随钻地层压力测试在油气田开发中的应用

蒋斌

摘要：随着社会经济的发展，我国对石油资源的需求不断增加。无论是油气田开发初期还是中后期，地层压力测试数据是快速准确评估地层特性的重要指标及手段，对提高油田开发效果、评估油气田动态具有十分重要的意义。本文通过对多个油气田实际数据的分析表明，利用地层压力数据分析流体系统、确定流体界面、识别流体类型、判断储层连通性、动用层位及地层渗流性等通常具有较好的效果，但在实际开发生产过程中，利用压力数据还应结合测井解释结果、油组划分对比及储层反演等资料进行综合判断，减少单一压力数据分析带来的不确定性，为合理开发油气田，降低开发风险提供可靠的依据。

关键词：地层压力;流体系统;流体界面;连通性;渗流性

引言

地层压力的事先未知性对钻井作业带来很大的风险：当井筒内的泥浆压力高于地层压力时会造成井漏，漏失严重时泥浆完全失返，导致钻井作业无法进行，带来经济损失的同时，也污染了地层;当泥浆压力低于地层压力时，会发生井喷或溢流，引发安全事故，严重威胁工作人员生命和井场财产安全。由此可见，准确测量地层压力并调整泥浆密度对保证钻井作业的安全有重要的意义。

1 系统组成

地层压力随钻测量原理样机由测量短节、电源短节、信号传输模块、地面信号处理模块等部分组成。测量短节可测量地层压力、环空压力、管柱压力、井底温度等参数。测量数据通过信号传输模块实时上传地面，信号传输采用电磁波传输方式，数据传输速率高，满足测量短节大容量数据传输要求。地面信号处理模块接收电磁信号并分析处理，还原井下测量数据。电源短节采用高温电池组向测量短节供电，与井下涡轮发电相比，可在停泵模式下测量地层压力，井内压力无波动，对地层压力测量干扰小。原理样机技术参数如下。（1）规格参数。仪器外径为178mm，长度为10m。（2）测量参数。地层压力、环空压力、管柱压力测量范围为0～100MPa，测量精度为±0.1MPa;温度传感器测量范围为-25～150℃，测量精度为±1℃。（3）工作参数。耐压不小于100MPa;耐温为125℃;抗扭不小于30kN·m，抗压不小于100kN，抗拉不小于200kN。

2 地层压力测试在油田开发中的应用

2.1流体系统分析

油、气、水在油藏内按统一的气油、油水或气水界面存在时，说明在油气藏形成过程中，这一储层系统是相互连通的，称为一个流体（油气水）系统。同一流体系统内，不同深度进行测量得到的地层压力数据呈线性关系，油、气、水有各自的直线关系，且各储集层的流体界面（交点）深度大体一致，反之，则属于不同流体系统。以PL油田PL-1井为例，该井在5-9油组钻遇油层并测量地层压力数据。从压力与深度剖面上看，6-8油组利用压力数据回归的油线与全区水线交点深度一致，5油组与6-8油组利用压力数据回归的油线与全区水线交点深度差距加大，且呈现不同的变化趋势，表明6-8油组属于同一流体系统，5油组与6-8油组属于不同的流体系统。储量计算中通常将已查明为统一油（气）水界面的油（气）水系统划为一个计算单元，因此在储量评价时要给予充分考虑。以B油田为例，该井在3个油组测量地层压力数据。从压力与深度剖面上看，不同油组利用压力数据回归的油线呈现不同的变化趋势，表明各油组属于不同的流体系统。

2.2液压系统

为保证探头密封效果与抽吸能力，对液压系统输出压力有较高要求。以使用最少的液压元件及管线，实现探头推靠、抽吸流体等基本测量动作为目标设计了液压系统，达到小体积输出高压力的目的。液压系统主要由电机、微型液压泵、微型溢流阀、微型电磁阀等部件组成。微型液压系统在井下主要包含3个工序：①探头推靠。仪器接收到地面下传指令后启动液压系统，电机带动液压泵开始运转，电磁阀6处于左位，电磁阀7打开，电磁阀5关闭，高压油将探头与推靠臂从仪器内推出，探头与井壁形成密封。②抽吸流体。电磁阀7关闭，电磁阀5打开，高压流体进入地层流体抽吸腔，推动抽吸活塞抽吸地层流体。电磁阀5可控制仪器多次抽吸地层流体。③探头复位。地层压力恢复平衡后，电磁阀6处于右位，电磁阀5和7打开，高压流体进入探头、推靠臂及抽吸活塞复位腔，地层流体经探头排至环空，准备下一次测量。

2.3储层连通性分析

原始条件下，处于同一个压力系统中的各处压力之间是平衡的。当油藏投入开发后，如果储层连通，即属于同一流体单元，随着油井的不断生产，地层压力会出现不同程度的衰竭。因此，通过开发井压力变化可直接反映储层的连通性。以B油田为例，该油田主力层为厚度近80m的碳酸盐岩，夹层不发育，射孔层段为油层上部。该段地层压力测试数据显示，纵向上，受上部射孔段生产的影响，油层段下部也出现明显的压力衰竭现象。此外，平面上不同时间随钻测压数据出现的衰竭程度也不尽相同，表明储层纵向和平面具有较好的连通性。以PL油田为例，该油田为主力层发育辫状河沉积，河道快速频繁改道使多个成因砂体在垂向和侧向上相互对接，呈泛连通体分布。A03井是研究区最早投产的生产井，于2003年投产。相邻D19、D20井分别于2008年4月和9月完钻并进行地层压力测试，且2003-2008年该区域无其他新井投产。压力测试结果显示两口井在不同层位均呈现压力衰竭现象，说明D19、D20井与A03井连通。

2.4电控系统

电控系统主要由电机控制板、数据采集板、电源及电源监测模块等组成。电机控制板、数据采集板与信号传输模块采用RS485通讯协议，信号传输模块为主控节点，数据采集板和电机控制板为从节点。数据采集板和电机控制板之间采用CAN总线通讯，实现指令传递和数据交互。信号传输模块负责下传地面控制指令与上传测量数据。电机控制板控制200W电机转速及电磁阀开闭逻辑。数据采集板根据信号传输模块中转的地面下传指令进行地层压力等数据采集、存储和管理，并向液压系统发送启动命令。数据采集板存储容量为256M，满足大量测量数据存储要求。

2.5信号双向传输模块

信号双向傳输模块由钻杆天线、绝缘耦合组件、发射机、电源等部分组成。该模块具有下发控制指令及上传测量数据2种功能。通过开停泥浆泵形成的压力波动组合，井下仪器检测环空压力与管柱压力变化，将数据发送给信号传输模块，经分析、计算形成控制指令，启动测量短节。仪器测量的井下参数多，为更准确地描述地层压力测试曲线，通过信号传输模块上传至地面的数据量较大。使用电磁波传输数据，最高速率可达到12bit/s，满足大容量数据传输要求。

结束语

综上所述，基于地层压力测试资料可对流体系统、流体界面、流体类型、储层连通性、断层封堵性及地层渗流性等进行有效判断。基于压力资料的油气水系统及流体分析应尽量与其他资料相结合，相互印证，形成最终的结论。由于受到岩性、储层厚度、储层物性、井筒条件、泥浆滤液及上覆压力等条件的影响，地层压力数据点的精确程度会受到干扰，因此测试前应合理设计测试点，同时在研究过程中排除不合格数据后再进行分析。

参考文献：

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（作者单位：中海艾普油气测试（天津）有限公司）