電纜地層測試寬頻調速取樣技術研究及應用

穆貴鵬(中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300457)

0 引言

電纜地層流體取樣是儲層評價的一種最直接最有效的評價手段[1]，渤海油田明化鎮、館陶組儲層埋深較淺，壓實成巖作用差，儲層膠結疏松，且以稠油為主，進行電纜地層流體取樣時在一定壓差作用下易出現地層漏失導致座封失敗或地層出砂堵塞探針濾網的現象[2]，進而造成取樣失敗，影響儲層評價，如何有效解決這一難題對油氣田勘探來說意義重大。李欣等[3]研究發現降低泵抽壓差能提高稠油、疏松砂巖儲層取樣成功率，本文闡述了中海油服自主研發的增強型地層動態測試儀(EFDT)通過液壓動力短節技術創新，從而實現寬頻精準調速，依據出砂分析結果，采用低泵速進而實現小壓差進行地層流體取樣，在渤海油田P井首次應用，有效克服出砂及漏封風險，成功取得稠油樣品。

1 寬頻調速取樣技術簡介

液壓動力短節是地層測試儀器不可或缺的一部分，在地層測試儀器中起到平衡環境壓力，為整個液壓系統提供穩定的工作環境以及可靠的液壓系統工作壓力，能夠對泵抽流體排量起到關鍵作用。

1.1 液壓系統對泵抽速度的影響

地層測試儀器流體泵(圖1)一般為液壓驅動往復泵[4]，液壓系統提供的液壓油推動流體泵油缸一側的活塞，再通過連桿帶動流體缸一側活塞，從而完成抽吸流體功能。因此液壓系統泵出的流量直接影響到流體泵的抽吸速度。當前絕大部分地層測試儀器對于泵速的控制都是通過控制液壓系統泵出流量來完成。壓系統泵出的流量與電機轉速、液壓泵排量有關[5]。

液壓系統泵出流量=電機轉速×液壓泵排量，儀器液壓泵排量受液壓泵性能決定為固定值，因此液壓系統泵出流量直接受電機轉速影響。

圖1 地層測試器流體泵

1.2 寬頻調速技術優勢

EFDT常規液壓動力短節采用單出軸霍爾反饋的直流無刷電機，帶動單個液壓泵，可通過電壓調節電機轉速，從而控制泵抽短節的流體泵泵速，當井下工作環境負載變化較大時，電機轉速會隨之發生較大變化，泵速不能穩定維持在較低水平，無法進行低泵速取樣。

寬頻調速液壓動力短節采用雙輸出軸旋變位置反饋的直流伺服電機帶雙液壓泵，新型直流電機可保證在更加寬泛的轉速范圍內穩定工作，配合PID調節閉環精準控制技術，可在地面直流電壓穩定不變情況下通過控制電路主動調節對電機供電電壓，從而消除負載變化對于電機轉速的影響，電機轉速調速范圍為100～3 500 r/min，流體泵調速范圍為可保證0.1～15.0 mL/s，電機轉速與泵速的對應關系所示，兩個液壓泵具有不同的排量，小泵排量為0.07 mL/min，大泵排量為0.36 mL/min，兩個不同排量的流體泵結合轉速穩定寬泛的直流電機，保證液壓系統泵出流量寬泛、線性、穩定，從而保證流體泵泵速線性可調，且泵速范圍更寬。

寬頻調速液壓動力短節較常規動力短節有更寬的調速范圍，泵抽速度調節精度更高更穩定，不僅能以低泵速來應對稠油、疏松砂巖儲層的取樣作業[6]，在常規儲層取樣時可以用更高的泵速提高取樣效率，降低作業成本。

2 應用實例分析

(1)油田位于渤海南部海域，整體為受渤南低凸起邊界斷層控制下的復雜斷塊群，圈閉規模大，油氣層主要分布在明下段和館陶組，油質為稠油，據研究構造區油氣運移通暢，成藏背景優越，新近系具有良好的成藏條件，在該區部署鉆探P井，并在該井設計取樣作業，以便后續進行油品實驗室化驗分析。

(2)本井設計在明化鎮組1 218 m取樣，從常規曲線上看取樣層位為油層，空隙度較大約34.4%，從出砂分析表1看出該套儲層出砂生產壓差為0.86 MPa，地層非常疏松極易出砂或漏封。

表1 出砂分析表

(3)本井取樣前測得地層壓力12.06 MPa，初始泵抽速度控制在1.2 mL/s，流壓11.73～11.79 MPa，控制泵抽壓差小于安全生產壓差，泵抽50 min后流壓穩定并且油氣占比較高，嘗試提高泵速到2.6 mL/s，流壓略有下降到11.51 MPa左右但仍遠小于出砂生產壓差，繼續泵抽到90 min灌取一個備用樣，再次嘗試提高泵速到3.2 mL/s，流壓下降至11.07 MPa左右，繼續泵抽到150 min灌取最終樣品，地面轉樣取得2.25 L稠油樣品，樣品地面密度0.975 8 g/cm3(20 ℃)。

3 結語

(1)寬頻調速技術能精準調節泵抽速度，進而精確控制泵抽壓差，有效克服電纜地層流體取樣時砂堵及漏封問題，在渤海油田P井首次成功應用，并取得較純稠油樣品，為后續區域認識及儲量升級提供可靠支撐。

(2)該技術為疏松砂巖、稠油儲層取樣作業提供一種新的途徑和方法，能夠有效提高該類儲層的取樣成功率，具有很大的推廣價值和借鑒意義。