引用本文
姜维寨, 于伟高, 黎红, 孙红华, 郭素杰, 王灿丹婷. 井筒压力波动对气测全烃数据的影响及校正标准实验研究[J]. 录井工程, 2024,35(2): 8-14.
JIANG Weizhai, YU Weigao, LI Hong, SUN Honghua, GUO Sujie, WANG Candanting. Influence of wellbore pressure fluctuation on gas logging total hydrocarbon data and experimental study on calibration standards[J]. Mud Logging Engineering, 2024,35(2): 8-14.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2024.02.002  
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井筒压力波动对气测全烃数据的影响及校正标准实验研究
姜维寨①, 于伟高②, 黎红①, 孙红华①, 郭素杰①, 王灿丹婷①
①中国石油渤海钻探第二录井公司
②中国石油华北油田分公司勘探事业部

作者简介： 姜维寨 高级工程师,1973年生,1995年毕业于中国石油大学（华东）石油地质专业,现任中国石油渤海钻探第二录井公司副经理。通信地址：062552 河北省任丘市渤海中路056号。电话：（0317）2722015。E-mail：lj_jwz@cnpc.com.cn

通信作者：于伟高 工程师,1989年生,2015年毕业于中国石油大学（华东）地质工程专业,硕士研究生,现在中国石油华北油田分公司勘探事业部从事录井项目管理工作。通信地址：062552河北省任丘市华北油田分公司勘探事业部。电话：（0317）2700137。E-mail：yjy_ywg@petrochina.com.cn

收稿日期: 2024-02-05
基金: 中国石油集团渤海钻探工程有限公司重大科技项目“巴彦油田深探井录井关键技术研究”（编号：2022ZD13Y-02）
摘要

为解决井筒压力波动对气测全烃数据检测结果产生的影响,设计了一种模拟井筒压力波动条件下的气测录井模拟实验装置,进行相关影响因素的模拟实验,并根据实验数据建立了全烃检测值校正标准。实验结果表明：全烃检测值随着钻井液密度的增加而降低,随着钻井液粘度的增加先升高、后降低,当钻井液粘度为60 s时检测值最大。全烃校正模型在文安斜坡25口井的老井复查和8口新钻井进行了应用,解释符合率为84.6%,提高了5%,有效解决了气测全烃检测值在井筒压力波动条件下受钻井液性能影响的难题。

关键词: 气测录井; 井筒压力波动; 影响因素; 气测全烃数据; 模拟实验
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Influence of wellbore pressure fluctuation on gas logging total hydrocarbon data and experimental study on calibration standards
JIANG Weizhai①, YU Weigao②, LI Hong①, SUN Honghua①, GUO Sujie①, WANG Candanting①
①No.2 Mud Logging Company, BHDC, CNPC, Renqiu, Hebei 062552, China
② Exploration Enterprise of PetroChina Huabei Oilfield Company, Renqiu, Hebei 062552, China
Abstract

To solve the influence of wellbore pressure fluctuation on the detection results of total hydrocarbon data of gas logging, a gas logging simulation experiment apparatus was designed under the condition of simulating wellbore pressure fluctuation. Simulation experiments were conducted on relevant influencing factors, and calibration standards for total hydrocarbon detection values were established based on experimental data. The experimental results show that the total hydrocarbon detection values decrease with the increase of drilling fluid densities, and first increase and then decrease with the viscosities of drilling fluid. The detection value reaches the maximum when the viscosity of drilling fluid is 60 s.The total hydrocarbon correction models have been applied to the reevaluation of 25 old wells and 8 newly drilled wells in Wen′an slope, and the interpretation coincidence rate is 84.6%, an increase of 5%, which effectively solve the problem that the total hydrocarbon detection values of gas logging are influenced by drilling fluid properties under the condition of wellbore pressure fluctuation.

