引用本文
李广龙, 吕坐彬, 王双龙, 程奇, 朱志强. StethoScope随钻测压技术在渤海JZS油田的应用[J]. 录井工程, 2022,33(3): 98-103.
LI Guanglong, LYU Zuobin, WANG Shuanglong, CHENG Qi, ZHU Zhiqiang. Application of StethoScope formation pressure test while drilling in JZS oilfield of Bohai Sea[J]. Mud Logging Engineering, 2022,33(3): 98-103.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2022.03.017  
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StethoScope随钻测压技术在渤海JZS油田的应用
李广龙, 吕坐彬, 王双龙, 程奇, 朱志强
中海石油(中国)有限公司天津分公司

作者简介: 李广龙 工程师,1988年生,2013年毕业于中国石油大学(华东)矿产普查与勘探专业,硕士学位,现从事油气田开发地质研究相关工作。通信地址:300459天津市滨海新区海川路2121号渤海石油研究院。电话:(022)66500817。E-mail:ligl40@cnooc.com.cn

收稿日期: 2022-04-22
基金: 国家重大科技专项“大型油气田及煤层气开发”(编号:2016ZX05058)
摘要

渤海JZS油田主力含油层系为沙二段辫状河三角洲前缘砂泥岩薄互层,由于砂层薄且相变快,地震资料难以分辨,储层连通及动用情况不明,严重制约了油田后续开发。为了解区块储层连通关系,优化井网部署,首次采用StethoScope随钻测压技术进行了地层压力测试。全面介绍了StethoScope随钻测压工具的测压原理、应用流程、测压模式及其在渤海JZS油田优化注采中的应用。测试结果明确了地层动用亏空情况和储层连通关系,为油田后期开发提供了重要依据,同时对StethoScope随钻测压技术在其他区域的推广应用具有一定的借鉴和指导意义。

关键词: StethoScope随钻测压; 地层压力测试; 薄互层储层; 储层连通关系; 注采优化
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Application of StethoScope formation pressure test while drilling in JZS oilfield of Bohai Sea
LI Guanglong, LYU Zuobin, WANG Shuanglong, CHENG Qi, ZHU Zhiqiang
Tianjin Branch of CNOOC(China)Co., Ltd., Tianjin 300459, China
Abstract

The main oil-bearing series of JZS oilfield is the thin sand-shale interbedded layers at the delta front of braided river in the second Member of Shahejie Formation. As the sand layers are thin and phase change is fast, it is hard to identify from seismic data, and the reservoir connectivity and production situation are not clear, which seriously restricts the further development of the oilfield. In order to understand the block reservoir connectivity and optimize the well pattern arrangement, the formation pressure test, for the first time, introduced StethoScope formation pressure test while drilling. This paper comprehensively introduces the pressure testing principle, application process, pressure testing mode of StethoScope formation pressure test while drilling tool, and its application in injection-production optimization of JZS oilfield in Bohai Sea. The test results clarify the formation production, voidage and reservoir connectivity, which provides an important basis for the later development of the oilfield, and has a certain reference and guidance to the popularization of StethoScope formation pressure test while drilling in other areas.

Keyword: StethoScope formation pressure test while drilling; formation pressure test; thin interbedded reservior; reservoir connectivity; injection-production optimization
0 引言

相较于传统地层压力测试方法, 随钻测压技术对于落实已开发油藏压力亏空情况、获得未开发油气藏物性和流体类型、规避钻井风险、控制钻井成本、提高井壁稳定性等方面具有适用范围广、获取数据及时的优势[1, 2, 3, 4, 5]。渤海JZS油田主力含油层系为沙二段辫状河三角洲前缘砂泥岩薄互层, 储层横向变化快, 区内古地貌复杂, 断裂系统发育, 地震资料分辨率难以精确预测储层横向展布, 储层连通及动用情况复杂, 这些因素严重制约油田后续注采井网的部署与优化。为明确油田当前注采关系、获知地层压力分布、预测储层展布与连通情况, 决定对无井控区域设计开发井并实施随钻测压技术。该技术的应用为注采井网优化提供了及时可靠的地质依据和技术支持。

1 JZS油田概况

JZS油田位于渤海辽东湾海域辽西低凸起中北段, 西侧以辽西大断层为界, 东南呈缓坡向凹陷过渡, 毗邻辽中凹陷中、北洼, 处于油气富集的有利位置[6, 7, 8], 整体为一北西高南东低断裂半背斜构造。油田内部断层较发育, 受内部次级断层分割划分为多个井区。沙二段为其主要含油层系, 主要为辫状河三角洲前缘亚相砂泥岩薄互层沉积, 储层以水下分流河道、河口坝沉积为主。油藏埋藏较深, 纵向上可划分为多套流体系统, 测试产能高, 油品性质好。根据FMT测压和DST测试资料, 油藏压力系数1.016~1.028, 地温梯度3℃/100 m, 为正常温压系统。

