地层测试器RDT原理分析与推广实践

层测试器RDT原理分析与推广实践刘英明 【摘要】通过对哈里伯顿地层测试器RDT工作原理的分析，介绍了仪器测压取样 的操作原理及地质应用。通过实践经验的总结，介绍了 RDT仪器操作的基本步骤,并 提出了根据RDT测量结果分析地层流体的方法。【期刊名称】石油管材与仪器 【年(卷)，期】2016(000)003 【总页数】4页(P58-61) 【关键词】地层测试器;地层压力;取样;流体分析 【作者】刘英明【作者单位】中国石油集团长城钻探测井公司，辽宁盘锦124010【正文语种】中文【中图分类】TE353.3 哈里伯顿地层测试器基于电缆式地层测试的工作原理，采用模块化设计，通过模块 自由组合来实现地层压力测量、地层流体分析和直接获取地层流体样品等功能，是 目前业内比较前沿的科学技术。RDT仪器可以根据不同的地层条件和测试目的， 选用不同的模块组合，获取精确的地层压力数据和高质量的PVT样品。RDT仪器 的井下核磁共振流体分析模块能够在井底条件下对流体进行核磁分析，安全且简便 易行，为油藏评价提供宝贵的数据。RDT仪器共有七个不同模块，七个模块组合能够实现不同的功能，比如完成测压 功能需要选取PTS/HPS/DPS/QGS等四个模块；若需完成取样功能，则需要增加 FPS/MCS两个模块。RDT仪器内部有通用流体总线，能够将流体输送到任意模块 以完成相应功能。电源通讯模块为各模块协调分配电源。RDT的七个模块有独立的流程控制系统， 能够自由组合和独立运行。电源通讯模块为各模块提供一个通用的电源总线，整个 仪器串共享一个通用的通讯总线。PTS须连接在所有模块的顶部，以实现电源协 调分配的功能。通讯总线与其他DITS仪器兼容，因此RDT仪器能够与其他DITS 仪器如HRAI、MRIL等同时下井。除PTS之外，其他模块内部均有通用流体总线， 将流体输送到RDT仪器的任意模块。液压动力模块核心部件是一个电-液压马达，提供DPS极板推靠和预测室动作所需 的液压动力。HPS仪器顶部有能量隔离阀，仅在维修时关闭，处在开通状态时， 使能断电自动收腿。HPS供电或下井前应确认液压系统手动液压阀(MV#2)关闭。地面设备检查时，应模拟井下状态为HPS施加外部气压，一般为80 120psi(1 psi=6.895 kPa).HPS能够为最多2个DPS提供液压动力。双探针模块是RDT仪器操作的核心模块，它的主要构成部件有过渡电路、双探针 及推靠装置、100 mL预测室、3个带温度补偿的线性应变压力计、实时电阻率测 量单元等。每个探针上都有一个Shut In Valve能够隔离探针与专用流体管线，实 现探针选通功能和泡点测试功能1。探针入口的电阻率测量单元，能够实时监测 进入探针的流体电阻率，对流体进行初步的识别。DPS仪器内部专用流体管线内径较小，为避免圈闭气体和管线腐蚀，应在下井前 和出井后从QGS的注油孔注入DC200液压油，直至液压油从DPS的平衡阀和探 针溢出，使液压油充满专用流体管线。石英压力计模块内部包含一个高精度石英压力计测量单元，能够精确测量专用流体 管线或者通用流体总线内的管线压力。测量地层压力时通过双探针导通地层冲洗带 与双探针模块内部的专用流体管线，通过电磁阀导通专用流体管线与石英压力计测 量单元，即可测量地层压力。石英压力计测量单元包括石英压力计晶体、温度传感 器晶体和参考晶体等3个晶体组成，长度5.6 cm，直径1.69 cm。石英压力计测量单元体积小，精度高，具有快速温度补偿功能，使得仪器的测量精度和测量时效 大幅提高。流体控制和泵出模块包含一个与HPS同样型号的电-液压马达，该马达为一个双向 活塞泵提供动力。在双向活塞泵的进口和出口处，分别有两个高分辨率线性应变压 力计，测量进口和出口处的流体压力。FPS有两种泵出单元，泵出压力500 psi， 最大泵出速率3.8 L/min或1.9 L/min，允许最大4 000 psi或8 000 psi的泥浆 静液柱压力与地层压力差。多取样瓶模块包含3个1 000 mL取样瓶，能够对地层流体进行PVT取样。仪器 起出井口时即可摘下取样瓶，进行高压转样或者直接送往高压物性实验室进行流体 分析。取样瓶内的高压样品还可以使用高压放样节流管汇进行常规放样。每个取样 瓶与通用流体总线连接处都有一个马达阀，用以控制取样操作，在多取样瓶模块上 有一个排出阀，用以连通通用流体总线与泥浆，并排出受污染的地层流体，四个马 达阀使用AC2驱动。井下核磁共振流体分析模块能够连接在FPS与MCS之间，分析地层流体的性质。 通过核磁共振回波分析，测量流体的极化特性和弛豫特性，进而确定流体T1/T2 谱，通过差谱和移谱分析，确定流体类型和流体性质，包括含氢指数，流体电容， 粘度系数，扩散系数等2。若核磁共振流体分析能够满足基本要求，样品可以不 必取出井外。若需进一步确定流体其他性质，该仪器提供的参数可以作为样品收集 纯度的重要指征。数字测控实时反馈系统利用32位浮点数字信号处理器、高分辨率数据采集电子器 件和传感器激发电源放大装置，是FPS/DPS的核心控制系统。