油基鉆井液條件下西湖凹陷低孔低滲儲層流體性質隨鉆快速識別方法

張國棟 魯法偉 陳波 羅健 胡文亮 何玉春

引用本文:

油基鉆井液條件下西湖凹陷低孔低滲儲層流體性質隨鉆快速識別方法

    作者簡介: 張國棟(1984—),男,山東成武人,2006年畢業于中國石油大學(華東)資源勘查專業,高級工程師,主要從事石油測井技術研究及相關管理工作。E-mail:[email protected]
  • 基金項目:

    國家科技重大專項“東海深層低滲–致密天然氣勘探開發技術”(編號:2016ZX05027)資助

  • 中圖分類號: P631.8+11

A Fluid Properties while Drilling Rapid Identification Method under Oil-Based Drilling Fluid Conditions for Low Porosity and Low Permeability Reservoirs in the Xihu Sag

  • CLC number: P631.8+11

  • 摘要: 為了解決西湖凹陷低孔低滲儲層流體性質快速識別困難的問題,提出了基于油基鉆井液條件的時移電阻率測井對比識別法。首先進行了油基鉆井液濾失性試驗,研究了其在低孔低滲儲層的濾失特征;然后分析了油基鉆井液條件下隨鉆電阻率測井時、鉆井液濾液侵入不同深度和侵入不同類型地層后的地層電阻率變化特征。研究表明,油基鉆井液存在一定的濾失,其濾失量和巖石物性、壓差和時間都有一定關系;油基鉆井液濾液不導電,其侵入儲層后,如果驅替的是油氣,隨鉆和復測電阻率基本一致;如果驅替的是地層水,則復測電阻率會大于隨鉆電阻率。因此,利用油基鉆井液的高侵特性,基于時移測井理念,提出通過對比淺層實時電阻率與復測電阻率的差異快速識別流體性質的方法。該方法進行了現場應用,流體性質快速識別結果與后續電纜地層測試泵抽取樣結果一致,驗證了其可行性,具有推廣應用價值。
  • 圖 1  油基鉆井液濾失量與侵入時間的關系

    Figure 1.  Relationship between fluid loss and intrusion time of oil-based drilling fluid

    圖 2  地層剛鉆開和鉆開一段時間后的井筒環境

    Figure 2.  Wellbore environments after penetrating the formation soon and drilling for a while

    圖 3  P16H探測深度與被探測地層電阻率的關系曲線

    Figure 3.  Relationship curve between P16H detection depth and the resistivity of measured formation

    圖 4  X1井隨鉆電阻率實時值與復測值的對比

    Figure 4.  Comparison on the resistivity while drilling real-time measurement and the re-tested value in Well X1

    圖 5  X1井井深4 471.50 m MDT泵抽流體性質綜合識別

    Figure 5.  Comprehensive identification of 4 471.50 m MDT pumping fluids properties in Well X1

    圖 6  X2井隨鉆電阻率實時值與復測值的對比

    Figure 6.  Comparison on the resistivity while drilling real-time measurement and the re-tested value in Well X2

    圖 7  X2井井深4 321.20和4 333.00 m MDT泵抽流體性質綜合識別

    Figure 7.  Comprehensive identification of MDT pumping fluid properties at 4 321.20 and 4 333.00 m in Well X2

    表 1  油基鉆井液濾失性試驗所用巖心的主要參數

    Table 1.  Core parameters of oil-based drilling fluid filtration test

    編號長度/cm直徑/cm滲透率/mD鉆井液密度/(kg·L–1
    17.392.491991.18
    27.342.531981.32
    下載: 導出CSV

    表 2  油基鉆井液濾液侵入不同地層后的電阻率變化特征

    Table 2.  Characteristics of resistivity change after oil-based drilling fluid filtrate invaded different formations

    地層類型鉆井液濾液侵入情況電阻率變化情況ARC測井儀測量結果
    油氣層一定壓差下侵入不變P16H實時≈P16H復測
    水層一定壓差下侵入升高P16H實時<P16H復測
    含油氣水層或同層一定壓差下侵入升高P16H實時<P16H復測
    致密層基本無侵入不變P16H實時≈P16H復測
    下載: 導出CSV
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圖(7)表(2)
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出版歷程
  • 收稿日期:  2019-01-07
  • 錄用日期:  2019-08-15
  • 網絡出版日期:  2019-08-28
  • 刊出日期:  2019-09-01

