稠油出砂儲層的電纜地層流體取樣新技術

李欣，張國強，任宏，蘇朝博，胡云，王健

（1.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津塘沽300452；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津塘沽300452）

稠油出砂儲層的電纜地層流體取樣新技術

李欣1，張國強2，任宏1，蘇朝博1，胡云2，王健2

（1.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津塘沽300452；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津塘沽300452）

渤海油田探明稠油地質儲量占總探明石油地質儲量的50.4%以上，稠油儲層埋藏淺出砂嚴重，電纜地層流體取樣成功率極低，通過試油取樣的勘探成本又非常昂貴，故稠油出砂儲層取樣一直是電纜取樣的難題。針對上述問題從探針類型和泵型的選擇、泵速壓差的控制、泵抽時間、灌樣方法等方面入手，形成了具渤海特色的流體取樣方法。實踐證明，該方法大大提高了稠油出砂儲層電纜地層流體取樣的成功率。

渤海油田；稠油出砂儲層；電纜地層流體取樣；灌樣方法

1955年首支地層測試器投入商業化應用以來，地層測試與流體取樣技術經歷了多個重要發展時期［1］，其主要目的是通過直接獲取地層流體樣品及測量地層壓力等地質參數來評價儲層的油氣產能。雖然該技術日趨成熟，但由于受儲層滲透性、泥漿濾液的侵入程度、儲層厚度、探針類型、泵型、泵速壓差及泵抽時間等因素的影響，稠油儲層、低滲透性地層、出砂地層仍然是電纜地層流體取樣目前面臨的主要難題，稠油出砂儲層取樣失敗將直接影響儲層評價及儲量申報。本文通過分析儲層特性和稠油性質，選擇合適的探針類型、泵型，控制泵速壓差以及泵抽時間等方法有效提高取樣成功率，降低勘探成本。

1　技術簡介

1.1電纜地層流體取樣技術面臨的難題

1.1.1稠油流度低渤海油田稠油資源十分豐富，探明稠油地質儲量占總探明石油地質儲量的50.4%［2］。稠油具有高密度、高黏度、高膠質加瀝青質的特點。以A井區為例，該井地層流體取樣原油在50℃時黏度為48 210 mPa·s，20℃時密度為1.01 g/cm3，據中國稠油分類標準，屬于接近超稠油的特稠油，基本無流動性，在地面轉樣時沒有外力作用，油樣無法從取樣桶中流出（見圖1）。

圖1　A井地層流體原油樣品Fig.1 Crude oil sample of A well formation

稠油儲層取樣存在著相互矛盾：其一是稠油黏度大，流度低（流度=滲透率/黏度），取樣所需驅動壓差大，才能將原油從地層中抽吸出來。其二是渤海油田常規稠油油藏埋藏淺，儲層出砂嚴重，壓差大會使原油攜砂堵塞儀器。因此，在稠油出砂儲層取樣需要減小壓差，增大過流面積，既要保證原油流出地層，又要保證出砂不堵塞儀器，即是目前稠油出砂儲層取樣面臨的主要難題。

1.1.2儲層出砂嚴重渤海油田稠油油藏埋藏淺，壓實成巖作用差，儲層膠結疏松，砂粒間結合能力較弱，在一定壓力梯度下，砂粒易發生脫落，孔隙中原油黏度高，攜砂能力強，致使稠油攜砂進入派克導致砂堵。淺層稠油儲層往往伴有出砂現象，使流體取樣更加困難。1.1.3儀器漏封地層流體取樣時要求派克與井壁密封，泵抽使地層流體在壓差作用下進入儀器取得原油樣品。如果派克周圍的砂巖比較疏松，在壓差的作用下易發生垮塌，導致泥漿進入儀器取樣失敗，這也是取樣過程中常見的問題之一。

1.2解決稠油出砂儲層取樣的技術方法

隨著不同的探針類型、泵型相繼問世，結合應用情況，不斷總結經驗，摸索出一套行之有效的稠油出砂儲層地層流體取樣方法。

1.2.1探針類型的選擇常規探針取樣模式通常要求自然伽馬值小于75 API，地層密度小于2.45 g/cm3，有效孔隙度大于15%，有效滲透率大于10 mD，常規探針對于低滲透性地層、稠油儲層等適用性較差。稠油出砂儲層需要較大的壓降驅動地層流體，但為防止地層出砂和垮塌需要增大過流面積減小壓降，因此建議選用超大面積探針進行取樣，油質越稠需要的過流面積越大。

