MDT地层测试

1.1地层测试器发展及现状
1 钻杆式地层测试器
钻杆式地层测试器是一种重要的地层测试方法，在国内外陆上石油勘探开发中应用十分广泛。

它是钻井过程中或完井之后，利用钻杆或油管柱将地层测试器送到待测层位，操作钻杆柱或油管柱座封封隔器，使被测地层与环空钻井液隔离，然后操作管柱或对环空加压，按设计开启和关闭井下测试阀，释放钻井液对待测地层流体的压力，使地层流体流入管柱内，井下压力计和温度计记录井下压力和温度；按测试要求多次开关测试阀，完成测试作业。

在测试后期采集地层流体。

测试结束后封隔器解封，提出地层测试器，即可获得清洁的地层流体，并且能进行探边测试。

采用钻杆式地层测试器测得的数据，由于测试流量大、时间长，当压力扰动传播到上部或下部非渗透界面时，一般采用柱形压力恢复分析。

但钻杆式地层测试器存在着测试时间长，测试费用高，测试层中生产的流体需要处理，这使其在海洋石油勘探开发中应用受到限制。

另外，钻杆式地层测试还存在无法确定油水界面及各向异性地层渗透率等缺点。

2 重复式地层测试器
重复式地层测试器是斯伦贝谢公司1974年研制出来的，斯伦贝谢公司称之为RFT。

阿特拉斯公司和哈里伯顿公司分别研制出来功能类似的产品，分别称为FMT 和SFT。

各公司的仪器尽管性能各有优劣，但仪器结构和主要功能相似。

目前我国能够独立研制重复式地层测试器，而且国内石油勘探应用的电缆地层测试器主要是重复式地层测试器。

FRT 的井下仪器可耐高温高压，外壳用特殊钢材制造。

仪器下部有两个取样筒，一个容积为3780cm3，一个容积为10409 cm3。

在裸眼井内测试，一次下井可以根据需要无数次地测取地层压力，并可以采集两支地层流体样品。

在套管井内测试，一般每次下井可测多次地层压力和取两支流体样品。

RFT 有两个预测室，容积均为10 cm3，两个预测室活塞运动速度恒定，即抽吸流量恒定。

第一预测室抽吸流量约为44cm3/min，需要12-14s其活塞才能到达其行程终点。

第二预测室抽吸量约为122cm3/min，大约需要7s其活塞才能到达其行程终点。

FMT 与RFT相类似，但是只有一个预测室。

其取样筒体积有3875 cm3、4000 cm3、10000cm3、20000 cm3四种，可根据不同的地层情况进行选择。

重复式地层测试器预测压力记录包括三项不同信息，即井内静液柱压力、地层关井压力和预测时抽液所诱发的短暂的地层压力变化。

这些信息可以用来了解地层渗透率，鉴别油藏中可流动体及气、油、水的接触面，估计油藏垂向连通性，研究油层的生产特性和油藏的递减方式等。

重复式地层测试器可以提供以下主要的信息：
（1）井筒泥浆柱的静压剖面：
（2）一口井各储层地层静压和压力梯度的垂直分布；
（3）储层有效渗透率的垂直分布；
（4）油层油气水界面的判定；
（5）流体取样测试点的地层生产特性测定；但是，重复式电缆测试器存在以下几方面的问题：
（1）仪器预测试室活塞移动速度不能调节，对不同的地层和流体条件适应能力差；
（2）预测试室容积小而且不能连续排液，仪器探测半径小，压力恢复曲线的代表性差；（3）不能现场测定地层流体的泡点压力，不能保证压力测试和取样时探头处压力在泡点压力以上，因此压力测试精度不高，同时也影响取样质量；
（4）仪器只有一个探头，对地层垂向渗透率和各向异性测试精度低；
（5）不能现场实时监测和分析泵入仪器的地层流体，所以不能合理地确定采样开始时刻，导致采样质量下降或浪费钻井时间。

20 世纪90 年代斯伦贝谢等西方石油公司研制出了组合式地层测试器。

组合式地层测试器采用模块化设计，可以根据测试需要安装不同的功能模块，仪器工作灵活性大。

与重复式地层测试器相比，加大了预测室体积，增加了流动控制组件、连续泵排组件、多个取样筒、流体样品自动识别系统等；仪器的探测半径大，取样质量高，仪器一次下井可以对多点地层取样，对地层垂向渗透率和各向异性测试精度高。

