地層測試器RDT原理分析與推廣實(shí)踐

層測試器RDT原理分析與推廣實(shí)踐劉英明【摘要】通過對哈里伯頓地層測試器RDT工作原理的分析，介紹了儀器測壓取樣的操作原理及地質(zhì)應(yīng)用。通過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，介紹了RDT儀器操作的基本步驟,并提出了根據(jù)RDT測量結(jié)果分析地層流體的方法?！酒诳Q】《石油管材與儀器》【年(卷)，期】2016(000)003【總頁數(shù)】4頁(P58-61)【關(guān)鍵詞】地層測試器;地層壓力;取樣;流體分析【作者】劉英明【作者單位】中國石油集團(tuán)長城鉆探測井公司，遼寧盤錦124010【正文語種】中文【中圖分類】TE353.3哈里伯頓地層測試器基于電纜式地層測試的工作原理，采用模塊化設(shè)計(jì)，通過模塊自由組合來實(shí)現(xiàn)地層壓力測量、地層流體分析和直接獲取地層流體樣品等功能，是目前業(yè)內(nèi)比較前沿的科學(xué)技術(shù)。RDT儀器可以根據(jù)不同的地層條件和測試目的，選用不同的模塊組合，獲取精確的地層壓力數(shù)據(jù)和高質(zhì)量的PVT樣品。RDT儀器的井下核磁共振流體分析模塊能夠在井底條件下對流體進(jìn)行核磁分析，安全且簡便易行，為油藏評價(jià)提供寶貴的數(shù)據(jù)。RDT儀器共有七個(gè)不同模塊，七個(gè)模塊組合能夠?qū)崿F(xiàn)不同的功能，比如完成測壓功能需要選取PTS/HPS/DPS/QGS等四個(gè)模塊；若需完成取樣功能，則需要增加FPS/MCS兩個(gè)模塊。RDT儀器內(nèi)部有通用流體總線，能夠?qū)⒘黧w輸送到任意模塊以完成相應(yīng)功能。電源通訊模塊為各模塊協(xié)調(diào)分配電源。RDT的七個(gè)模塊有獨(dú)立的流程控制系統(tǒng)，能夠自由組合和獨(dú)立運(yùn)行。電源通訊模塊為各模塊提供一個(gè)通用的電源總線，整個(gè)儀器串共享一個(gè)通用的通訊總線。PTS須連接在所有模塊的頂部，以實(shí)現(xiàn)電源協(xié)調(diào)分配的功能。通訊總線與其他DITS儀器兼容，因此RDT儀器能夠與其他DITS儀器如HRAI、MRIL等同時(shí)下井。除PTS之外，其他模塊內(nèi)部均有通用流體總線，將流體輸送到RDT儀器的任意模塊。液壓動力模塊核心部件是一個(gè)電-液壓馬達(dá)，提供DPS極板推靠和預(yù)測室動作所需的液壓動力。HPS儀器頂部有能量隔離閥，僅在維修時(shí)關(guān)閉，處在開通狀態(tài)時(shí)，使能斷電自動收腿。HPS供電或下井前應(yīng)確認(rèn)液壓系統(tǒng)手動液壓閥(MV#2)關(guān)閉。地面設(shè)備檢查時(shí)，應(yīng)模擬井下狀態(tài)為HPS施加外部氣壓，一般為80~120psi(1psi=6.895kPa).HPS能夠?yàn)樽疃?個(gè)DPS提供液壓動力。雙探針模塊是RDT儀器操作的核心模塊，它的主要構(gòu)成部件有過渡電路、雙探針及推靠裝置、100mL預(yù)測室、3個(gè)帶溫度補(bǔ)償?shù)木€性應(yīng)變壓力計(jì)、實(shí)時(shí)電阻率測量單元等。每個(gè)探針上都有一個(gè)ShutInValve能夠隔離探針與專用流體管線，實(shí)現(xiàn)探針選通功能和泡點(diǎn)測試功能［1］。探針入口的電阻率測量單元，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測進(jìn)入探針的流體電阻率，對流體進(jìn)行初步的識別。DPS儀器內(nèi)部專用流體管線內(nèi)徑較小，為避免圈閉氣體和管線腐蝕，應(yīng)在下井前和出井后從QGS的注油孔注入DC200液壓油，直至液壓油從DPS的平衡閥和探針溢出，使液壓油充滿專用流體管線。石英壓力計(jì)模塊內(nèi)部包含一個(gè)高精度石英壓力計(jì)測量單元，能夠精確測量專用流體管線或者通用流體總線內(nèi)的管線壓力。