Keyword: gas logging; wellbore pressure fluctuation; influencing factor; gas logging total hydrocarbon data; simulation experiment
0 引言

气测录井是主要的录井手段之一, 也是随钻连续检测常用的录井技术, 在石油天然气勘探中占有重要的地位[1]。气测录井可检测全烃及C1-C5的烃组分含量共8项气测参数, 其中全烃是烃类总气体浓度, 可以直接测定钻井液中可燃气体含量, 并且可以根据全烃发现油气显示, 还能预报井喷[2]。尽管气测全烃在发现油气显示和录井资料解释评价中发挥了重要作用, 但随钻气测全烃在现场又受到很多因素的影响[3]。气测资料的影响因素主要有储层物性、钻井液性能、钻井工程等[4], 这些因素使其发现和评价油气层的作用受到一定的局限, 解释结果还有不确定性[5]。因此, 建立气测全烃检测值的校正模型是极为必要的。

目前开展的大量研究已取得了丰硕的成果。张策等[6]发现了储层物性、钻井液性能、钻井工程等因素对气测全烃检测的影响; 朱立丰[7]通过分析确定了储层物性对气测全烃检测的影响规律; 曹凤江等[1]通过实验确定了钻井液粘度对气测全烃检测值的影响规律; 高志等[8]通过分析各因素的影响规律建立了气测录井资料的校正模型; 祁丽莎等[9]研究了井筒压力波动对储层的影响机理, 确定了井筒压力加大钻井液滤失量的结果。国外学者Kandel等[10]分析了地层压力和钻井液密度等对气测资料解释产生的影响; Morriss等[11]研究了钻井液粘度对气测全烃检测值的影响, 确定了粘度对气测全烃检测值的影响规律。但是, 国内在井筒压力波动的情况下, 储层物性、钻井液性能、钻井工程等因素对气测全烃的影响规律以及建立在井筒压力波动条件下气测全烃检测值的校正模型方面的研究尚不多见。井筒压力波动会加剧或减缓储层物性、钻井液性能、钻井工程等因素对气测全烃检测值的影响, 使以往的气测全烃检测值校正模型变得不准确。鉴于此, 本文开展了井筒压力波动条件下的气测全烃模拟实验, 研究了钻井液密度、粘度对气测全烃检测值的影响规律, 并通过分析实验结果建立各因素在井筒压力波动条件下气测全烃检测值的校正模型。

1 实验方案
1.1 影响机理

气测全烃检测值受到井筒压力波动的影响主要表现为：井筒压力波动影响烃类气体在钻井液中的溶解度。井筒压力随着时间发生波动, 相应的会引起烃类气体在钻井液中的溶解度发生变化。烃类气体在钻井液中的溶解度与井筒压力关系[12]如公式（1）所示：

c=（Kp+ϕ1RT+bmp）p-bmp2KpRT+bmp（1）

式中：c为以摩尔浓度表示的气体溶解度, mol/m3; Kp为压力平衡常数; ϕ 1为溶剂对气体的间隙度, %; R为气体常数, J/（mol· K）; T为温度, K; bm为气体的范德华体积, m3; p为井筒压力, Pa。

其中井筒压力随时间变化函数如公式（2）所示：

p=Asin（πt）（2）

式中：A为压力变化系数, 可以改变井筒压力变化幅度; t为时间, s。

根据井筒压力随时间波动的公式, 可以得到烃类气体溶解度随时间变化的公式：

c=（Kp+ϕ1RT+bm（Asin（πt）））Asin（πt）-bm（Asin（πt））2KpRT+bm（Asin（πt））（3）

dcdt∝dpdt（4）

由公式（1）-（3）可以看出, 随着时间的变化, 井筒压力发生波动, 进而引起烃类气体在钻井液中的溶解度产生变化。由公式（4）可以看出, 溶解度随时间变化的速率与井筒压力随时间变化的速率呈正相关。