其中，斯伦贝谢推出的组装式地层动态测试器、阿特拉斯公司推出的油藏特性测试仪及哈里伯顿公司研制的油藏描述仪，代表了电缆式地层测试器发展的前沿。

组合式地层测试器结构和功能有如下的共同特征：
（1）仪器的模块化提高了多用途的选择性；
（2）压力测量采用高速响应、高精度的石英电子压力计使压力测量精确；
（3）根据不同的地层特性，在地面控制和选取最佳的测试参数（流速、测试室体积等），保证取样流动压力一直高于饱和压力，因而能实现对各种地层的取样和测试；
（4）具有较大的预测试室容积和连续泵排功能；
（5）利用单探头和双探头组件的不同组合可以根据已知流量下的压力响应，反演渗透率的空间分布，得到储集层的垂向渗透率和地层的非均匀质性；
（6）利用连续泵代替预测试室活塞排出侵入的泥浆滤液含量，决定开始采样时刻；这项功能在采用油基钻井液的系统中尤为重要；
（7）采用多取样筒组件，仪器一次下井可以取得多层地层流体样品。

1）模块式地层测试器MDT
1992 年，斯伦贝谢推出了模块式地层动态测试器。

MDT 除了必备的供电组件、液压动力组件外，提供了多种可选组件：探头组件、取样组件、排出组件、双探头组件、流动控制组件、光学流体组件、双封隔器组件[8]。

MDT 不但具有上述组合式地层测试器的共同特征，还可以完成如下测试功能：
（1）利用电阻率测量和实时光谱分析方法识别流体，可以有选择的取样，获取更高质量的剔除泥浆滤液影响的真实地层流体样品；
（2）使用双封隔器组件可以进行微型DST 测试，提高低渗油藏测试的速度和准确性；2）油藏特性描述仪RCI
1995 年阿特拉斯公司推出了油藏特性测试仪，其结构和功能与MDI相似，包括供电组件、液压动力组件、探头组件、取样组件、排出组件、双探头组件、光学流体组件[9]。

RCI不但具有上述组合式地层测试器的共同特性，还可以完成以下测试功能：
（1）流体识别系统采用了电导率传感器，电容传感器以及具有17 个光感通道的近红外流体分析装置，可以识别油气水三相，减少了样品的污染评价盲点，保证获取高质量的、剔除泥浆滤液影响的真实地层流体样品；
（2）它提供了地层流体泡点压力实时测定装置，能够井下测定地层流体的泡点压力，从而通过流速控制系统保证在测试和取样过程中井底流压高于泡点压力，从而更加有效地保证取样流体的单相性，提高采样质量和测试数据的精度。

（3）在软件方面，采用三维仿真模型预定采样时间，在输入地层压力、污染半径、清洁区域及污染区域的渗透率、地层及流体性能、压降及流速等参数后，软件将计算出一个理想的测试时间和结果。

3）油藏描述仪RDI
哈里伯顿公司研制出了油藏描述仪，其结构和功能与MDI及RCI相似，包括供电组件、液压动力组件、探头组件、取样组件、排出组件、双探头组件、光学流体组件[10]。

RDI 不但具有上述组合式地层测试器的共同特征，还可以完成如下功能：
（1）采用了数字控制技术，能够在测试过程中连续监测所取样的流体样品，并且精确调节地层测试流体流如采样筒的速度和压力；
（2）由于仪器中采用了大功率的泵排电机和高效率的液压系统，可以很快排掉探针周围的侵入流体，如泥浆滤液等；渠道真实的地层流体。

泵可以连续的排出40加仑的地层流体，扩大了仪器的探测范围，减少了采样管储集效应的影响；
（3）通过采样管中前后放置的石英压力计，可以现场测量地层流体的粘度。

（4）该仪器结合配套的解释软件，在泵排和采样过程中可以实时测定地层及流体的各性能指标：流体的电阻率和电容，流体粘度，流体的密度，流体泡点压力，流体压缩系数，地层的水平渗透率，地层的球向渗透率以及地层的各向异性；
（5）在测试数据的软件解释方面，RDI 采用了可视化实时控制软件，提供了生动的人机对话界面。

1.2.MDT构成、功能
MDT模块式地层测试器是斯伦贝谢公司第三代电缆地层测试仪,与其它两代(第一代FT、第二代RFT)电缆地层测试仪相比较,在地层测试技术和服务上取得了极大的进步。

