隨鉆地層壓力測試在油氣田開發(fā)中的應用

蔣斌

摘要：隨著社會經濟的發(fā)展，我國對石油資源的需求不斷增加。無論是油氣田開發(fā)初期還是中后期，地層壓力測試數(shù)據(jù)是快速準確評估地層特性的重要指標及手段，對提高油田開發(fā)效果、評估油氣田動態(tài)具有十分重要的意義。本文通過對多個油氣田實際數(shù)據(jù)的分析表明，利用地層壓力數(shù)據(jù)分析流體系統(tǒng)、確定流體界面、識別流體類型、判斷儲層連通性、動用層位及地層滲流性等通常具有較好的效果，但在實際開發(fā)生產過程中，利用壓力數(shù)據(jù)還應結合測井解釋結果、油組劃分對比及儲層反演等資料進行綜合判斷，減少單一壓力數(shù)據(jù)分析帶來的不確定性，為合理開發(fā)油氣田，降低開發(fā)風險提供可靠的依據(jù)。

關鍵詞：地層壓力;流體系統(tǒng);流體界面;連通性;滲流性

引言

地層壓力的事先未知性對鉆井作業(yè)帶來很大的風險：當井筒內的泥漿壓力高于地層壓力時會造成井漏，漏失嚴重時泥漿完全失返，導致鉆井作業(yè)無法進行，帶來經濟損失的同時，也污染了地層;當泥漿壓力低于地層壓力時，會發(fā)生井噴或溢流，引發(fā)安全事故，嚴重威脅工作人員生命和井場財產安全。由此可見，準確測量地層壓力并調整泥漿密度對保證鉆井作業(yè)的安全有重要的意義。

1 系統(tǒng)組成

地層壓力隨鉆測量原理樣機由測量短節(jié)、電源短節(jié)、信號傳輸模塊、地面信號處理模塊等部分組成。測量短節(jié)可測量地層壓力、環(huán)空壓力、管柱壓力、井底溫度等參數(shù)。測量數(shù)據(jù)通過信號傳輸模塊實時上傳地面，信號傳輸采用電磁波傳輸方式，數(shù)據(jù)傳輸速率高，滿足測量短節(jié)大容量數(shù)據(jù)傳輸要求。地面信號處理模塊接收電磁信號并分析處理，還原井下測量數(shù)據(jù)。電源短節(jié)采用高溫電池組向測量短節(jié)供電，與井下渦輪發(fā)電相比，可在停泵模式下測量地層壓力，井內壓力無波動，對地層壓力測量干擾小。原理樣機技術參數(shù)如下。（1）規(guī)格參數(shù)。儀器外徑為178mm，長度為10m。（2）測量參數(shù)。地層壓力、環(huán)空壓力、管柱壓力測量范圍為0～100MPa，測量精度為±0.1MPa;溫度傳感器測量范圍為-25～150℃，測量精度為±1℃。（3）工作參數(shù)。耐壓不小于100MPa;耐溫為125℃;抗扭不小于30kN·m，抗壓不小于100kN，抗拉不小于200kN。

2 地層壓力測試在油田開發(fā)中的應用

2.1流體系統(tǒng)分析

油、氣、水在油藏內按統(tǒng)一的氣油、油水或氣水界面存在時，說明在油氣藏形成過程中，這一儲層系統(tǒng)是相互連通的，稱為一個流體（油氣水）系統(tǒng)。同一流體系統(tǒng)內，不同深度進行測量得到的地層壓力數(shù)據(jù)呈線性關系，油、氣、水有各自的直線關系，且各儲集層的流體界面（交點）深度大體一致，反之，則屬于不同流體系統(tǒng)。以PL油田PL-1井為例，該井在5-9油組鉆遇油層并測量地層壓力數(shù)據(jù)。從壓力與深度剖面上看，6-8油組利用壓力數(shù)據(jù)回歸的油線與全區(qū)水線交點深度一致，5油組與6-8油組利用壓力數(shù)據(jù)回歸的油線與全區(qū)水線交點深度差距加大，且呈現(xiàn)不同的變化趨勢，表明6-8油組屬于同一流體系統(tǒng)，5油組與6-8油組屬于不同的流體系統(tǒng)。儲量計算中通常將已查明為統(tǒng)一油（氣）水界面的油（氣）水系統(tǒng)劃為一個計算單元，因此在儲量評價時要給予充分考慮。以B油田為例，該井在3個油組測量地層壓力數(shù)據(jù)。從壓力與深度剖面上看，不同油組利用壓力數(shù)據(jù)回歸的油線呈現(xiàn)不同的變化趨勢，表明各油組屬于不同的流體系統(tǒng)。

2.2液壓系統(tǒng)

