流体声波时差在电缆地层测试中的应用

刘如明,张国强,穆贵鹏,彭乐,涂春赵

(1.中海石油能源发展股份有限公司工程技术公司,天津300452;2.中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津300452)

0 引 言

电缆地层测试在海上油田勘探作业中,发挥着越来越重要的作用[1]。但是,在取水样或者油水同出的样品时,经常出现地层水受滤液污染程度较高,无法说明储层真实含水情况。尤其是在低孔隙度渗透率储层,由于储层物性差,泵抽速度较慢,且钻井液侵入深,导致泵抽时间长,如果取得的样品无法说明问题,不但浪费了大量人力物力,而且导致储层评价缺乏可靠依据。为此,现场经常采用增加泵抽时间的方法,将滤液的污染程度尽量降低[2]。但是,增加泵抽时间直接导致作业成本增加,作业风险增大,且无法从根本上解决问题。所以,急需找到一种新的方法,实时判断当前泵抽流体是地层水还是滤液,准确判断该泵抽点储层的含水情况,从根本上解决该问题。贝克休斯的储层特征描述仪RCI的流体声波时差参数可直观反映当前泵抽流体的性质,并可通过计算实时定量判断流体矿化度,具有较高的准确性。本文对其原理、参数计算方法及应用效果加以详述。

1 仪器原理

对取样作业来说,泵抽到的流体类型是油、气、水(钻井液滤液或者地层水),不同类型的流体其声波时差值有着明显的差异。贝克休斯储层特征描述仪RCI的流体分析模块的管线两侧,分别安装声波发射器和接收器,通过测量声波穿透管线内流体所用时间,计算管线内流体的声波时差(见图1)。仪器泵抽期间,通过卡准接收声波的首波,准确计算流体的声波时差,卡准首波非常重要,否则流体声波时差无法准确计算。随着泵抽的持续进行,对流体的时差进行实时测量,得到一条流体声波时差值随时间变化的曲线(见图2),通过曲线变化和值判断流体性质变化情况。

图1 声波探头位置示意图

图2 流体声波时差曲线图

取样过程中,油、气、水性质不同,导致它们具有不同的声波传播速度,即声波时差不同。通过多口井的实践应用统计,发现油的声波时差一般在200～360 μs/ft,水的声波时差一般在170～190 μs/ft,具有很明显的界限,取样时声波时差也可作为一种判断流体性质的依据。

2 参数计算方法

实验室数据证实,水的声波时差主要受到温度、压力和矿化度这3个参数的影响,其他因素的影响微乎其微。在取样的过程中,仪器座封泵抽时温度基本稳定;在泵抽速度稳定的情况下,管线内流体的压力也基本稳定;唯一产生变化的是所泵抽流体的矿化度,所以影响声波时差值的唯一因素是流体的矿化度,因此,通过流体声波时差来判断流体性质或者判断水的矿化度是可行的方法。

20世纪70年代国外学者根据纯净水的声波数据,统计了在温度100 ℃及压力100 MPa之内的纯净水的声波速度与温度和压力的关系[3]

(1)

式中,vw为纯净水的声波速度;T为温度;p为压力;Wij为常系数。

之后的学者对式(1)的温度和压力条件进行了修正,并引入矿化度的因素,得到计算盐水声波速度vB的公式[4]

vB=vw+C(1170-9.7T+0.055T2-8.5×10-5T3+2.6p-0.0029Tp-0.0476p2+S1.5(780-10p+1016p2)-820S2

(2)

式中,C为地层水矿化度;vw为纯净水的声波速度。

通过式(2),证实了在取样泵抽过程中影响声波时差的主要因素为温度、压力和矿化度,并且矿化度为主要影响因素。那么,在取样过程中温度T、压力p、流体声波速度vB和vw已知的情况下,可根据式(2)计算当前流体的矿化度,进而判断水是地层水还是滤液。利用式(2)可对流体的矿化度进行精细化计算,为样品的受污染程度提供了定量化的参考依据,形成了判断流体污染程度的声波时差判断方法。