具有较强的组合能力,在流体动态实时监测,严格压力控制取样,双封隔器整段封隔测试以及多探针同时测量等方面有优点,在石油天然气勘探中取得了极大的成绩。

标准的MDT测试仪是由供电模块、液压模块、单探头模块、取样模块、MDT流体管线系统、双探针系统几个部分组成。

可选模块由多探针系统、流量控制模块、泵出模块、光学流体分析仪模块、多取样模块和双封隔器模块及部分组成。

所谓模块式地层测试器，是指地层测试器由多个模块组成，根据不同的测试目的和地层条件，可以选择合适的模块加以组合下入井筒中，完成一次地层测试。

地层测试器的主要功能模块有供电模块、液压动力模块、封隔器模块、探头及测压模块、流动控制模块、取样筒模块、流体识别模块、泵排模块以及资料解释模型与方法等软件模块。

根据不同的测试目的，这些模块有不同的组合方式。

功能：
模块式地层测试器MDT的基本功能主要包括以下几个部分：
（1）精确测量沿井筒各点的地层压力；
（2）取出高质量的地层流体样品(保持地层压力、剔除泥浆滤液影响的真实地层流体)；
（3）根据不同的地层特性，在地面控制并选取最佳的测试参数(流速、测试室体积等)，因而能实现对特殊(如低渗)地层的取样和测试；
（4）能够实时测量地层流体的泡点压力，同步控制和监测流过仪器和流人采样室的流体性能。

1.3测试设计：
MDT测前设计主要考虑的因素
2.2.1储层井眼的规则程度
MDT的测量必须保证井眼规则，井眼垮塌较严重或锯齿状井眼时，MDT座封不住，无法将地层中的流体泵出。

同时还要考虑裂缝性储层和储层的非均质性，尽量不要将座封点定在裂缝段和砾石上（MDT的探头较小）。

另外还需注意的是如果裸眼井段过长，测井时电缆很容易被井壁吸附，在这种情况下，MDT做LFA分析的时间不宜过长或测井过程中注意活动电缆，实在无法进行正常测井，可要求通井。

一般来说，MDT测量的最佳井眼条件是8.5in，对12in钻头井眼须加长推靠器。

为车79井测井曲线综合图，现场解释人员通过综合分析，认为3515-3522m储层物性较好，阵列感应电阻率正差异，电阻率最高可达10Ωm，是一个有利储层，决定进行测压和光学流体分析。

但是从第一道井径测井曲线来看，井眼极不规则，呈锯齿状，最大井眼尺寸可达14in(钻头直径8.5in),故由于受井眼影响，试了几次，均未成功，最后只得放弃。

在大井眼中进行MDT测井时，也有应用很成功的例子，如图2-2为卡6井测井曲线综合图，E2-3a组砂层厚2.3m（3257.2-3259.5m），其电阻率为3.8-4.2Ωm，密度孔隙度为21.7-25.5%，井径为11.8英寸。

MDT在此层3257.7m处通过加长推靠器进行LFA分析，获取10.39升原油，为快速确认油层立下汗马功劳。

2.2.2 泥浆条件
MDT测井之前井内泥浆应有足够的稳定时间，最佳情况应是没有泥浆漏失和井内出液，以使测压资料更加准确。

为降低电缆吸附和粘卡风险，应尽可能调整泥浆性能，降低泥浆滤液滤失量，减薄泥饼厚度，一般应将泥浆滤失量控制在4cm3以内，泥饼厚度不超过0.5cm。

为保证井眼通畅，减小施工时测井仪器遇卡风险，要求钻井队在泥浆中加入润滑剂、防卡剂及堵漏剂，这些材料可提高常规测井成功率，但易造成MDT仪器管线和探管堵塞。

如果井内泥浆易造成电缆吸附和粘卡，为了弄清疑难层，解决地质问题，应尽量采用井下流体光谱分析，主要原因是：避免电缆吸附和粘卡的手段是在测量过程中活动电缆，活动电缆会影响测压的效果，而对井下流体光谱分析影响较小。

测井过程中（LFA分析），已采取了一切必要的措施，在很短的时间内，电缆被吸附，或MDT测井之前，发现电缆很容易被吸附，则先选最重要的点做LFA分析和取样，直至确认储层的流体性质。

如图2-3为沙105井测井曲线综合图，在2227-2232m井段内储层岩性为含砾砂岩，为三叠系韭菜园组一套储层，电阻率20-30Ωm，密度2.38g/cm3，井眼规则，储集条件非常好，但由于泥浆中加有玻璃微球，堵住了仪器的测压室入口，使仪器在井内多次被卡，无法进行正常的MDT测量。