井筒压力波动会使钻井液侵入并滞留在油气层内[13], 造成钻井液滤失量的增大和储层油气渗出量的减小, 进而影响气测全烃检测值。

1.2 实验装置

本研究采用自主设计的一套新型设备, 这是一种模拟井筒压力波动条件下的气测录井实验装置。该实验装置（图1）主要由钻井液配置箱、水泵、搅拌器、气泵、气罐、注气装置、增压泵、可控温环路、气测装置、泄压阀、脱气器、脱气池、回收箱组成。在其钻井液环路外设置有压力扰动装置, 可通过该扰动装置增加或减小钻井液压力来实现井筒压力波动。可控温环路上每隔相同的距离设置一个压力扰动装置, 打开时可模拟井筒压力波动, 关闭时则无压力波动。压力扰动装置通过管道对可控温环路内的钻井液增加或减少压力, 使得在整个可控温环路中形成压力波动。

图1 气测录井实验装置设计

1.3 实验方法

1.3.1 实验分组

依据不同类型钻井液在0~1 MPa井筒压力波动条件下的烃类基值和注气后钻井液内的烃类含量数据, 通过对比在0~1 MPa井筒压力波动条件下钻井液密度、粘度对全烃检测值变化规律的影响, 建立气测全烃检测值的校正模型。

根据实验整体方案, 在0~1 MPa井筒压力波动条件下, 钻井液密度、粘度模拟实验分组见表1。

表1 模拟实验分组

1.3.2 钻井液配置

在油气勘探中通常采用水基钻井液, 本次实验采用水基钻井液中的膨润土浆钻井液, 其基础配比为膨润土∶ 烧碱∶ CMC∶ 纯碱=30∶ 1∶ 2∶ 2.5。在基础配比的基础上添加重晶石粉调控膨润土浆钻井液的密度, 通过改变膨润土的比例来改变膨润土浆钻井液的粘度。使用密度计和粘度计监测膨润土浆钻井液的密度、粘度变化。

1.3.3 实验步骤

（1）选取实验分组中的一组, 根据钻井液配方及制作方法制备膨润土浆钻井液。调节膨润土浆钻井液至合适的密度、粘度。

（2）打开水泵、增压泵和开关阀门, 将调好密度、粘度的膨润土浆钻井液泵入模拟实验装置中, 使膨润土浆钻井液在钻井液配置箱和可控温环路内循环流动。调节阀门的开关使膨润土浆钻井液在环路中循环5~10 min。

（3）打开泄压阀和开关阀门, 使膨润土浆钻井液流入脱气池, 在脱气池中由脱气器对制备好的钻井液进行初次脱气, 检测钻井液中的全烃基值。

（4）重复步骤（2）使环路内充满钻井液, 打开可控温环路上的出液孔, 同时通过注气装置向环路内泵入固定体积的烃类气体。注气结束后, 关闭环路上的出液孔。调节阀门同时打开增压泵和水泵, 使得膨润土浆钻井液和烃类气体在环路内循环5~10 min。

（5）打开泄压阀和开关阀门, 使膨润土浆钻井液流入脱气池, 在脱气池中由脱气器对钻井液进行脱气处理, 检测钻井液中的烃类含量。

（6）重复步骤（1）至（5）, 调节不同密度或粘度的钻井液分别进行实验, 检测钻井液中的烃类含量。根据所得的不同钻井液内的烃类基值和注气后钻井液内的烃类含量, 对比在不同钻井液性能条件下的全烃检测值变化规律, 建立气测全烃检测值的校正和恢复模型。

2 钻井液性能对气测全烃检测值的影响

在本次实验中, 主要研究井筒压力波动条件下钻井液密度、粘度对气测全烃的影响。

2.1 钻井液密度对气测全烃检测值的影响

对密度变化区间为1.05~1.60 g/cm3的钻井液分别采用甲烷和混合气进行实验, 本次实验使用的是浓度10%的标准气样, 图2a为甲烷气在不定粘度条件下密度对气测全烃检测值的影响曲线, 图2b为不定粘度条件下的混合气钻井液气测全烃检测值。