測量地層壓力時(shí)通過雙探針導(dǎo)通地層沖洗帶與雙探針模塊內(nèi)部的專用流體管線，通過電磁閥導(dǎo)通專用流體管線與石英壓力計(jì)測量單元，即可測量地層壓力。石英壓力計(jì)測量單元包括石英壓力計(jì)晶體、溫度傳感器晶體和參考晶體等3個(gè)晶體組成，長度5.6cm，直徑1.69cm。石英壓力計(jì)測量單元體積小，精度高，具有快速溫度補(bǔ)償功能，使得儀器的測量精度和測量時(shí)效大幅提高。流體控制和泵出模塊包含一個(gè)與HPS同樣型號的電-液壓馬達(dá)，該馬達(dá)為一個(gè)雙向活塞泵提供動力。在雙向活塞泵的進(jìn)口和出口處，分別有兩個(gè)高分辨率線性應(yīng)變壓力計(jì)，測量進(jìn)口和出口處的流體壓力。FPS有兩種泵出單元，泵出壓力500psi，最大泵出速率3.8L/min或1.9L/min，允許最大4000psi或8000psi的泥漿靜液柱壓力與地層壓力差。多取樣瓶模塊包含3個(gè)1000mL取樣瓶，能夠?qū)Φ貙恿黧w進(jìn)行PVT取樣。儀器起出井口時(shí)即可摘下取樣瓶，進(jìn)行高壓轉(zhuǎn)樣或者直接送往高壓物性實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行流體分析。取樣瓶內(nèi)的高壓樣品還可以使用高壓放樣節(jié)流管匯進(jìn)行常規(guī)放樣。每個(gè)取樣瓶與通用流體總線連接處都有一個(gè)馬達(dá)閥，用以控制取樣操作，在多取樣瓶模塊上有一個(gè)排出閥，用以連通通用流體總線與泥漿，并排出受污染的地層流體，四個(gè)馬達(dá)閥使用AC2驅(qū)動。井下核磁共振流體分析模塊能夠連接在FPS與MCS之間，分析地層流體的性質(zhì)。通過核磁共振回波分析，測量流體的極化特性和弛豫特性，進(jìn)而確定流體T1/T2譜，通過差譜和移譜分析，確定流體類型和流體性質(zhì)，包括含氫指數(shù)，流體電容，粘度系數(shù)，擴(kuò)散系數(shù)等［2］。若核磁共振流體分析能夠滿足基本要求，樣品可以不必取出井外。若需進(jìn)一步確定流體其他性質(zhì)，該儀器提供的參數(shù)可以作為樣品收集純度的重要指征。數(shù)字測控實(shí)時(shí)反饋系統(tǒng)利用32位浮點(diǎn)數(shù)字信號處理器、高分辨率數(shù)據(jù)采集電子器件和傳感器激發(fā)電源放大裝置，是FPS/DPS的核心控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠自動補(bǔ)償由井底溫度、電子器件精度、部件磨損等因素帶來的液壓系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)每4.8ms測量一次預(yù)測室活塞移動速度和取樣泵活塞移動速度，并換算成立方厘米每秒，與地面控制命令進(jìn)行對比，如果兩個(gè)數(shù)值存在差別，系統(tǒng)將自動使用比例-積分-微分控制法則進(jìn)行運(yùn)算，得出新的控制命令并下傳執(zhí)行，保證取樣速率的精確。它成功地將流體部分的操作可視化，將操作界面人性化，使操作者能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測儀器在井下的工作狀態(tài)。儀器可以通過不同的模塊組合以適應(yīng)不同的井下參數(shù)或達(dá)到不同的測量目的，通過更改儀器通訊地址，DPS/QGS/FPS/MCS等四個(gè)模塊均允許兩個(gè)相同模塊同時(shí)連接和下井。零震擊模式指的是對RDT儀器的密封閥進(jìn)行操作時(shí)，應(yīng)盡可能保持兩側(cè)壓力一致，然后再進(jìn)行密封閥操作。各密封閥打開前，應(yīng)保證兩側(cè)壓力小于1500psi，否則將破壞該閥門的密封系統(tǒng)；MCS取樣瓶閥要求開閥前兩側(cè)壓力小于500psi。例如：當(dāng)通用流體總線壓力大于泥漿靜液柱壓力1000psi時(shí)，應(yīng)先打開排出閥泄壓，直至兩者壓力差小于500psi時(shí)打開取樣瓶閥進(jìn)行取樣；當(dāng)通用流體總線壓力大于泥漿靜液柱壓力1500psi及以上時(shí)，可以打開一個(gè)不用的取樣瓶閥（該取樣瓶閥密封將被損壞，本次下井無法取樣），直至壓力差小于500psi時(shí)進(jìn)行取樣。