為保證探頭密封效果與抽吸能力，對液壓系統(tǒng)輸出壓力有較高要求。以使用最少的液壓元件及管線，實現(xiàn)探頭推靠、抽吸流體等基本測量動作為目標設計了液壓系統(tǒng)，達到小體積輸出高壓力的目的。液壓系統(tǒng)主要由電機、微型液壓泵、微型溢流閥、微型電磁閥等部件組成。微型液壓系統(tǒng)在井下主要包含3個工序：①探頭推靠。儀器接收到地面下傳指令后啟動液壓系統(tǒng)，電機帶動液壓泵開始運轉，電磁閥6處于左位，電磁閥7打開，電磁閥5關閉，高壓油將探頭與推靠臂從儀器內推出，探頭與井壁形成密封。②抽吸流體。電磁閥7關閉，電磁閥5打開，高壓流體進入地層流體抽吸腔，推動抽吸活塞抽吸地層流體。電磁閥5可控制儀器多次抽吸地層流體。③探頭復位。地層壓力恢復平衡后，電磁閥6處于右位，電磁閥5和7打開，高壓流體進入探頭、推靠臂及抽吸活塞復位腔，地層流體經探頭排至環(huán)空，準備下一次測量。

2.3儲層連通性分析

原始條件下，處于同一個壓力系統(tǒng)中的各處壓力之間是平衡的。當油藏投入開發(fā)后，如果儲層連通，即屬于同一流體單元，隨著油井的不斷生產，地層壓力會出現(xiàn)不同程度的衰竭。因此，通過開發(fā)井壓力變化可直接反映儲層的連通性。以B油田為例，該油田主力層為厚度近80m的碳酸鹽巖，夾層不發(fā)育，射孔層段為油層上部。該段地層壓力測試數(shù)據(jù)顯示，縱向上，受上部射孔段生產的影響，油層段下部也出現(xiàn)明顯的壓力衰竭現(xiàn)象。此外，平面上不同時間隨鉆測壓數(shù)據(jù)出現(xiàn)的衰竭程度也不盡相同，表明儲層縱向和平面具有較好的連通性。以PL油田為例，該油田為主力層發(fā)育辮狀河沉積，河道快速頻繁改道使多個成因砂體在垂向和側向上相互對接，呈泛連通體分布。A03井是研究區(qū)最早投產的生產井，于2003年投產。相鄰D19、D20井分別于2008年4月和9月完鉆并進行地層壓力測試，且2003-2008年該區(qū)域無其他新井投產。壓力測試結果顯示兩口井在不同層位均呈現(xiàn)壓力衰竭現(xiàn)象，說明D19、D20井與A03井連通。

2.4電控系統(tǒng)

電控系統(tǒng)主要由電機控制板、數(shù)據(jù)采集板、電源及電源監(jiān)測模塊等組成。電機控制板、數(shù)據(jù)采集板與信號傳輸模塊采用RS485通訊協(xié)議，信號傳輸模塊為主控節(jié)點，數(shù)據(jù)采集板和電機控制板為從節(jié)點。數(shù)據(jù)采集板和電機控制板之間采用CAN總線通訊，實現(xiàn)指令傳遞和數(shù)據(jù)交互。信號傳輸模塊負責下傳地面控制指令與上傳測量數(shù)據(jù)。電機控制板控制200W電機轉速及電磁閥開閉邏輯。數(shù)據(jù)采集板根據(jù)信號傳輸模塊中轉的地面下傳指令進行地層壓力等數(shù)據(jù)采集、存儲和管理，并向液壓系統(tǒng)發(fā)送啟動命令。數(shù)據(jù)采集板存儲容量為256M，滿足大量測量數(shù)據(jù)存儲要求。

2.5信號雙向傳輸模塊

信號雙向傳輸模塊由鉆桿天線、絕緣耦合組件、發(fā)射機、電源等部分組成。該模塊具有下發(fā)控制指令及上傳測量數(shù)據(jù)2種功能。通過開停泥漿泵形成的壓力波動組合，井下儀器檢測環(huán)空壓力與管柱壓力變化，將數(shù)據(jù)發(fā)送給信號傳輸模塊，經分析、計算形成控制指令，啟動測量短節(jié)。儀器測量的井下參數(shù)多，為更準確地描述地層壓力測試曲線，通過信號傳輸模塊上傳至地面的數(shù)據(jù)量較大。使用電磁波傳輸數(shù)據(jù)，最高速率可達到12bit/s，滿足大容量數(shù)據(jù)傳輸要求。

結束語

綜上所述，基于地層壓力測試資料可對流體系統(tǒng)、流體界面、流體類型、儲層連通性、斷層封堵性及地層滲流性等進行有效判斷。基于壓力資料的油氣水系統(tǒng)及流體分析應盡量與其他資料相結合，相互印證，形成最終的結論。由于受到巖性、儲層厚度、儲層物性、井筒條件、泥漿濾液及上覆壓力等條件的影響，地層壓力數(shù)據(jù)點的精確程度會受到干擾，因此測試前應合理設計測試點，同時在研究過程中排除不合格數(shù)據(jù)后再進行分析。

參考文獻：

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（作者單位：中海艾普油氣測試（天津）有限公司）