油基鉆井液條件下西湖凹陷低孔低滲儲層流體性質隨鉆快速識別方法

    作者簡介: 張國棟(1984—),男,山東成武人,2006年畢業于中國石油大學(華東)資源勘查專業,高級工程師,主要從事石油測井技術研究及相關管理工作。E-mail:[email protected]
  • 1. 中海石油(中國)有限公司上海分公司,上海 200335
  • 2. 中海油田服務股份有限公司,河北三河 065201
基金項目:  國家科技重大專項“東海深層低滲–致密天然氣勘探開發技術”(編號:2016ZX05027)資助

摘要: 為了解決西湖凹陷低孔低滲儲層流體性質快速識別困難的問題,提出了基于油基鉆井液條件的時移電阻率測井對比識別法。首先進行了油基鉆井液濾失性試驗,研究了其在低孔低滲儲層的濾失特征;然后分析了油基鉆井液條件下隨鉆電阻率測井時、鉆井液濾液侵入不同深度和侵入不同類型地層后的地層電阻率變化特征。研究表明,油基鉆井液存在一定的濾失,其濾失量和巖石物性、壓差和時間都有一定關系;油基鉆井液濾液不導電,其侵入儲層后,如果驅替的是油氣,隨鉆和復測電阻率基本一致;如果驅替的是地層水,則復測電阻率會大于隨鉆電阻率。因此,利用油基鉆井液的高侵特性,基于時移測井理念,提出通過對比淺層實時電阻率與復測電阻率的差異快速識別流體性質的方法。該方法進行了現場應用,流體性質快速識別結果與后續電纜地層測試泵抽取樣結果一致,驗證了其可行性,具有推廣應用價值。

English Abstract

  • 西湖凹陷位于東海陸架盆地浙東坳陷東部,面積約5.9×104 km2,新生代地層最大沉積厚度超過1.0×104 m,主要目的層為古近系平湖組和花港組地層。儲層巖性以長石砂巖和巖屑砂巖為主,埋深一般大于3 500.00 m,受壓實成巖作用影響,儲層物性一般偏低,孔隙度多在15%以下,滲透率一般小于10 mD。低孔低滲儲層的流體性質識別一直是西湖凹陷油氣勘探開發中的難題之一[13],原因是儲層束縛水含量高、電阻率對比度低,同時受儲層孔隙結構影響,水層的電阻率往往也較高,通過電性判別難度較大[46];另外,低孔低滲儲層毛細管水含量高,當生產壓差增大到一定數值后,一部分束縛水往往會轉化為可動水,導致生產出水,影響油氣產量,特別是氣層一旦出水將嚴重影響最終的采收率,降低油氣田開發的經濟性[710]。針對上述問題,筆者利用油基鉆井液的高侵特性,基于時移測井理念[1112],提出時移電阻率測井對比識別法,即通過對比隨鉆實時電阻率與復測電阻率的差異快速識別流體性質,并在西湖凹陷低孔低滲儲層進行了現場應用,驗證了其可行性和有效性。

    • 西湖凹陷低孔低滲儲層鉆井使用的油基鉆井液主要成分為白油,根據實際需要,其含量約占鉆井液總體積的70%~85%,其余成分為水和各種添加劑,主要起乳化、降濾失和封堵作用。雖然油基鉆井液比水基鉆井液具有更好的井壁穩定和儲層保護作用,但仍具有一定的侵入特性。為了分析油基鉆井液的濾失特征,利用具有低孔低滲特征的人造巖心進行了濾失性試驗,巖心參數見表1

      編號長度/cm直徑/cm滲透率/mD鉆井液密度/(kg·L–1
      17.392.491991.18
      27.342.531981.32

      表 1  油基鉆井液濾失性試驗所用巖心的主要參數

      Table 1.  Core parameters of oil-based drilling fluid filtration test

      將巖心放入夾持器內,逐漸加壓至13 MPa,并持續24 h,測量濾失量、濾餅厚度和濾液侵入深度。試驗結果為:1號巖心濾餅厚4.0?mm,濾液侵入深度為 3.5?cm;2號巖心濾餅厚5.0 mm;濾液侵入深度為6.5 cm;濾失量與侵入時間的關系如圖1所示。

      圖  1  油基鉆井液濾失量與侵入時間的關系

      Figure 1.  Relationship between fluid loss and intrusion time of oil-based drilling fluid

      從圖1可以看出,油基鉆井液存在一定的濾失性,濾液能夠侵入巖心,濾失量與巖心物性、壓差和時間都有一定的關系。這是因為,油基鉆井液濾液侵入地層后,會對儲層中原有流體產生一定的驅替作用,導致儲層電性特征變化,所以可通過對比儲層電性特征變化情況分析判斷儲層流體的性質。