莫102井地理上位于玛纳斯县莫索湾镇东约40km，盆5井东南约1.5km处；构造上位于准噶尔盆地腹部中央坳陷马桥凸起盆5井北背斜；主探侏罗系三工河组、兼探白垩系和侏罗系西山窑组。

在侏罗系三工河组S22砂层组测压10个点（图2-4），最初的想法是想通过地层压力建立压力剖面，确定气和油的界面，在实际测井过程中，由于储层的物性对于MDT来说，不够理想，所测的压力点均有超压现象，在20多个测点中，仅有9个点超压现象不严重，但由于在测压过程中，电缆吸附现象严重，活动了测井电缆，故对测压仍然产生了影响，利用这些点仍然无法计算合理的地层流体密度。

在4252.7m进行LFA分析，见到油气显示，也就是说，活动电缆对井下流体光谱分析影响较小（图2-5）。

2.2.3 储层岩性
通常情况下，MDT测井在分选较好的砂岩储层中测量效果较好，但对高孔、高渗的砂砾岩储层和火山岩储层，有时同样也可进行MDT测井，对此类储层，最好直接采用LFA进行流体性质分析。

当然双分隔器测试也是一种方法。

沙丘6井2532-2547m储层为石炭系顶部火山岩，CMR孔隙度达18%-24%，渗透率达10-193×10-3μm2，孔、渗都比较高，是难得的好储层。

MDT在2545.1m进行LFA井下流体光谱分析，取样获10.4升原油，这也是MDT首次在准噶尔盆地石炭系取到了原油（图2-6）。

沙103井二叠系1584-1593m储层岩性为砂砾岩，电阻率8-12Ωm，密度2.24g/cm3，录井油气显示在该段较为活跃，MDT在1587m进行LFA分析，见明显油气层显示，并取获10.4升油样（图2-7）。

2.2.4 孔隙度、渗透率
从历年准噶尔盆地200多口井的MDT资料的732个LFA/LFA井下流体分析数据中，我们统计了分析点的孔隙度、渗透率的分布范围(图2-8、2-9)。

图中可见孔隙度主要在10-33%之间变化；白垩系地层的分析点孔隙度下限为15%，侏罗系地层的孔隙度下限值为10%，
二叠系地层孔隙度下限值为11%。

渗透率的下限为0.5md。

图2-9显示渗透率与流度间具有正比相关性，MDT测量的流度越大，则该点的渗透率也越大。

北34井是阜康凹陷东斜坡二道河子地层圈闭的一口预探井，主要目的层为侏罗系三工河组，钻井取心显示岩心为分选较好的砂岩，但密度孔隙度较低，密度值2.5g/cm3，现场解释认为是油气层，共测17个干点，在较高孔隙度处没有测成，而只在孔隙度较低的2760.44m 处测到地层压力，地层流度较高为26md/cp，LFA分析时，也只有此点可以泵出流体，12分钟见到原油，经46分钟即取到10.4升原油，确认油层厚度近20m（图2-10、2-11）。

2.2.5 储层厚度
根据准噶尔盆地近五年176口井MDT测井情况，分析认为通常一个储层最少测压3-4个点才能准确求取地层流体密度，而一般厚度小于3-4m的储层，由于各测压点之间的相互影响，无论其物性怎样，用测压建立压力剖面，求取地层流体密度的准确度都不高，特别对准噶尔盆地的侏罗系以下地层。

对较薄的储层，采用LFA分析，但应在LFA分析之前测量地层的压力值。

图2-12为独1井沙湾组测井曲线图，在904.5-908.5m、910-914m均为4m厚的地层中各测压3个点，密度值均在2.26-2.3g/cm3之间，904.5-908.5m井段3个点回归的流体密度为0.8194g/cm3，910-914m井段3个点回归的流体密度为0.7468g/cm3，两层根据MDT测压确定流体性质为油气，后904.5-908.5m试油，5mm油嘴日产气491m3，水43.28m3，为含气水层。

Lu2180井白垩系1272.0-1274.2m储层，厚2.2m，电阻率5Ωm，密度值2.14g/cm3，井场在该层测压三点（表2-2），由于厚度原因，后两点测完后，第一点虽经多次反复仍为增压点，致使后两点成为无效点，造成不必要的资金浪费。

因此，在该情况下建议使用LFA 进行油气识别。

2.2.6测压深度间隔
通常情况下，用地层压力资料计算流体密度时，压力点越多越好，但最佳情况是压力点深度间隔为2m左右，当地层较薄时，压力点间隔也最好不要小于1m。