3 应用效果

2017年渤海油田多口探井通过RCI的声波时差判断流体,并取得了较好的效果。A井为垦利区块的1口预探井,完钻层位沙河街组,完钻井深3 530.0 m。该井累计完成5个取样点的取样作业,共取得12个流体样品,样品为水样或者是含油水样。

图3 A井2 859.0 m处常规测井图

以2 859.0 m取样点为例(见图3),该取样点位于沙二段,综合录井岩性为荧光含砾中砂岩,荧光面积5%。从常规测井分析,该点电阻率约4.1 Ω·m,孔隙度约15.2 p.u.,流度约6.8 mD/cP(1)非法定计量单位,1 mD=0.987×10-3 μm2; 1 cP=0.001 Pa·s; 1 ft=12 in=0.304 8 m,下同,温度99.17 ℃,钻井液氯根43 000 mg/L。该点共泵抽420 min,累计泵出流体135.7 L,泵抽期间分别于160 min和270 min灌备用样,其泵抽时声波时差变化曲线见图4。泵抽至160 min时,声波时差181.4 μs/ft,根据公式估算氯根36 491 mg/L,灌备用样;泵抽至270 min时,声波时差值为182.5 μs/ft,估算氯根为29 130 mg/L,灌备用样;泵抽至440 min时,声波时差值为183.4 μs/ft,估算当前流体氯根为23 578 mg/L。根据区域经验,判断该储层含水、灌样,结束该点取样作业。在样品转出之后,对3个样品进行氯根滴定,氯根含量分别为33 000、26 000 mg/L及23 000 mg/L,与灌样前估算的氯根情况一致,具有较高的准确性。

图4 2 859.0 m泵抽声波时差参数图

除A井之外,该计算方法在蓬莱、垦利等区块的井均取得不错的应用效果,样品的滴定氯根含量与灌样前估算的氯根含量具有较好的一致性,误差基本维持在10%之内,说明该方法具有较高的准确性。但是,该方法也有明显的缺憾,那就是氯根的估算公式比较复杂,利用手工计算的方式比较繁琐,计算难度大,需要将公式进行集成化之后才能方便计算。通过对大量作业数据的分析,进一步发现了滤液矿化度与声波时差的定量关系。

4 取样新思路

图5 流体声波时差与氯根含量关系图

经过多口井的实际作业数据统计分析,发现在温度和压力基本稳定的情况下,声波时差的变化量和流体矿化度的变化量是呈近线性关系(见图5)。从图5可见声波时差的变化与氯根含量的变化基本是呈近线性关系,即声波时差每增大1 μs/ft,流体氯根含量降低约7 000 mg/L左右。经过多口井的实际应用证明,该算法具有较高的准确性。以此为基础,可以对常规取样思路进行调整,形成新的取样方法。在取样之前,根据滤液的实际矿化度和声波时差,设定泵抽的目标氯根,估算达到目标氯根值时的声波时差值,技术路线见图6。

图6 取样新思路技术路线图

作业时,声波时差值达到目标值即灌样,作业目的性更强,同时具有较高的准确性。以垦利区块某井为例,作业时其滤液氯根为63 000 mg/L,滤液声波时差为181 μs/ft,结合区域经验估算,当样品的氯根在25 000 mg/L左右时,即可判定储层含水。根据声波时差每增大1 μs/ft,流体氯根降低约7 000 mg/L左右的结论,估算目标声波时差值为186.5 μs/ft。泵抽5.5 h之后,声波时差值达到186.5 μs/ft;灌样,样品氯根24 500 mg/L,与预测时数据一致。多口井的实际作业结果说明该结论具有较高的准确性,该方法确实可行。

5 结 论

(1)本文方法可实时估算流体的受污染程度,为取样时灌样时机的把控提供了新的、定量化参考依据。

(2)声波时差法应用的关键在于卡准声波首波,确保声波时差值准确;准确读取在刚开始泵抽时滤液的声波时差值,计算准确的目标声波时差值。

(3)本文方法改变了常规取样的思路,使取样作业目的性更强,效率更高。