    • 地層剛鉆開時,油基鉆井液濾液侵入量小,濾餅薄,沖洗帶和過渡帶較窄;鉆開一段時間后,濾餅增厚,沖洗帶和過渡帶寬度增大[13],如圖2所示。所以,剛鉆開地層進行隨鉆電阻率測井時,該電阻率一般可以代表地層真電阻率,即原狀地層電阻率Rt;地層鉆開一段時間后復測電阻率時,電阻率特別是探測深度較淺的電阻率(Rs)會包含沖洗帶和過渡帶的流體性質變化信息。對于水基鉆井液,Rs相對于Rt增大或減小,取決于鉆井液濾液礦化度和地層水礦化度的相對大小關系;但對于油基鉆井液,由于鉆井液濾液不導電,當地層水被驅替后,復測時電阻率Rs會變大,即復測Rs大于隨鉆測量Rs。時移電阻率測井對比識別法就是利用含有不同性質流體的儲層被油基鉆井液濾液驅替后、表現出不同的電性變化特征進行流體識別。

      圖  2  地層剛鉆開和鉆開一段時間后的井筒環境

      Figure 2.  Wellbore environments after penetrating the formation soon and drilling for a while

      為了進一步說明時移電阻率測井對比識別法的技術原理,分別分析了探測深度與被探測地層電阻率的關系,以及油基鉆井液濾液侵入不同地層后的電阻率變化特征。

      首先用Schlumberger公司的ARC隨鉆電阻率測井儀(以下簡稱ARC測井儀)分析探測深度與被探測地層電阻率的關系。該儀器有5個源距(406.4,558.8,711.2,863.6和1 016.0 mm)的發射器,采用2種發射頻率(400 kHz和2 MHz),所以可以獲得20條電阻率曲線(10條相位電阻率和10條衰減電阻率)。其中,發射頻率為2 MHz時,ARC測井儀探測深度與地層相位電阻率的關系曲線如圖3所示。

      圖  3  P16H探測深度與被探測地層電阻率的關系曲線

      Figure 3.  Relationship curve between P16H detection depth and the resistivity of measured formation

      圖3可知,P16H(源距為406.4 mm,頻率為2 MHz的相位電阻率)探測深度最小,但其探測深度與地層電阻率相關,電阻率越高,探測深度越大。由于油基鉆井液濾液侵入深度小,所以可以利用P16H電阻率的變化率分析侵入深度。

      然后分析油基鉆井液濾液分別侵入油氣層、水層、含油氣水層和干層后,沖洗帶電阻率的變化情況。對于油氣層,油氣和油基鉆井液濾液都是不導電的流體介質,油基濾液侵入地層后,地層電阻率基本不變;對于水層、含油氣水層或同層,油基鉆井液濾液侵入后會減小導電流體(水)的體積,導致儲層的電阻率升高。實際復測時,同時測量砂巖儲層及上下泥質圍巖的電阻率,由于泥巖為非滲透性層,所以隨鉆實時電阻率和復測電阻率保持一致,通過使圍巖電阻率重合,就可以確定砂巖儲層電阻率的變化。鉆井液濾液的侵入深度與儲層物性、井筒過平衡壓差、侵入時間及鉆井液特性都有關系。例如,西湖凹陷某區域的典型低孔低滲儲層,孔隙度為9%~18%,滲透率為1~50 mD,在較大正壓差和較長完鉆時間下的侵入深度一般較大。而致密層由于儲層物性太差,濾液基本無侵入,所以地層電阻率基本不變。不同地層的具體變化特征見表2(其中,P16H實時,指P16H隨鉆實時電阻率;P16H復測,指P16H復測電阻率)。

      地層類型鉆井液濾液侵入情況電阻率變化情況ARC測井儀測量結果
      油氣層一定壓差下侵入不變P16H實時≈P16H復測
      水層一定壓差下侵入升高P16H實時<P16H復測
      含油氣水層或同層一定壓差下侵入升高P16H實時<P16H復測
      致密層基本無侵入不變P16H實時≈P16H復測

      表 2  油基鉆井液濾液侵入不同地層后的電阻率變化特征

      Table 2.  Characteristics of resistivity change after oil-based drilling fluid filtrate invaded different formations