JZS油田D 10井区为东西向长条状独立断块(图1), 开发层段为沙二段Ⅱ 、Ⅲ 油组油层, 开发方案设计为2采1注, 东部已先期实施2口采油井(D 10、D 17井)衰竭开采, 用来落实构造、储层、流体情况。井区地震反射杂乱, 储层展布情况不清, 先期实施的2口井生产动态(主要为气油比)差异较大; 而西部无井控区域与已钻井区域的储层连通关系及储量动用情况均未落实, 制约着后续注采井网优化。

图1 D 10井区构造井位图

D 17井与D 10井储层对比关系较好, 目前两口井生产稳定, 低含水, 静压测试资料也显示, 两口井地层压力下降基本一致, 为同一个压力系统。现决定在西部无井控区域实施1口开发井D 12H井, 并转注1口采油井, 形成2采1注开发井网。转注1口采油井, 对于注水层段的选择至关重要, 为了避免出现只注无采现象, 防止憋压, 决定在D 12H井应用StethoScope随钻测压工具进行随钻压力测量, 从而提前知晓压力衰竭情况, 并利用随钻测压资料明确储层平面连通关系、纵向压力差异及层间动用情况, 为开发井钻后的注采优化方案提供依据。

2 StethoScope随钻测压技术简介

随钻测压即在钻井过程中测量地层压力的测试技术, 自钻杆测试和电缆测试技术出现以来, 各大油服公司竞相研发随钻测压技术。20世纪90年代以来, 国外油服公司相继推出随钻测压系统, 广泛应用于优化钻完井作业、油气藏开发评价等领域, 极大提高了钻完井现场决策效率。

StethoScope随钻测压技术由斯伦贝谢公司设计研发, 是随钻测压领域较为安全可靠的测试系统, 在较为广泛的条件下取得了良好的应用效果。

2.1 随钻测压原理

StethoScope随钻测压工具主要由测压模块和电池等组成, 其中测压模块包含探针、压力计、吸入泵等部分[3](图2)。由于坐封活塞的存在, 可以使仪器在井筒内以任意角度进行测量, 可实现钻进过程中随时获取分层地层压力、流度、环空压力等数据, 适用范围广[4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11]。

图2 StethoScope随钻测压技术原理

随钻测压原理为:随钻测压工具到达设计测压点深度后, 位于扶正器叶片延伸部分的测压探头伸出紧贴井壁时[11], 平衡阀关闭, 隔离仪器内空间与环空, 使仪器内形成封闭空间; 机械定位活塞坐封后, 测压探针建立起仪器内空间与井壁地层的连接通道, 预测试室中的活塞后移, 预测试室内压力低于地层流体压力产生压力降, 从而抽取地层流体, 并测试吸入流速, 可在0.2~2.0 mL/s范围内控制调节, 同时仪器内置压力计测试记录预测试室内压力值变化。当流体充满预测试室后, 内部压力停止下降, 但此时压力仍低于地层压力, 流体会持续流入, 使得压力升高, 地层中未被扰动流体不断补充低压区, 直到预测试室内压力恢复速率足够小时(60 s压力变化小于0.1 psi, 1 psi=6.895 kPa, 下同), 可认为已达到内外压力平衡, 然后停止吸入, 此时测量的预测试室内压力即代表地层压力。

相对测试探针而言, 测试地层可被认为是均质的、无限大介质, 流体流动主要发生在探针周围, 吸取流体的体积也较小, 因此地层流体流向探针的过程中, 自探针向地层压降以球形向外传播, 流体则以垂直等压面的方向形成球形流。当时间足够长时, 通常假设测压曲线分析模型的流型为球形流。测试过程中, 压力、时间与吸入流速、抽取体积等参数之间的关系反映了地层岩石的许多信息[1]。当压力降小、压力恢复时间短、吸入流速大、抽取体积大时, 反映出地层渗透率大; 反之则地层渗透率小。

典型的随钻测压压力变化曲线包括侦查预测试和最终预测试(图3)。现场多采用过平衡钻井来确保钻井过程安全, 但会造成近井地带超压, 这在低渗透率地层中更加明显, 侦查预测试可有效释放超压, 使最终预测试测得的压力更接近真实地层, 从而求得真实地层流度(可推算渗透率)。地层流度λ f可由下式求得[2]:

λ f=VΩ S/{4rP ∫t1t0[psf-p(t)]dt}+ε

式中:λ f为地层流度, mD/cP(1 cP=10-3 Pa· s, 下同); V为预测试抽取的流体体积, cm3; Ω S为形状因子, 无量纲; rP为探针半径, in(1 in=2.54 cm); t0为预测试压力下降开始时刻, s; t1为预测试压力恢复结束时刻, s; psf为近地层压力, psi; p(t)为压力计在t时刻测得的压力, psi; ε 为流度误差, mD/cP。

