电缆地层测试作业具有快捷、经济和可靠的优点, 在海上油气勘探中的优势明显^[1]。电缆地层测试作业测压阶段多为小尺度球形渗流, 其宏观代表性相对较差^[2-4], 尤其在低孔低渗及高温高压储层渗流评价中, 测压资料的局限性凸显、制约了资料的精细化应用。

电缆取样作业通过长时间、大排量的泵抽清空近井带泥浆滤液, 最终泵抽纯地层流体并进行取样。泵抽取样过程实际上是通过营造压差驱动原状地层油/气流动、并不断驱替近井带水(泥浆滤液)的过程, 其物理表征意义与钻杆地层测试有类似特征。取样过程中, 现场测井工程师为了提高泵抽效率及取纯地层流体样, 通常会针对不同物性储层, 采用不同的泵抽探针及作业制度, 其过程监测参数也会被记录下来。目前对于泵抽阶段重点是获得流体样品, 而国内对于泵抽动态参数的研究与应用较少^[5]。为了得到与钻杆地层测试更相近的储层渗流参数, 通过研究南海莺歌海-琼东南盆地(下文简称莺琼盆地)取样泵抽过程中的动态参数与储层渗流特征关系, 建立一套指导区内现场作业及储层渗流评价的新方法。通过上述工作, 充分挖掘取样泵抽动态资料, 实现了电缆地层测试资料在现场作业指导、储层渗流参数评价及产能快速预测等整个勘探阶段全过程中的精细化评价应用。

1 泵抽动态资料渗流评价应用 1.1 取样油气泵抽突破时间预测

近年来, 南海西部莺琼盆地钻遇较多低渗、特低渗储层, 测压流度小于1×10^-3 µm²/(mPa·s), 甚至小于0.1×10^-3µm²/(mPa · s), 测压多为干点或超压点, 地层取样较困难, 如果要取到较纯净的流体样, 必须经过长时间泵抽, 勘探作业花费及作业风险大^[6]。低渗储层地层流动性差, 现场泵抽取样作业时, 油气突破时间长, 由于时效性等原因, 现场工程师最终放弃继续泵抽作业、导致取样失败。如何利用泵抽动态资料, 预测不同储层取样点烃类突破时间, 为现场作业提供指导, 避免误判储层有效性, 对于作业时效性及储层评价准确性均十分必要。

XXX13-1-10井2 836.5 m测压流度0.04×10^-3 µm²/(mPa·s), 采用速星探针泵抽取样, 泵速400 rpm, 泵抽130 min后才开始有烃类突破, 见图 1-1。取样过程中随着泵抽参数调整、泵抽效率改变、导致泵抽压力及流量等也随之改变, 进而影响泵抽取样时间, 泵抽监测参数见图 1-2。

以南海西部莺琼盆地为研究区, 通过区内多个油气田实际测压取样作业规律的总结, 将取样过程中常规仪器配置、操作参数及地层属性与取样油气突破时间做相关分析, 发现油气突破时间受多因素影响, 主要有流度、泵转速、含气饱和度等参数, 其单因素相关性分析见图 2。

由上述单因素分析可知:电缆取样泵抽过程中, 储层物性越好(测压流度大)、含气性越好(含气饱和度高), 采用的泵抽探针过流面积越大, 泵转速越快, 最终需要的油气泵抽突破时间越短。为了消除不同因素的影响, 需要综合分析, 从而找到泵抽突破时间的预测模型, 定义油气泵抽效率因子F, 其表述式如下:

$ F=\left( DDM/\left( Sg/Rpm/Sp \right) \right.\times 1000 $

(1)

式中:DDM为测压流度, 10^-3 µm²/(mPa · s); Sg为测井解释含气饱和度, %; Rpm为取样过程中泵转速, r/min; Sp为泵抽探针过流面积, in²。

式(1)中的泵抽效率因子F实际上就代表了消除非地质影响因素后的仪器取样泵抽能力, 总体上在储层物性及含气性一定的情况下, 仪器泵抽能力越强, 则取样效率越高, 即越短时间内可以实现取样流体突破。进一步借助区域已有的泵抽取样资料建立泵抽效率因子与油气泵抽突破时间T₀的对应关系。图 3为研究区内取样点泵抽效率因子与泵抽油气突破时间关系图, 由图可见二者对应关系较好, 泵抽效率因子越高, 整体泵抽突破时间越短。

