗地层由于孔渗较低，难以形成泥饼，造成侵入较深。难点之二:由于低孔渗储层渗流速度较慢，则泵抽时间较长。目前常规的MDT 及其它测压取样设备在中高渗透(大于10 md)地层才可以取到真正的地层流体，但目前对于渗透率小于1 md 的极低孔渗以下的地层难以取到真正地层的流体。目前在低孔渗储层(0 ～5 md)泵抽取样的常规做法目前是采用双派克仪器，但这种方法及其它方法由于泵抽时间也较长及存在仪器卡死打捞风险，作业难度较大。因此迫切需要研究或引进新型的储层流体取样技术。

2 新型速星泵抽流体取样技术

2.1 工作原理

速星(saturn)泵抽流体取样工具是最近斯伦贝谢公司针对低孔渗储层泵抽取样最新研制出来的，2013 年首次在中国南海东方气田尝试获得成功，目前中国区只有南海区有两套。针对低孔渗储层，探针的发展也从标准探针、大孔径探针、超大孔径探针、椭圆探针发展，目的是为了增加过流面积在低孔渗地层取得真实储层流体。速星泵抽工具安装了4 个超大过流表面积椭圆形探针，如图1 所示，根据达西定律Q=KA△P/Ul，过流表面积A越大，在同等压差及其它参数不变的情况下过流流体越多，在低孔渗地层条件下容易获取到真实储层流体。

图1 各种测压取样探针的过流面积对比图

针对低孔渗地层，将速星探针模块安装在常规测压取样MDT 工具上，如图2 所示，下井工具则有双探针模式，即用于测压的常规探针或大孔径探针和速星探针(速星探针由于座封和解封需要时间，且测压需要较长时间，因此速星探针只用于低孔渗地层的泵抽取样)。工作时，首先MDT 常规探针在储层测压，然后选取低孔渗地层相对较好的渗透点，速星探针直接座封，用MDT泵入速星胶皮泥浆，胶皮膨胀贴紧井壁，将井筒内钻井液与探针胶皮能完全封隔开，胶皮上的探针随胶皮贴紧井壁，刺破泥饼，在地层与探针到仪器内部管线之间形成连通通道，地层流体通过泵抽进入仪器内部管线，MDT 内部流体分析模块实时监测流体组分、温度、压力、电阻率、流体密度等，并传输到地面，判断流体为纯地层流体后，再进行取样。

图2 速星(Saturn)探针和常规MDT 仪器组合图

2.2 优化设计

速星(saturn)泵抽流体取样技术的优化设计主要体现在以下三个方面:

1)增加重型机械弹簧

新型速星探针外型呈椭圆状，如图3 所示，两端安装有64 个重型机械弹簧，心轴周围装有两个大直径重型机械弹簧。优点是机械弹簧的大闭合力能确保每个测点完成后速星探针的快速回收，使作业风险降到最低。

图3 速星探针外观图

2)增大探针的过流表面积

如图1 所示，标准探针的过流表面积为0. 15 in2(1 in=25.4 mm)，而每个速星探针过流表面积为79.44 in2，是标准探针的529.6 倍。主要优点:这种超大的过流表面积探针在低孔渗地层条件下实现流体取样。

3)增加探针数目

常用的MDT 工具只有一个探针，只能从一个方向泵抽地层流体，取样时间长且成功率低，而新型速星泵抽取样工具在井眼周围部署了4 个对称自密封式速星取样探针，如图4 所示，在仪器座封后，泵抽时储层流体从仪器四周的4 个椭圆探针进入仪器内部。主要优点是:4个对称探针在井眼周围地层中实现了真正的三维绕流，大大缩短获得真实储层流体所需时间。

新型速星(saturn)泵抽取样工具独特的探针设计，使座封更容易成功，可以用在低渗、稠油、疏松地层、薄互层、不规则井眼等复杂条件下，快速取得地层真实流体。

图4 标准探针(左图)及新型速星(Saturn)探针(右图)泵抽图

3 现场应用

2012 年-2013 年，该技术在南海西部高温高压低孔渗气田14 口井中进行应用，并获取了真正的储层流体，取样成功率达到了95%，现以东方区案例进行介绍。

东方区案例气田主要特点是储层存在高温高压，以往所钻资料显示，压力系数在1. 7 ～2. 2 之间，温度140 ℃～170 ℃，储层岩性较细，泥质含量较高，存在低孔渗储层，常规泵抽取样困难。在东方区部分储层C02含量较高，有时测井资料显示为气层，但经过泵抽取样后又证实为CO2含量很高的二氧化碳层，因此在东方区的气层均要进行地层流体泵抽取样以证实精确的气体组分及确定后续的井位部署。