超大面積探針和速星探針大幅度增加了過流面積（見表1），解決了因滲透性低壓差大導致取樣困難的難題，為低流度地層的取樣提供了有效途徑，提高了稠油取樣的成功率。地層流體取樣探針（見圖2）。

1.2.2泵型的選擇斯倫貝謝泵抽模塊的泵型可分為常規變流泵（0.8 mL/s～32.8 mL/s）和蝸牛泵（0.07 mL/s～0.84 mL/s）。常規泵又分為常壓泵（8.2 mL/s～32.8 mL/s）、高壓泵（6.3 mL/s～24.6 mL/s）、超高壓泵（4.4 mL/s～18.3 mL/s）和雙倍超高壓泵（0.8 mL/s～16 mL/s）。在保證時效的前提下提高稠油取樣成功率，統計結論（見表2）。根據不同的原油性質和不同的出砂情況要選擇對應的泵型，使地層流體取樣既具有較高效率又能夠成功取得樣品。對于油稠且出砂嚴重儲層，既要選擇超大探針，同時還要使用低速泵。

表1　地層流體取樣探針類型對比Tab.1 Comparison of different formation fluid sampling probe types

表2　不同類型原油與泵型匹配統計表Tab.2 Statistical list of different kinds of crude oil and their corresponding pump types

1.2.3低泵速小壓差泵抽取樣常規取樣一般采用中高泵速，但對于稠油出砂儲層必須要采取低泵速小壓差的泵抽方式，緩慢抽吸地層流體，保證稠油不攜砂進入派克，降低砂堵的概率。但隨著高黏度原油進入儀器，壓差會越來越大，必須繼續降低泵速以減少壓差，要求流壓基線應該比較平穩，以防止砂堵和漏封（見圖3）。

圖3　A井地層流體取樣壓力變化圖Fig.3 Pressure variation of A well formation fluid sampling

1.2.4泵抽時間稠油的流動性非常差，鉆井過程中驅替困難，因此稠油儲層的泥漿侵入淺，如A井，從地層中取出2 L流體后就開始有原油進入取樣儀器。根據取樣用途不同，取樣量也不同，相應的泵抽時間也長短不一。如果只是為了鑒定油水性質，需要的泵抽時間較短即可進行定性判斷；但如果要對流體進行實驗室化驗分析，則需要取較多樣品，泵抽時間隨之加長，同時需要實時根據光譜分析、流體密度、電導率等判斷地層流體污染程度，確定取樣時機。

一般泵抽時間從幾小時到十幾小時不等，同時要考慮井壁的穩定性，并在取樣前做好黏卡實驗，結合異向解卡短節預防儀器黏卡。

1.2.5階段性灌樣稠油出砂儲層取樣時一旦出現砂堵、漏封等，則取樣往往會失敗。此外，稠油乳化現象嚴重，很難取到較純的稠油樣品。為降低此類風險，經過多次實踐，提出了階段性灌樣的方法。

取樣過程中PVT樣桶可以通過泄壓得到常規樣品，針對這一特點，可根據光譜、流體密度、電導率等分析判斷，每隔一定時間取一個樣品備份，樣品純度是遞增的，在樣品較純時取得最后流體樣品。一旦取樣失敗還有其他備份樣品做保證，解決了上述問題。階段性灌樣有以下兩個優勢：一是通過多個取樣桶累計原油量，增加取得原油的總量，為實驗室化驗分析提供保證；二是通過不同階段水中離子變化分析地層流體受泥漿濾液污染情況，判斷儲層是否含水。

2　技術成功應用實例

稠油出砂儲層電纜地層流體取樣技術在A井、B井等多口井進行了成功應用，均取得較多的稠油樣品，為流體性質判斷、升級區域儲量規模提供了可靠的數據支持，下文以A井、B井為例進行闡述。