基于上述研究, 建立南海西部莺琼盆地纯油气藏段电缆地层测试取样泵抽油气突破时间的预测模型, 见式(2)。

$ {{T}_{0}}=28.639\times {{F}^{\left( -0.243 \right)}} $

(2)

式中:T₀为泵抽油气突破时间, min; F为取样泵抽效率因子。

在实际电缆地层测试取样泵抽作业过程中, 根据实际泵抽参数按照式(1)计算泵抽效率因子F, 进一步依据区域模型式(2)预测泵抽点油气突破时间, 为现场作业提供指导。

1.2 有效渗透率计算

电缆地层取样是通过持续泵抽来排驱近井带泥浆滤液并最终获得纯地层流体样品, 取样过程本质就是油(气)驱替水(滤液)的渗流过程, 其中的泵抽动态参数可以用以表征储层渗流特征^[7], 见图 4。, 因此可以利用这些动态参数来预测储层渗流特性, 从而解决无岩心/试井条件下的储层渗流评价难题。

在油水(气水)两相相渗驱替过程中, 由达西渗流公式可知, 两相渗流中某一相流体有效渗透率(K_o)与渗流过程中流量、黏度、压差等因素均有相关性, 见式(3)

$ {{K}_{0}}=\frac{{{q}_{0}}{{\mu }_{0}}L}{A\times \Delta P} $

(3)

式中:K_o为油(气)相渗透率, 10^-3 μm²; L为渗流岩心长度, m; q_o为流量, L/s; μ_o为油相黏度, mPa · s; ∆ P为驱替压差, psi; A为渗流横截面积, m²。

由图 4可知, 泵抽油(气)驱水过程中、随着泵抽参数调整, 取样仪器探针不断将近井带泥浆滤液排出, 最终近井带泥浆滤液基本被原状地层油气驱替, 进而取样装瓶, 完成取样。由于电缆地层测试技术的不断发展、以MDT为代表的最新电缆取样仪器均能在井下泵抽作业时实时提供多条监测参数曲线, 常见的有体积、转速、黏度、含水率及电阻率等。依据式(3), 在多个泵抽监测参数中挑选出与之相关的特征参数开展研究。式(3)中驱替流量q_o可对应于取样泵抽过程中的泵抽流量q_t; L/A可对应于泵抽中的探针过流面积Sp; 而∆ P表示驱替过程中压力的变化, 而在泵抽过程中, 影响压力变化的一个重要因素是泵抽转速Rpm; 因此可以推断储层有效渗透率K_o(g)与泵抽流量、探针过流面积及泵抽转速等泵抽参数有较好的对应关系。

结合研究区实际作业经验规律, 储层渗透性与泵抽过程中泥浆滤液清空流量有关, 即储层物性越好, 单位时间内排驱近井带泥浆滤液体积越多。泵抽作业过程中, 泥浆滤液排驱体积还会受探针类型及泵转速等多因素综合影响, 导致泵抽动态资料与储层渗透性对应关系不明显。为了更好开展泵抽储层渗流规律研究, 定义泵抽驱替因子T, 将之定义为单位泵转速下的泥浆滤液排驱流量与探针过流面积比值, 其表述式如下:

$ T={{q}_{t}}/Rpm/Sp $

(4)

式中:q_t为单位时间内泵抽流量, mL/s; Rpm为取样过程中泵转速, r/min; Sp为泵抽探针过流面积, in²。

目前获得储层有效渗透率最直接可靠的方法是进行钻杆地层测试, 基于试井分析得到试井渗透率及产能参数。为了定量化开展储层泵抽参数与有效渗透率关系, 结合研究区在地层测试段有电缆取样泵抽作业的8口井资料, 建立泥浆滤液驱替因子T与该井段钻杆测试得到的试井渗透率对应关系(图 5)。

基于上述研究, 建立南海西部莺琼盆地纯气藏段拟试井渗透率评价模型, 见式(5)。

$ {{K}_{t}}=4324.1\times {{T}^{1.998}} $

(5)

