基于电缆地层取样的气藏流体定量判别新方法

2017-12-21刘海波王彦晚刘海涅王猛

长江大学学报(自科版) 2017年23期

关键词：测井定量流体

刘海波，王彦晚,刘海涅，王猛

(中海油田服务股份有限公司油田技术事业部，河北燕郊 065201)

基于电缆地层取样的气藏流体定量判别新方法

刘海波，王彦晚,刘海涅，王猛

(中海油田服务股份有限公司油田技术事业部，河北燕郊 065201)

勘探阶段精确定量计算储层流体性质的方法主要是钻杆中途测试技术(DST)，但海上DST评价费用较高。为此，提出利用电缆地层取样技术，将取到的地层流体样品在地面条件下进行气液分离，记录气体和液体样品的体积；利用现场水样分析技术，快速有效地确定液体样品中的各离子浓度，判断样品中泥浆滤液与地层水的体积比例；根据体积系数计算模型，将气体和地层水在常压下的体积折算到地层条件下的体积，得到地层条件下的气水比例，即定量地确定储层的流体性质。该方法进一步量化了测井解释结论，特别是气水同层，得到了地层产水率等参数，有效指导了油田的勘探开发作业。

气藏流体；定量判别；现场水分析技术；电缆取样；产水率

储层流体定量判别一直是现代测井、录井技术的重点和难点，其解释精度和准确度直接关系着油田的经济效益，甚至是评价整个油气藏是否具有开发价值的关键[1～4]。在勘探阶段，精确定量计算储层流体性质的方法主要是依靠钻杆中途测试技术(DST)，但海上DST评价费用较高，每个层位都需要上千万元。为此，笔者提出了一种在勘探测井阶段以更经济的手段获得气藏流体定量判别的新方法。该方法不仅适用于中高渗透性地层，也适用于低渗透地层，实效性高，不需要巨额的测试费用，目前在海上数十口井中得到了应用，为产能计算、储量预测等提供了基础参数，为勘探阶段快速决策提供了依据。

1 电缆地层取样技术及现场水分析技术

测井阶段，地层流体样品一般通过电缆地层取样工具获得，国内外最常用的几种电缆地层测试器(如MDT、RCI、EFDT等)，其主要性能基本相同，都具有先排掉泥浆滤液再取样的功能[5～8]。电缆地层取样通过实时监测样品的成分以及电阻率等参数来判断样品纯度。根据《电缆式地层测试资料质量验收规范》[9]的要求，当实时流体分析资料显示地层流体特征相对稳定、且样品纯度较高时，进行地层流体取样。取得的样品通过现场水分析技术排除泥浆滤液的干扰，可以代表原状地层中可动流体的产出。

(1)

式中：M为水样中地层水的体积分数，%；ρ0为地区地层水中K+的质量浓度，mg/L；ρ1为泥浆滤液中K+的质量浓度，mg/L；ρ2为水样中K+的质量浓度，mg/L。

地层水中K+的质量浓度取地区经验值，一般来说地层水中K+的质量浓度相对较小，而泥浆滤液中却很高，所以经验值的选取对计算结果影响较小。

2 气藏流体定量判别方法与流程

针对气藏流体，电缆地层取样技术取到的样品在地面条件下进行气液分离，记录气体与液体的体积，并分析气体组成。利用现场水分析技术，快速有效地确定液体样品中泥浆滤液与地层水的比例，得到地层水的体积。通过组分模型的状态方程法和地层水体积系数模型，根据气体组成、地层温度、压力，计算气体的体积系数和地层水体积系数，将气体与地层水折算到地层条件下的体积，得到在地层条件下的气水比例，即定量确定储层的流体性质，进而确定储层的产水率。具体判别流程如图1所示。

图1 气藏流体性质定量判别流程图

2.1 天然气和地层水体积系数模型

气体体积系数(Bg)的计算实质可以归结为气体偏差系数的计算。状态方程[12]已广泛用于流体相平衡计算，由于立方型状态方程(CEOS，cubic equation of state)形式简单、计算速度快等特点，所以常用该方程计算气体的偏差系数。该次研究采用精确度较高的立方型状态方程(Peng-Robinson 状态方程(PR EOS))计算气体偏差系数：

(2)

式中：p为地层压力，MPa；R为理想气体常数，(MPa·m3)/(kmol·K)；T为地层温度，K；v为摩尔体积，m3/mol；Tr为相对温度(T与Tc之比)，1；Tc为临界温度，K；ω为偏心因子，1；pc为临界压力，MPa。

将式(2)的PR EOS方程用压缩因子(Z)表示，形式如下：

(3)

研究区Bg的经验公式为：

(4)

通过解式(3)中Z的三次方程，可以求出气相的Z，再将Z代入式(4)，即可得到Bg。

2.2 地层水体积系数计算模型

地层水体积系数(Bw)为地层条件下相同质量水的体积(V1)与地面标准条件下所占体积(V2)之比[13],表示为：

(5)

研究区Bw的经验公式为：

Bw=0.952-2.154×10-4p+10C

(6)

C=0.1336×(2.647×10-2T-1)-1.2676

3 应用实例

海上某油田A井是一口预探井，目的是落实所在凹陷的含油气性，实现油气勘探突破。图2是该井目的层段的测井响应曲线综合图，可以看出，在3386.7～3391.5m井段，砂体特征明显，物性较好，气测值较高，但是随着物性变好电阻率有下降趋势。为了确定该井段的储层流体性质，在电阻率较低的3388.05m处利用电缆地层测试仪进行测压取样，泵抽170min，抽出流体体积92.2L，采集所需样品，样筒体积为3785cm3，在地面条件(室温23.5℃)下进行气液分离，得到32ft3的天然气样品和320cm3的水样样品。利用现场气相色谱分析得到天然气组成(CO2体积分数5.06%，C1体积分数91.35%，C2体积分数1.69%，C3体积分数1.19%，iC4体积分数0.39%，nC4体积分数0.32%)。

图2 A井目的层段测井响应曲线综合图

利用现场水分析技术对A井水样样品进行分析，分析结果如表1所示，可以看出，水样样品中泥浆滤液的混入比例为53%，计算出地层水体积为320×(1-0.53)=150.4mL，根据电缆测压取样，p为36.03MPa，T为392.15K(119℃)，计算得到Bw为1.049，则地层条件下地层水体积为150.4×1.049=157.7mL。对于气体样品，转换到标准情况下体积为895441cm3，计算得到Bg为0.00385，则地层条件下气体体积为895441×0.00385=3447mL。故该井段地层的产水率为:

低于5%。按照勘探试油工作规范[14]，该井段储层流体性质可解释为气层。

表1 A井水样样品现场分析数据表

注：ρ(Na+)/ρ(K+)为钠离子与钾离子质量浓度之比。

海上油田B井是一口预探井，图3是该井目的层段的测井响应曲线综合图。从图3中可以看出，在3179.4～3213.8m井段，砂体特征明显，物性较好，气测值也较高，但随着物性变好电阻率有下降趋势。为了确定储层流体性质，决定在电阻率较低的3200m处，利用电缆地层测试仪进行测压取样，泵抽372min，泵出流体体积127.7L，采集所需样品，样筒体积为3780cm3，在地面条件(室温26.6℃)下进行气液分离，得到2ft3的天然气样品和3380cm3的水样样品。利用现场气相色谱分析得到天然气组成(CO2体积分数2.45%，C1体积分数96.38%，C2体积分数1.00%，C3体积分数0.04%，iC4体积分数0.06%，nC4体积分数0.07%，iC5体积分数0.01%)。