图2 钻井液密度对气测全烃检测值的影响曲线

从图2可以看出, 甲烷和混合气的全烃检测值均随着密度的增加而降低。在钻井液密度为1.05~1.30 g/cm3时, 全烃检测值的下降幅度较大; 在钻井液密度为1.30~1.60 g/cm3时, 全烃检测值的下降幅度较小; 在钻井液密度为1.30 g/cm3时全烃检测值下降幅度出现拐点。基于以上分析, 甲烷或混合气的全烃检测值最适宜密度为1.05 g/cm3, 钻井液密度为1.05 g/cm3时混合气全烃检测值的部分实时色谱分析曲线见图3。

图3 钻井液密度1.05 g/cm3时混合气全烃检测值的部分实时色谱分析曲线

2.2 钻井液粘度对气测全烃检测值的影响

采用甲烷和混合气两种气体, 在钻井液密度1.10 g/cm3条件下对钻井液粘度40~80 s分别进行了3次模拟实验, 3次实验得到甲烷和混合气在钻井液密度一定的条件下, 钻井液粘度对气测全烃检测值的影响曲线如图4所示。

图4 钻井液粘度对气测全烃检测值的影响曲线

从图4可以看出, 甲烷气或混合气均符合以下规律：随着钻井液粘度的不断增加, 全烃检测值先升高; 全烃检测值在粘度为60 s时取得最大值, 之后随着粘度的增加全烃检测值降低。在粘度为60 s时混合气全烃检测值的部分实时色谱分析曲线见图5。

图5 钻井液粘度60 s时混合气全烃检测值的部分实时色谱分析曲线

3 气测全烃检测值的校正

通过对模拟实验结果的分析得到了井筒压力变化对气测全烃检测值的影响和井筒压力波动条件下钻井液性能因素对全烃检测值的影响规律, 根据所得的影响规律对气测全烃检测值进行校正。

3.1 钻井液密度对气测全烃检测值影响的校正

对不同钻井液密度及所对应的全烃检测值数据进行拟合处理, 得到拟合方程曲线。图6为粘度50 s时不同钻井液密度条件下检测的混合气全烃值, 并以此建立不同钻井液密度条件下的全烃校正模型, 其拟合方程如下：

y=-23.36x3+101.13x2-146.2x+70.776 r2=0.968 2 （5）

式中：x为钻井液密度; y为全烃校正值。

图6 密度与全烃检测值拟合方程曲线

由图6可以看出, 回归曲线与全烃检测值的相关性较好, 因此可利用公式（5）消除由于钻井液密度变化带来的影响, 建立基于不同钻井液密度条件下的气测录井全烃校正标准。

3.2 钻井液粘度对气测全烃影响的校正

对钻井液粘度及所对应的全烃检测值数据进行拟合处理得到拟合方程曲线, 图7为钻井液密度为1.10 g/cm3时不同钻井液粘度的全烃检测值, 并以此建立不同钻井液粘度条件下的全烃校正模型, 拟合方程如下：

y=0.069x2-5.17× 10-4x-1.189 r2=0.534 1 （6）

式中：x为钻井液粘度; y为气样浓度为10%时回归全烃值。

图7 粘度与全烃检测值拟合方程曲线

由图7可知, 回归曲线的变化趋势与全烃检测值的变化趋势相符, 因此可利用公式（6）消除由于钻井液粘度变化带来的影响, 建立基于不同钻井液粘度条件下的气测录井校正标准。

4 应用实例

文安斜坡文49断块油层稳定、对比性好、气测响应较敏感, 在该区对25口老井进行复查时应用, 提出老井试油方案2层, 均获工业油流; 在8口新钻井进行应用, 共解释215层, 其中13层经试油验证, 解释符合率84.6%, 提高了5%。