2.1A井

2.1.1基本情況A井完鉆井深1 721.0 m，主要目的層為明下段、館陶組、沙二段，埋藏淺壓實較差，出砂嚴重，錄井油氣顯示油質較稠。在1 039.5 m成功地進行了流體取樣。

2.1.2探針及泵速選擇地層測試得出A井1 039.5 m安全生產壓差為0.36 MPa，出砂生產壓差為1.42 MPa（見表3），儲層極易出砂，因此要選擇大直徑探針、低速泵進行流體取樣。探針選用的是LCC公司的RCI大直徑探針。

表3　A井地層測試出砂解釋數據Tab.3 A well formation test sand producing interpretation data

2.1.3取樣措施作業過程中A井油層采用平均0.46 mL/s（1.68 L/h）的泵抽速率，保證了盡量小的流速和壓差，從地層中抽出2 L流體后開始有原油進入儀器，但隨著原油的進入，地層與儀器內的壓差也越來越大，由開始的0.345 MPa逐漸增加到7.584 MPa（見圖3），為防止壓差造成出砂，繼續降低泵抽速率。同時為避免出現砂堵、漏失、垮塌、儀器故障等造成無法取得樣品的問題，現場采用階段性灌樣。

泵抽12.5 h后成功取得流體21.0 L（油：700 mL）流體樣品，原油黏度極大，沒有外力的作用基本不具有流動性（見圖1）。原油分析結果：黏度（50℃）為48 210 mPa·s，相對密度（20℃）為1.010 g/cm3，相對密度（50℃）為0.991 8 g/cm3，屬于接近超稠油的特稠油。A井流體取樣創渤海稠油取樣之最。

2.2B井

2.2.1基本情況B井所在構造是渤海油田重點勘探區塊，區塊東一段儲層發育一套稠油層。為進一步擴大該構造儲量規模，鉆探B井，并在2 076.0 m進行了流體取樣。

2.2.2探針及泵速選擇地層測試得出B井2 076.0 m安全生產壓差為5.65 MPa，出砂生產壓差為8.38 MPa（見表4），出砂生產壓差較高，表明儲層出砂并不嚴重，因此對泵抽速度要求不高，可選用中速泵。

表4　B井地層測試出砂解釋數據表Tab.4 B well formation test sand producing interpretation data

由于該儲層對泵速要求不高，根據區域資料該區塊儲層原油屬于普通稠油，本著降本增效的原則，在B井應用COSL新研制的EFDT極板式超大探針（見圖4），其過流面積是常規探針的50多倍，相同泵抽速度情況下可有效降低泵抽壓差，一定程度防止儲層出砂和井壁垮塌，增加了稠油取樣的成功率。

圖4　油服大極板探針Fig.4 Large pad probe of COSL

2.2.3取樣措施儀器座封，開始泵排濾液，控制管線內壓降在6.205 MPa以內，初始泵速低，之后隨著管線壓降減小，逐漸增加泵速，管線流壓基線基本穩定（見圖5）。泵排180 min后，泵出66.0 L濾液，各項參數趨于穩定，開始灌樣。井口儀器轉樣，轉出樣品共1 800 mL（油：500 mL，濾液：1 300 mL），樣品氯根32 000 mg/L，泥漿氯根42 000 mg/L。B井采用油服超大探針，增大過流面積，泵抽過程中對管線流壓進行精確控制，有效防止地層出砂及井壁垮塌，保障稠油取樣作業順利完成。

圖5　B井取樣壓力變化圖Fig.5 Pressure variation of B well formation fluid sampling

樣品分析結果：黏度（50℃）為2 733 mPa·s，相對密度（20℃）為0.977 9 g/cm3，相對密度（50℃）為0.959 0 g/cm3，稠油類型屬于普通稠油（見圖6）。由B井可以看出油服超大探針對于普通稠油有較好的應用效果，能夠在出砂不是很嚴重的儲層取到稠油樣品。