式中:K_t为泵抽取样点对应钻杆测试段有效(试井)渗透率, 10^-3 μm²; T为泵抽泥浆滤液驱替因子。

在实际电缆地层测试作业中, 可依据取样点泵抽动态参数计算泥浆驱替因子, 进一步基于式(5)计算得到泵抽点有效渗透率。

1.3 单井产能快速评价

产能预测是勘探开发经济性评价的关键环节, 可为开发方案部署与规划提供依据, 其关键在于储层渗流能力评价^[8]。对于未测试井段, 通过取样点泵抽动态参数计算有效渗透率, 替代试井渗透率应用于产能评价中, 可大大提高未测试段产能快速评价精度^[9-10]。

在电缆地层测试资料产能评价应用中, 需要注意以下两点:

(1) 需要将泵抽点有效渗透率尺度升级。虽然通常选择储层段内相对均质、物性较好的深度点进行泵抽, 但对于整个层段的渗透率评价, 还需要进行尺度升级。按照层状流动方法确定层段大尺度渗透率, 即算术平均求取层段渗透率^[11], 见式(6)。

$ {{K}_{av}}=\frac{\sum{_{\text{i}}{{K}_{\text{i}}}{{h}_{\text{i}}}}}{\sum{_{\text{i}}{{h}_{\text{i}}}}} $

(6)

式中:K_i为泵抽点有效渗透率, 10^-3 μm²; h_i为泵抽点对应小层厚度, m, 参考测井曲线形态给定。

(2) 结合区域地层测试资料, 将测试段扣除无效层后得到实测每米无阻流量。

基于升尺度后的层段有效渗透率及区域钻杆地层测试段的测试产能, 建立大尺度有效渗透率与每米无阻流量的关系, 从而借助该区域关系模型实现产能快速评价。图 6为莺琼盆地8口气井的测试每米无阻流量与大尺度有效渗透率的关系图, 由图可知二者对应关系较好, 可以利用上述产能分析模型, 对不同储层段进行快速产能预测, 其对应式如下。

$ {{Q}_{\text{AF}}}=1.2416\times K_{\text{av}}^{0.7001} $

(7)

式中:Q_AF为预测每米无阻流量, 10⁴ m³/(d · m); K_{a v}为升尺度后的有效渗透率, 10^-3 μm²。

2 应用效果

利用文中建立的莺琼盆地电缆取样油气泵抽突破时间预测模型, 对近年来新钻的两口井不同物性取样点泵抽油气突破时间进行预测, 预测结果与实际结果吻合良好(表 1)。分别在中渗储层条件的XY13-2-6井3 128.6 m深度处采用超大直径探针泵抽, 测压流度为28.32×10^-3 µm²/(mPa · s), 泵抽压降为250 psi(1 psi=6.895 kPa), 预测油气突破时间为13 min, 实际泵抽14 min突破; 低渗的XX13-2-1井3 625 m深度处采用速星探针泵抽, 测压流度为0.03×10^-3 µm²/(mPa · s), 泵抽压降为4 500 psi, 预测油气突破时间为87 min, 实际泵抽90 min突破。

基于取样点动态泵抽参数的有效渗透率计算公式, 借用本区域产能快速评价模型, 对区内近来新钻5口典型井(4口已进行DST测试, 1口未测试)进行产能预测, 其预测结果见表 2。由表可见, 渗透率计算误差均小于50%, 平均误差20%, 产能预测结果与实测结果误差小于30%, 平均误差10%。从实际应用效果看, 基于泵抽动态资料计算有效渗透率可靠, 产能评价精度较高, 可推广应用于类似未测试井段的渗流评价及产能预测。

3 结论

(1) 电缆地层取样动态泵抽过程中流体清空体积较大、压力波及范围较广, 能形成与钻杆地层测试有类似油藏物理表征意义的渗流响应, 从而更直接反映原状地层的油气藏有效流体渗流信息。

(2) 基于泵抽过程参数影响因素分析, 可建立取样点油气泵抽突破时间的预测模型, 用于现场作业指导, 提高时效性及资料评价可靠性。此外, 还可以基于渗流理论规律, 建立取样泵抽动态参数与有效渗透率对因关系, 从而基于泵抽点动态参数预测储层有效渗透率, 并进一步基于区域产能测试资料统计分析, 建立单井产能快速评价模型。

(3) 从实际应用效果来看, 基于泵抽动态参数评价储层渗流特征及产能总体效果较好, 方法具有较强的推广性, 初步解决了油气勘探阶段从现场作业到储层渗流评价到后期产能预测全过程中关键难题, 为海上储层渗流评价及产能分析开拓了一条经济有效的新方法。