    • 時移電阻率測井對比識別法在西湖凹陷X1井和X2井進行了應用,均取得了成功,證明該方法可行且有效。

      X1井4 450.00~4 475.00 m井段鉆遇油氣顯示層,電阻率最高50 Ω·m,氣測全量Tg最高12.0%,巖性為長石細砂巖,孔隙度為9%~11%,滲透率為1~5 mD,參照鄰井信息,初步判斷該層為氣層。對該層進行了隨鉆電阻率復測,結果如圖4所示。圖4中,第五道“電阻率對比”指P16H隨鉆實時電阻率(P16H實時)與P16H復測電阻率(P16H 復測)的對比;P16H復測值大于P16H實時值(對應部分進行了藍色充填),表明該層為非純氣層,存在一定量的可動水,或者說在該井鉆井液過平衡壓差約6.9 MPa的條件下,儲層孔隙中的部分水可以流動。

      圖  4  X1井隨鉆電阻率實時值與復測值的對比

      Figure 4.  Comparison on the resistivity while drilling real-time measurement and the re-tested value in Well X1

      X1井完鉆后,在井深4 471.50 m處進行了電纜地層測試泵抽取樣(MDT儀器),泵抽至45 min時,通過井下流體識別儀IFA開始觀察到地層天然氣流體,流線中的成分主要為天然氣和油基鉆井液;泵抽至160 min時,泵抽壓差增大至4.13 MPa,流線出現了明顯的地層水信號,說明在該壓差下一部分毛細管水開始流動,轉變為可動水。泵抽結束時,流線中水的體積比約為17%,該結果與電阻率復測分析結果完全一致(如圖5所示)。這說明該層有一部分毛細管水在壓差大于4.13 MPa時是可以流動的,可以稱這部分水為弱束縛水;后續進行地層測試或開發時,生產壓差應小于4.13 MPa,否則會導致地層出水,影響天然氣產能。

      圖  5  X1井井深4 471.50 m MDT泵抽流體性質綜合識別

      Figure 5.  Comprehensive identification of 4 471.50 m MDT pumping fluids properties in Well X1

      X2井與X1井處于同一構造帶,應用油基鉆井液鉆進。該井4 317.00~4 336.00 m井段鉆遇油氣顯示層,巖性為長石細砂巖,孔隙度為10%~15%,滲透率為1~10 mD。儲層上部電阻率約24 Ω·m,氣測全量Tg最高約6.0%;儲層下部電阻率為13 Ω·m,氣測全量Tg約為2.8%。與鄰區同層位油氣層相比,該層整體電阻率較低,認為該層未達到純油氣層的標準,為此進行了電阻率隨鉆與復測對比,結果如圖6所示。該井鉆井液過平衡壓差為7.13 MPa。圖6中,第五道為P16H實時值和復測值的對比結果,可以看出井深4 330.00 m以淺的P16H實時值與P16H復測值一致,說明該層不含可動水,為純油氣層;井深4 330.00 m以深的P16H復測值明顯大于P16H實時值,說明該層含可動水,推測為氣水同層。

      圖  6  X2井隨鉆電阻率實時值與復測值的對比

      Figure 6.  Comparison on the resistivity while drilling real-time measurement and the re-tested value in Well X2

      完鉆后,X2井在井深4 321.20和4 333.00 m處分別進行了MDT泵抽取樣。井深4 321.20 m處泵抽壓差約13.8 MPa,泵抽時間為115 min,證實為純輕質油層,不含水;井深4 333.00 m處泵抽壓差為18.3 MPa,泵抽時間為120 min,后期含水率為60%,證實為油水同層,流體性質識別具體情況如圖7所示。該井的泵抽結果與電阻率復測對比分析結果完全一致,再次證明了該方法的可行性和有效性。

      圖  7  X2井井深4 321.20和4 333.00 m MDT泵抽流體性質綜合識別

      Figure 7.  Comprehensive identification of MDT pumping fluid properties at 4 321.20 and 4 333.00 m in Well X2

    • 1)油基鉆井液濾液侵入地層后,對儲層中原有流體有一定驅替作用,從而引起儲層電性特征的變化,通過對比該變化情況,就能夠對儲層中原有流體性質進行分析判斷。

      2)低孔低滲儲層巖性和孔隙結構復雜,僅僅依靠對比電阻率的高低或者鄰區經驗識別流體的性質很難得到準確的結果。油基鉆井液條件下利用時移電阻率測井對比識別法,可以快速識別低孔低滲儲層的流體性質,現場應用也驗證了該方法具有較高的準確性。

      3)時移電阻率測井對比識別法具有較好的通用性,只要使用隨鉆電阻率和油基鉆井液均可進行借鑒,特別是對于一些新區探井,該方法能夠快速識別流體性質,為后續作業選擇提供指導,提高作業效率并節省成本。

參考文獻 (13)

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