电缆地层测试仪器适用条件研究

周 全，吴乐军，秦小飞

(中海油田服务股份有限公司油田技术事业部，河北廊坊 065201)

增强型电缆地层测试器(EFDT)是中海油田服务股份有限公司研制的第三代模块化电缆地层测试器，具有完全自主知识产权且达到国际先进水平。自2010年大批量投入使用以来，在国内外获取了大量的实际测试资料和成功经验，得了客户的广泛认可[1-3]。

随着电缆地层测试在低孔、低渗储层中的作业占比越来越高，仪器面临的挑战也日益增大，在测试过程中因探针选择和作业参数设置不合理而出现低渗点、无效点，无法获取真实地层压力，这将直接影响到后续据此计算地质油藏信息的可靠性[4-5]。因此，开展对电缆地层测试资料解释的研究，分析测试的压力响应特征和地层物性、仪器参数之间的关系。

通过模拟不同探针在不同条件地层中的压力曲线特征，总结了泵抽体积、泵抽速度等仪器控制参数与储层压力响应间的关系，指导EFDT取样探针的选择和作业过程中仪器参数的设置，有效降低了作业成本。

1 EFDT压力正演模型

压力正演模型可预测地层测试中仪器的压力响应。借助正演过程可以认识地层和仪器参数的改变对地层测试响应的影响，能够为优化仪器参数设计、仪器应用提供依据，因此在实际应用中起着至关重要的作用[6]。

EFDT测试资料正演模型以测试过程中常用的渗流模型为基础，模拟目前应用较广泛的单相流体的渗流模式[7-8]。将地层孔隙中的流体假设为单相流体，根据解析或数值的方法求得地层和仪器参数与测试压力响应的关系，并综合考虑了测试过程中表皮效应和管线存储效应的影响。

1.1 表皮效应的影响

表皮效应的存在，使实际的压力分布不同于理想的压力分布[9]，在探头处所测压力有一个附加压降，如图1所示。

图1 井眼附近压力分布示意图

从图中可看出，如果存在表皮效应的影响，压力与球坐标半径的关系为图中实线，否则为虚线关系。表皮效应用表皮系数表示，如式(1)所示。

(1)

式中：S为表皮系数；rs为等价源半径，cm；δ为固相堵塞带厚度，cm；kg为原始储层渗透率，10-3μm2；kskin为固相堵塞带渗透率，10-3μm2。

如果固相堵塞带堵塞使渗透率减小，则S是正值。kg和kskin之间的差别越大，固相堵塞带的厚度越厚，则S越大。电缆地层测试(WFT)测试时，如果井下仪器推靠使井壁产生微小的裂缝，地层的渗透率会增加，那么，S是负值；裂缝伸展越深，S越大。对于没有固相堵塞带的储层，S=0。

1.2 管线存储效应和管线存储系数的影响

地层和井下仪器内的预测试室需要有管线和压力计来连接，这些附加的空间会存储流体，而流体的可压缩性对预测试的压力曲线有重要影响[9-10]。这种影响如图2所示。

图2 预测试压力记录上的滞后流动影响示意图

图中的虚线是理想化的无附加空间流量、压力和时间的变化关系，实线是有附加空间的存储产生的实际流量和压力曲线。对比实线和虚线的差别，可以看出实线总是滞后于虚线，尤其是在曲线有剧烈变化的地方更明显。这种影响被称为管线存储效应，存在管线存储效应情况下的压力表达式如式(2)所示[11]。

(2)

式中：CD为无量纲管线存储系数，由管线体积和流体压缩系数决定；psD为无量纲管线内压力；tD为无量纲时间，与活塞关闭时间t成正比；pD为无量纲压力，油井的无量纲压力与压差△p成正比；rD为无量纲距离，与距离r成正比。

2 EFDT探针地层测试适用性分析

在电缆地层测试作业过程中，针对不同的地层选取合适的泵抽速度和泵抽时间至关重要，这直接关系到测试点的成败及后续储层参数计算的精度[12-14]。为了研究EFDT探针在不同渗透性储层中的响应特征，基于理论模型模拟了不同渗透性条件下的压力曲线。

渗流计算模型在行业内已经研究的较为成熟[15-16]，模型中使用测试工具相关的参数包括工具探头吸口直径和工具内部流通存储容积。EFDT探针测试工具主要包括标准型探头、小吸口探头、聚焦式探头、椭圆大吸口探头、超大吸口探头和极板式探头，各种探针工具的参数如表1所示。以常用的标准型探头为例，假设地层流体主要是水，流体黏度为1.0 cp，流体压缩系数为0.007 25 MPa-1；设计地层为均质砂岩，孔隙度为30%，地层压力为2 758 kPa，温度80 ℃；地层渗透率分别为5.0×10-3，10.0×10-3，15.0×10-3，20.0×10-3，30.0×10-3，50×10-3μm2。