针对东方气田储层低孔渗现状，本案例井在获取常规满贯资料后，又进行了核磁共振测井和MDT 测井。核磁测井能够准确计算出束缚流体孔隙度、可动流体孔隙度及渗透率［4］，可以作为选取测压取样点的参考，也可为测井解释提供可动孔渗证据。MDT 在本井黄流组储层2 517 m ～2 537 m 所测地层压力系数为1.99，测量最高温度158 ℃。常规测井资料分析2 517 m ～2 537 m 平均孔隙度15 pu 左右，核磁可动孔隙度小于4 pu，核磁渗透率小于0.6 md，如图5 所示。MDT 以前在东方区黄流组所测的14 个压力点显示地层流度为0.02 md/cp ～0.24 md/cp，为极低孔渗储层。

图5 东方气田某井黄流组测井解释结论及核磁孔渗图

本井从常规、核磁及MDT 测压资料综合分析，测井解释初次解释为干层，常规泵抽取样难以取到地层真正流体，难以进行储量计算，因此本井引进了斯伦贝谢新型速星泵抽流体取样技术，选取储层最高流度0.24 md/cp，深度2 836.5 m，如图5 水平箭头的位置进行速星泵抽取样。泵抽不到30 min，气组分占近90%，泵抽2 h 后，MDT 光谱分析上已不见水组份，基本为纯气体组分，如图6 所示，从上至下数第二道黄色区域为气体组分，第四道棕色为泥浆组分，蓝色为水组份，横坐标为泵抽时间，单位为s。

地面放样显示基本为纯气，见微量水，见油花，地面放样气体组分分析C1 为90.9% ～91.1%左右，CO2含量3.35% ～3.5%，如表1 所示，为优质气体。本井经过用新型的速星(saturn)泵抽取样证实该储层含气，气体组分较好。根据这个测试结果，最终将东方区该层位解释为气层及差气层，如图6 所示，储量计算也得以解放，大大的增加了储量的估算，同时也为后续的井位部署提供了依据。

图6 东方气田某井2836.5m 处泵抽流体组分随时间变化图

表1 东方区某井2 836.5 m 速星(saturn)取样样品分析表

4 结 论

1)目前低孔渗储层评价一直是个难题，能否计算储量、取得储层流体及确定流体成分至关重要，它对储层评价、储量计算影响很大。2012 年～2013 年，新型速星泵抽流体取样技术在南海西部高温高压低孔渗气田14口井中进行应用，并获取了真正的储层流体，取样成功率达到了95%，为低孔渗储层评价及储量计算提供了保障和依据，同时也为海上其它区域及陆地高温高压低孔渗储层的开发研究及评价起到借鉴及指导作用。

2)新型速星泵抽流体取样技术也可以为后续低孔渗储层的DST 测试及产能预测提供依据，斯伦贝谢公司核磁共振测井CMR 和MDT 测压取样相结合的电缆测井方法可以代替传统的DST 钻杆测试［5］，从而降低测试成本，同时也为目前低孔渗储层研究提供了可信的手段及方向。

［1］吴海燕. 低孔渗储层测井资料评价及地质工程应用［J］.天然气工业，2007，27(7):39 -41.

［2］杨 勇，王贺林，岳云福，等.运用MDT 测井技术准确识别疑难油气层实例［J］. 中国石油勘探，2006，11(5):52-57.

［3］林纯增，张 舫. 泥浆侵入特性的测井应用［J］. 测井技术，2002，26(4):341 -346.

［4］周洪涛，柳建华. 核磁共振和MDT 测井在塔河油田碎屑岩储层评价中的应用［J］. 石油物探，2011，50(5):526-530.

［5］孙 友. 用CMR/MDT 组合电缆测井方法代替DST 测试的探讨［J］. 中国海上油气(地质)，2002，16(6):428-432.