该系统能够自动补 偿由井底温度、电子器件精度、部件磨损等因素带来的液压系统误差。系统每4.8ms测量一次预测室活塞移动速度和取样泵活塞移动速度，并换算成立方厘米每秒， 与地面控制命令进行对比，如果两个数值存在差别，系统将自动使用比例-积分-微 分控制法则进行运算，得出新的控制命令并下传执行，保证取样速率的精确。它成 功地将流体部分的操作可视化，将操作界面人性化，使操作者能够实时监测仪器在 井下的工作状态。仪器可以通过不同的模块组合以适应不同的井下参数或达到不同 的测量目的，通过更改仪器通讯地址，DPS/QGS/FPS/MCS等四个模块均允许两 个相同模块同时连接和下井。零震击模式指的是对RDT仪器的密封阀进行操作时，应尽可能保持两侧压力一致， 然后再进行密封阀操作。各密封阀打开前，应保证两侧压力小于1 500 psi，否则 将破坏该阀门的密封系统；MCS取样瓶阀要求开阀前两侧压力小于500 psi。例如：当通用流体总线压力大于泥浆静液柱压力1 000 psi时，应先打开排出阀泄 压，直至两者压力差小于500 psi时打开取样瓶阀进行取样；当通用流体总线压力 大于泥浆静液柱压力1 500 psi及以上时，可以打开一个不用的取样瓶阀（该取样 瓶阀密封将被损坏，本次下井无法取样），直至压力差小于500 psi时进行取样。 测压操作的控制参数有活塞移动方向、预测体积、预测速率、压力上限、压力下限。 例如：测压坐封后抽吸时活塞移动方向为OPEN，测压完成收回极板后将活塞全 部推回，活塞移动方向为Maximum Close。每次测压操作都允许多次预测，每次 预测抽取体积应小于预测室未抽取体积，预测室总体积100 mL；预测速率允许最 小值0.1 mL/s，允许最大值15 mL/s ；压力上、下限是为保护液压泵而采取的保 护措施，当超出此上、下限规定范围时，活塞将自动停止运动。测压操作时，数字 测控实时反馈系统将显示预测体积和预测速率，如图1所示，使操作者能够及时判 断仪器的工作状态。取样操作的控制参数有泵抽方向、泵抽速率、泵出压力上限、泵入压力下限。取样 时泵抽方向有PUMP UP/PUMP DOWN，决定于仪器连接方式和流体在FLOW LINE中的运行方向；泵抽速率允许最小值1 mL/s，允许最大值63 mL/s ；泵出压 力上限和泵入压力下限是保护液压泵的参数，泵出压力上限应设置为静液柱压力加 1 000 psi，泵入压力下限应设置为地层压力减1 000 psi，以满足异常情况下排出 阀和流体管线阀的零震击模式操作要求。取样作业时，数字测控实时反馈系统将显 示取样泵的泵抽速率，操作者须随时关注泵出压力和泵入压力的变化。仪器取样操 作界面如图2所示。1) RDT辅电AC3由加利福尼亚电源提供60 Hz&600 VAC交流电，为HPS/FPS 电-液压马达供电。操作时可选自动加电或手动供电，自动供电时在参数设置中输 入电缆分压补偿后的HPS/FPS供电电压。马达最大转速3 460 r/min，供电电流 约 2.5 A。2) HPS/FPS电-液压马达仅在使用液压动力时打开，不使用液压动力时应将马达关 闭。HPS电-液压马达负责极板推靠、预测室动作、开关DPS阀等操作时所需的 液压动力；FPS电-液压马达负责泵抽所需的液压动力。HPS/FPS马达不能同时工 作。3) 通用流体总线管线内体积约为1 200 mL，即泵抽1 200 mL之后，DPS处检测 到的流体才会到达取样瓶位置，供取样瓶收集。4) FPS泵出流体压力应大于泥浆静液柱压力，否则系统判定泵出流体无法推动取样 瓶活塞，显示取样流体无法进入取样瓶。当泵出流体压力与泥浆静液柱压力差别较 小时，可能会因线性应变压力计精度问题，显示取样流体未进入取样瓶。该问题能 够通过线性应变压力计的补偿参数进行校正。5) 使用测压数据能够在测压过程中判断仪器可能的粘卡情况。当泥浆压力梯度地 层压力梯度+0.1时，不易发生粘卡；当泥浆压力梯度地层压力梯度+0.4时，极 易发生粘卡。使用RDT仪器对某区块某井进行了电缆地层压力测试，并采取了地层流体PVT样 品。如图3所示，左侧为地层压力与泥浆静液柱压力，右侧为常规测井资料及计 算所得的地层流度。从测压资料各点回归得到的斜率计算得到Group1所在地层压力梯度为1.442 psi/m，Group2所在地层压力梯度为1.184 psi/m，计算得到Group1段地层流 体密度为1.014 g/mL，Group2段地层流体密度为0.833 g/mL，泥浆密度为 1.05 g/mL.对照表1分析不难得出Group1段地层为水层，Group2段地层为轻 质油层，油水界面为3 642.80 m，该结果与常规测井资料解释结果一致。甲方在 油层段获取了 PVT样品，为油井产状分析和油藏动态分析提供了宝贵的依据。哈里伯顿模块化地层测试器RDT是业内比较前沿的测井技术，它的大容量预测室、 多次预测功能，高精度测压晶体，泵抽取样功能，相比老一代测压取样仪器SFTT 具有质的飞跃。目前在市场应用上，RDT取得了良好的效果，仪器测压数据的高 精度、多次预测及PVT取样功能，得到客户好评，其应用前景广阔。