表1 EFDT探针测试工具参数

预设四种作业抽吸时间和速度模型(表2)，分别为0.5 cm3/s抽吸16.00 s，2.0 cm3/s抽吸4 s，5.0 cm3/s抽吸2.00 s和10.0 cm3/s抽吸2.00 s；抽吸量设计为8～20 cm3，压力恢复时间均设置为15.00 s。为减少计算模型个数，模拟计算时，将4种抽吸恢复作业放在同一个施工作业中。

表2 EFDT探针测试抽吸恢复设计时间

基于以上假设条件，通过模型计算，共生成24个渗流计算理论模型，分别为4种泵抽速度下在6种不同渗透率地层中的压力曲线(图3)。在低泵速抽吸模式下，压差过小(小于1 379 kPa)，达不到地层压力以下，测试结果无法反映地层真实渗透性特征。在地层渗透率5.0×10-3～20.0×10-3μm2情况下，使用泵速2.0～5.0 cm3/s抽吸测试，而当地层渗透率大于30.0×10-3μm2时，需要使用泵速10.0 cm3/s以上，才能取得足够的压差。

图3 EFDT标准型探头渗流模型压力响应模拟

根据以上原理，还对EFDT探针地层测试的渗透率下限进行了模拟预测。同样以标准探针为例，对于均质砂岩孔隙地层模型，假设地层孔隙度为20%、地下流体为水(黏度1.0 cp、0.007 25 MPa-1)，分别使用两种不同的泵速进行抽吸模拟(常规泵和低速泵)。

使用常规泵(泵速为4.0 cm3/s)抽吸1.25 s(抽吸量为5 cm3)，停泵后，压力恢复20.00 s，分别计算渗透率在4.0×10-3～50.0×10-3μm2不同地层中的压力响应曲线(图4)。从模拟结果中可看出，当渗透率大于等于6.0×10-3μm2时，压降趋于稳态。因此，判断此条件下标准型号探头测试渗透率下限为6.0×10-3μm2。

图4 EFDT标准探针常规泵速测试不同渗透率压力响应模拟(泵速4 cm3/s,抽吸量5 cm3)

使用低速泵(泵速为0.4 cm3/s)抽吸10.00 s(抽吸量4.0 cm3)，停泵后，压力恢复30.00 s，分别计算渗透率在0.3×10-3～5.0×10-3μm2不同地层中的压力响应曲线。发现在渗透率大于等于0.5×10-3μm2时，压降趋于稳态。因此，判断此条件下标准型号探头测试渗透率下限为0.5×10-3μm2。

依照上述方式，同样对其余五种探针在不同地层条件下的泵速、泵抽时间以及渗透率下限进行了模拟，模拟结果见表3，可以看出探针吸口面积越大，所适用的地层渗透率下限越低，而当地层渗透率小于2.0×10-3μm2时,推荐使用低速泵。这在一定程度上提高了作业效率，节省了作业时间。

表3 EFDT不同探针适用条件

3 应用效果

以阿联酋MN区块X井为例，测压段为纯灰岩地层，GR低于10 API，孔隙度较高，为25%。依据区域经验分析，本区域属高孔低渗储层，邻井渗透率普遍低于10×10-3μm2，前期作业没有经验和理论指导，直接采用标准探针和较高泵速作业方式，导致测压成功率较低。在X井作业前，综合考虑各探针的适用条件和作业经济性的基础上，决定选用渗透率下限更低的椭圆探针下井作业，并将泵速控制在4.0 cm3/s以内。

X井共计测压25个点，除2个干点外，其余均为有效点，在1 203 m处采用3.7 cm3/s的泵速进行测试，成功测得地层压力为13.2 MPa，计算的压降流度为3.75×10-3μm2/cp，略高于椭圆探针的渗透率适用下限。对比邻井同层位，在物性相似处采用标准探针进行测压的深度点均未能获取合格的压力恢复曲线，这进一步证实了所模拟的探针适用条件的合理性。这次作业在理论模拟结合实际地质背景的基础上给出了合理的探针选型和作业参数，在保证作业顺利进行的同时也节省了现场作业时间。

4 结论

(1)EFDT测试过程中，选择合适的探针、泵抽速度以及泵抽时间是作业成功的关键。在其他条件相同的情况下，合理控制泵抽速度是测试成功的关键，对于渗透性较好的储层，采用较高的泵抽速度更有利于获得足够的压差，而当地层渗透率较低时，过高的泵速会导致压差偏大，不利于获取有效的测试结果。

(2)模拟了EFDT仪器各类探针在不同渗透率地层中的压力响应特征，总结了不同类型探针的适用条件和推荐作业参数，据此在实际应用中取得了较好的效果，进一步验证了模拟的各种探针适用条件的合理性。