图3 JZS油田StethoScope随钻测压典型压力变化曲线

停泵状态下的测压数据更为准确, 但为了避免卡钻风险, 通常在开泵状态下进行压力测试, 并对可能造成的测量误差(所测压力略高于静水状态下测量的地层压力)进行压力校正, 来获取准确的地层压力[4]。

2.2 随钻测压模式

根据测试地层物性是否已知, StethoScope随钻测压仪器提供了固定和时间优化两种测试模式(表1)。

表1 StethoScope随钻测压两种测试模式参数

针对地层物性已知且流度量级明确的情况, 选择固定模式可以取得较好的测试效果, 即预测试时的泵抽流速、泵抽体积、测试时间均固定; 针对地层物性未知或物性变化的情况, 时间优化模式可确保取得最佳测试效果, 仪器会根据侦查预测试的压降曲线智能计算得到地层流度范围, 从而采用合适的泵抽流速和体积进行后续测试, 时间优化模式的总测试时间均为5 min, 可有效提高测压效率。

3 随钻测压技术应用
3.1 随钻测压技术应用流程

选取JZS油田内D 12H井进行StethoScope随钻测压技术应用, 测试流程为完钻后起钻具组合至井口, 更换随钻测压工具下至目的层, 采用自下而上的方式进行测试。随钻测压技术钻具组合为StethoScope 825(随钻测压)+TeleScope(通信短节)+ARC(阵列补偿电阻率), 探针到钻头距离18.79 m, 所有测试点均为“ 开泵” 测试, 测点采用固定模式Type 0-C。StethoScope工具内测试容器的容量为25 mL, 每个测点共进行2次压降-压恢测试过程, 总测试时间为5 min。测压过程如下:

(1)粘卡测试, 在“ 开泵” 状态下, 顶驱分别停转5、10、15 min后再开顶驱旋转, 监测排量、泵压、上提下放悬重数据, 均无钻具粘卡, 继续测压作业。

(2)校深, 利用ARC得到的自然伽马和电阻率两条曲线, 通过自然伽马和电阻率曲线确定目的层, 通过自然伽马曲线校深保证测压点深度准确, 消除各种钻柱应力状态引起的深度误差。

(3)探针到达设计深度后发送指令, 调整工具位置, 将探针朝向较高一侧井壁, 工具接到指令后坐封、测压, 测试结束后数据通过TeleScope上传至地面, 上传的数据主要包括环空压力、地层压力、压力降、流度和温度等[4]。3.2 测试结果分析

本次测试在10个设计深度上共进行了11次测压, 其中10次取得了有效测试数据, 1次测试测压结果显示为干点(表2)。经过数据分析, 10个测压有效点涵盖了设计的10个深度点, 均可用于压力亏空评价和侧向连通性分析。

表2 D 12H井StethoScope随钻测压结果

结合D 12H井钻后地层对比、随钻测压结果及邻井压力资料(图4), 进行储层连通性及动用情况分析, 可以看出, D 17井与D 12H井在Ⅱ 油组储层对比较好, 而随钻测压结果也显示D 12H井Ⅱ 油组地层压力低于原始地层压力, 表明D 17井与D 12H井Ⅱ 油组连通, 已动用; 而D 12H井Ⅲ 油组与D 17井对比关系一般, 随钻测压资料显示D 12H井Ⅲ 油组地层压力基本为原始地层压力, 这表明两口井储层有未连通的可能(图5)。

图4 D 10井区压力分析

图5 D 10井区地层对比

基于以上分析, 中间部位的D 17井在转注后可为D 10井Ⅱ 、Ⅲ 油组及D 12H井Ⅱ 油组等连通层注水。为及时恢复地层压力, 完善注采井网, 建议D 17井择机实施转注。下一步将继续研究该区块储层连通关系及纵向压力差异, 优化注采井网。

对于与建议转注井可能不连通的砂体, 后期将通过试采情况判断其储量潜力, 并反推砂体可能的边界。

4 结论

StethoScope随钻测压技术针对不同地层及流体情况提供了两种测量模式共8种测量类型, 可实现在钻井过程中获取地层压力、流体流度等重要数据, 适用范围广, 极大提高了钻完井作业、油气藏开发评价决策效率。

JZS油田通过采用StethoScope随钻测压技术, 及时获取了研究区新增开发井D 12H井各个砂体的地层压力和流度数据, 对测试结果的分析明确了地层动用亏空情况和储层连通关系, 有效指导了后期该区块注采井网优化, 对于确定转注井注水层位、提高区块开发效果起到了重要作用, 对StethoScope随钻测压技术的推广应用具有较好的借鉴和指导意义。

(编辑 唐艳军)

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