圖6　B井稠油樣品（2 076.0 m）Fig.6 Heavy oil sample of B well（2 076.0 m）

3　結論

隨著稠油出砂儲層電纜地層流體取樣方法在渤海油田多次成功的實踐應用，該方法日趨成熟，大大提高了稠油出砂儲層的取樣成功率，是電纜地層流體取樣的新突破，同時對確定儲層性質和區塊儲層評價等具有深遠的意義。該技術在達到地質目的的前提下節約成本，提升時效，并得到以下結論：

（1）以往的稠油出砂儲層取樣成功率極低，很難取到原油樣品，曾一度在設計上不得不取消稠油儲層的地層流體取樣，要獲得稠油的油品性質不得不依靠昂貴的地層測試來解決。本項目轉變傳統觀念，通過對稠油出砂儲層的深刻認識，應用聲波來計算出砂生產壓差，結合常規測井資料與區域資料判斷儲層性質及原油性質，為地層流體取樣方案的制定提供基本依據。

（2）經過一年多的探索實踐，創建了一套行之有效的具有渤海特色的稠油出砂儲層電纜地層流體取樣方法。根據儲層性質和原油性質甄選不同的泵型、探針類型，為稠油出砂儲層取樣提供基礎保障，作業過程中分析各類資料，取樣時控制好泵速壓差，采取低泵速小壓差的泵抽方式，緩慢抽吸地層流體，防止砂堵和漏封，并根據不同的取樣用途確定泵抽時間。為防止砂堵或井壁垮塌造成取樣失敗，創建了階段性灌樣的取樣方法，降低了稠油取樣失敗的風險，增加了樣品的總量，為實驗室化驗分析提供保障，階段性灌樣可根據不同階段水中離子變化來分析地層流體受泥漿濾液污染情況，對比判斷儲層是否含水，在達到地質目的的前提下節約成本和提高時效。

（3）該技術大大提高了稠油出砂儲層的取樣成功率，為稠油出砂儲層的測井設計提供依據。通過獲得的地層流體樣品確定儲層性質，為區塊儲層評價，儲量申報提供基本數據，使儲量評價數據更加可靠。該套技術的成功應用對于稠油儲層評價、儲量申報等意義重大，是電纜地層流體取樣的新突破，為渤海油田稠油勘探做出重要貢獻。

［1］楊興琴，王書南，周子皓.地層測試與井下流體取樣分析技術進展［J］.測井技術，2012，36（6）：551-558.

［2］郭太現，蘇彥春.渤海油田稠油油藏開發現狀和技術發展方向［J］.中國海上油氣，2012，25（4）：26-30.

A new technology of wireline formation fluid sampling in heavy oil with sand producing reservoir

LI Xin1，ZHANG Guoqiang2，REN Hong1，SU Zhaobo1，HU Yun2，WANG Jian2
（1.CNOOC EnerTech-Drilling&Production Co.，Tanggu Tianjin 300452，China；2.CNOOC（China）Ltd.，Tianjin Branch，Tanggu Tianjin 300452，China）

The proved heavy oil geologic reserves accounts for more than 50.4%of total proved geologic reserves in Bohai oilfield.While the shallow buried depth of heavy oil reservoir and its serious sand producing problem lead to low success rate of wireline formation fluid sampling.Formation test sampling can be a solution but cost much.Thus heavy oil reservoir sampling has always been a difficult problem in Bohai oilfield.To solve the problem，by following ways like choosing of probe and pump type，controlling of pump speed and pressure drop，pump time，modifying of filling sample method and so on，this paper introduced a fluid sampling method which fits for Bohai oilfield.Operation in study area proved that the success rate of wireline formation fluid sampling in heavy oil sand producing reservoir is greatly improved by this way.

Bohai oilfield；heavy oil sand producing reservoir；wireline formation fluid sampling；filling sample method

TE345

A

1673-5285（2016）09-0015-06

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.09.004

2016－07-19

中海石油（中國）有限公司天津分公司自主科研項目“細分構造帶的錄井油氣水解釋模型及評價方法研究”，項目編號：ZZKY-2016-TJ-01。

李欣，男（1981-），工程師，學士學位，2004年畢業于中國石油大學（華東）勘查技術與工程專業，主要從事中國海洋石油國內及海外的勘探作業總監工作，郵箱：lixin3@cnooc.com.cn。