文安斜坡位于冀中坳陷霸县凹陷东部构造缓坡带, 东临沧县隆起区, 北部以里澜断层与武清凹陷相隔, 向南延伸至饶阳凹陷北部南马庄构造带, 整体呈北东-南西走向, 自下而上发育孔店组（Ek）、沙河街组（Es）、东营组（Ed）[4, 5]。文安斜坡外带发育砂岩、砂砾岩组合夹紫红色、棕红色泥岩, 岩屑录井中单层砂岩厚度2~22 m; 斜坡内带以巨厚紫红色泥岩为主, 夹薄层砂岩, 砂岩厚度小于4 m, 斜坡中带为砂泥岩过渡区。

文49断块位于文安斜坡中外带, 利用相关资料, 建立了文49断块校正前全烃与C1交会图板（图8a）, 通过对气测全烃进行校正, 将区域解释图板进一步完善, 消除了钻时、排量、钻井液性能对气测全烃的影响, 从优化后的图板（图8b）可以看出：油水同层、油层解释的范围变小, 数据跨度更清晰, 规律性更强。

图8 文49断块校正前、后全烃与C1交会图板

校正后的图板解释窗口变窄, 数据类比性更强, 使其分区更清晰, 规律性更强, 横向对比性更可靠; 通过校正后图板的应用, 使新井解释更加便捷, 更加直观, 由图板可知, 文49断块全烃校正前、后解释评价标准如表2所示。

表2 文49断块解释评价标准对比

W 49-46X井是位于文安斜坡文49断块的一口开发井。井段2 471~2 473 m（图9中10号层）、2 475~2 477 m（图9中11号层）的原始气测全烃值分别为2.22%、8.71%, 未达到区域上油层的标准, C1相对百分含量为57%~59%, 但实物油气显示较好, 且显示级别较高, 岩性为浅灰色油斑细砂岩, 两颗井壁取心均为油斑显示。在校正前的图板上投点两个层均未落在有效区域内（图8a）, 且因该区低阻油藏的存在, 导致电性特征不明显, 测井解释仅为差油层。考虑在沙一段钻时明显增大, 钻井液参数也发生了变化, 气测全烃检测值相应受到一定影响, 因此对这两个层进行了全烃值校正, 校正后的全烃值分别达到8.69%、28.09%, 经过校正之后, 两个层均落在图板的油层区域范围内（图8b）。

图9 W 49-46X井综合录井图

W 49-46X井的录井解释10、11号层投产, 日产纯油9.9 t, 目前累产236 t, 且含水率一直在2%~3%之间, 几乎不含水, 证实了气测全烃校正的准确性和图板的实用性。

5 结论

（1）通过模拟井筒压力波动条件下的全烃检测实验, 验证了气测全烃检测值受钻井液密度、粘度的影响, 并总结了其影响规律：井筒压力0~1 MPa波动下全烃检测值随着钻井液密度的增加而降低, 在钻井液密度1.05 g/cm3时, 全烃取得最大值; 井筒压力0~1 MPa波动下, 随着钻井液粘度的不断增加, 全烃检测值呈升高趋势, 在钻井液粘度60 s时, 全烃取得最大值, 之后随着粘度的增加全烃检测值降低。

（2）对模拟实验数据进行拟合处理, 得到井筒压力条件下钻井液性能因素与气测全烃检测值的拟合方程, 建立气测全烃检测值的校正标准。应用校正全烃所建立的图板, 其解释窗口变窄, 数据类比性更强, 分区更清晰, 规律性更强。

（3）全烃校正模型在文安斜坡25口老井及8口新钻井进行了应用, 解释符合率达84.6%, 提高了5%, 有效解决了气测全烃检测值在井筒压力波动条件下受钻井液性能影响的难题, 表明该项技术具有较高的实用性, 今后将在实际生产中进一步完善与推广。

编辑 王丙寅

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