測壓操作的控制參數(shù)有活塞移動方向、預(yù)測體積、預(yù)測速率、壓力上限、壓力下限。例如：測壓坐封后抽吸時(shí)活塞移動方向?yàn)镺PEN，測壓完成收回極板后將活塞全部推回，活塞移動方向?yàn)镸aximumClose。每次測壓操作都允許多次預(yù)測，每次預(yù)測抽取體積應(yīng)小于預(yù)測室未抽取體積，預(yù)測室總體積100mL；預(yù)測速率允許最小值0.1mL/s，允許最大值15mL/s；壓力上、下限是為保護(hù)液壓泵而采取的保護(hù)措施，當(dāng)超出此上、下限規(guī)定范圍時(shí)，活塞將自動停止運(yùn)動。測壓操作時(shí)，數(shù)字測控實(shí)時(shí)反饋系統(tǒng)將顯示預(yù)測體積和預(yù)測速率，如圖1所示，使操作者能夠及時(shí)判斷儀器的工作狀態(tài)。取樣操作的控制參數(shù)有泵抽方向、泵抽速率、泵出壓力上限、泵入壓力下限。取樣時(shí)泵抽方向有PUMPUP/PUMPDOWN，決定于儀器連接方式和流體在FLOWLINE中的運(yùn)行方向；泵抽速率允許最小值1mL/s，允許最大值63mL/s；泵出壓力上限和泵入壓力下限是保護(hù)液壓泵的參數(shù)，泵出壓力上限應(yīng)設(shè)置為靜液柱壓力加1000psi，泵入壓力下限應(yīng)設(shè)置為地層壓力減1000psi，以滿足異常情況下排出閥和流體管線閥的零震擊模式操作要求。取樣作業(yè)時(shí)，數(shù)字測控實(shí)時(shí)反饋系統(tǒng)將顯示取樣泵的泵抽速率，操作者須隨時(shí)關(guān)注泵出壓力和泵入壓力的變化。儀器取樣操作界面如圖2所示。RDT輔電AC3由加利福尼亞電源提供60Hz&600VAC交流電，為HPS/FPS電-液壓馬達(dá)供電。操作時(shí)可選自動加電或手動供電，自動供電時(shí)在參數(shù)設(shè)置中輸入電纜分壓補(bǔ)償后的HPS/FPS供電電壓。馬達(dá)最大轉(zhuǎn)速3460r/min，供電電流約2.5A。HPS/FPS電-液壓馬達(dá)僅在使用液壓動力時(shí)打開，不使用液壓動力時(shí)應(yīng)將馬達(dá)關(guān)閉。HPS電-液壓馬達(dá)負(fù)責(zé)極板推靠、預(yù)測室動作、開關(guān)DPS閥等操作時(shí)所需的液壓動力；FPS電-液壓馬達(dá)負(fù)責(zé)泵抽所需的液壓動力。HPS/FPS馬達(dá)不能同時(shí)工作。通用流體總線管線內(nèi)體積約為1200mL，即泵抽1200mL之后，DPS處檢測到的流體才會到達(dá)取樣瓶位置，供取樣瓶收集。FPS泵出流體壓力應(yīng)大于泥漿靜液柱壓力，否則系統(tǒng)判定泵出流體無法推動取樣瓶活塞，顯示取樣流體無法進(jìn)入取樣瓶。當(dāng)泵出流體壓力與泥漿靜液柱壓力差別較小時(shí)，可能會因線性應(yīng)變壓力計(jì)精度問題，顯示取樣流體未進(jìn)入取樣瓶。該問題能夠通過線性應(yīng)變壓力計(jì)的補(bǔ)償參數(shù)進(jìn)行校正。使用測壓數(shù)據(jù)能夠在測壓過程中判斷儀器可能的粘卡情況。當(dāng)泥漿壓力梯度〈地層壓力梯度+0.1時(shí)，不易發(fā)生粘卡；當(dāng)泥漿壓力梯度〉地層壓力梯度+0.4時(shí)，極易發(fā)生粘卡。使用RDT儀器對某區(qū)塊某井進(jìn)行了電纜地層壓力測試，并采取了地層流體PVT樣品。如圖3所示，左側(cè)為地層壓力與泥漿靜液柱壓力，右側(cè)為常規(guī)測井資料及計(jì)算所得的地層流度。從測壓資料各點(diǎn)回歸得到的斜率計(jì)算得到Group1所在地層壓力梯度為1.442psi/m，Group2所在地層壓力梯度為1.184psi/m，計(jì)算得到Group1段地層流體密度為1.014g/mL，Group2段地層流體密度為0.833g/mL，泥漿密度為1.05g/mL.對照表1分析不難得出Group1段地層為水層，Group2段地層為輕質(zhì)油層，油水界面