1.4.测试过程
地层测试器的工作过程：模块式地层测试器的测压过程与RFT相似。

由于多了流体识别和泵排的功能，取样过程与RFT有所不同，具体步骤：
（1）根据测试目的任务要求，选择适当的功能模块，在地面上完成地层测试器的组装；
（2）利用成像测井(如FMI)等手段在井筒中对模块式地层测试器进行定位；
（3）关闭平衡阀，依靠液压动力马达，将仪器探头推靠(或封隔器座封)至井壁上；
（4）设置一个合适的速度移动活塞，抽取地层流体，抽吸过程中对进入仪器的地层流体进行识别，在确信污染物(泥浆及其滤液)含量在允许范围内时，将地层流体样品泵人取样筒；
（5）重新选择测压及取样点，重复上述过程，进行多次取样。

MDT的预测试仪器过程是：打开预测室，会立即产生一个压降过程，在压降阶段之后，预测试室被地层流体充满，进人探测器的地层流体就会停止流动(相当于试油的关井)。

这时，探测器管线内的压力就会逐渐升高，即探测器周围的地层流体压力开始恢复，通过扩散最终达到与地层压力平衡。

通常，如果压力恢复时间足够长的话，MDT测井数据能够较为真实地反映测层的地层压力。

但是，在实际的测试过程中，由于采用的测试方法不同，或测试事故等各种原因，测试数据有时并不能反映出真实的地层压力，即压力有时并没有恢复到真实的地层压力，测试就已经结束。

因此，需要根据已有数据对地层压力进行外推才能得到一个可靠的地层压力值。

1.5.测试中问题
MDT技术是定点测量,测试时间长,存在着电缆吸附粘卡的风险;仪器最大外径为12. 7 cm,仪器组合长度一般在18~22m,在井内移动过程中存在着遇阻遇卡的双重问题;若井内泥浆中岩屑较多或加入了塑料小球,则会导致MDT管线堵塞、阀门封闭不严等问题。

特别是在大斜度井中,仪器斜躺在井中,可以预期到摩擦阻力大大增加,增添了遇阻遇卡的风险。

常见工程问题及因素：
1.纠正深层遇卡的错误认识。

开始,我们一直认为井底的泥浆静液柱压力值高,渗透压差大,遇卡的风险相对较高。

事实并非如此,因为随着井深的增加,地层压实程度也随之变大,孔隙条件与浅层相比要差得多,泥浆滤液的渗滤要慢得多,相应地,浅层泥浆渗滤较快,井壁形成的泥饼要比深层厚,因而,浅层遇卡的几率比深层大得多。

2. 大井斜、大狗腿度是MDT 测井不容忽视的问题。

首先,MDT测井在大井斜几乎所有电缆都直接贴靠在井壁上,随时存在着吸附的可能性。

如果泥饼较厚,电缆会深陷在泥饼中,只要有2～3 min 的停留,就会完全被吸附住。

如果某个地层孔渗条件较好,泥浆滤失较快,也会成为粘卡电缆的危险井段。

狗腿度给MDT 测井带来仪器遇阻遇卡的双重问题。

3. 不能在泥浆中加入塑料小球。

塑料小球对增大井壁光滑度、减少测井仪器遇卡、提高测井一次成功率有很大帮助。

但对MDT 测井却是非常不利的,塑料小球会堵塞管线,停留在泵出模块内的弹簧上或卡在阀门上,导致仪器发生故障。

4. 在选择测量MDT项目的井位时,应考虑到泥浆体系对地层的影响。

在一些区块,为了保护油气层免受泥浆污染,往往要在钻井液中采取屏蔽暂堵措施,在距离井壁几厘米的范围内形成暂堵层,阻止对油气层的进一步的污染。

但此暂堵层会对MDT 的泵出测试产生一定影响,降低泵出效率。

5. 对于气层的泵出测试,要限制地层流体的流速,否则,高速气流会刨蚀、磨损泵的阀门和密封圈。

在对庙105x1 井的一个气层测试时,由于未对流速加以限制,几乎是在气流推动活塞运动的情况下泵出,结果气流侵蚀了泵的4 个球阀底座。

6. 增加泥浆上的投入,改善井下状况(润滑、泥饼等) 。

充分注意泥浆失水对测井的影响,把失水降到最低限度。

7. 测井时间超过24 h 要组织钻井队通井,冲掉虚泥饼,调整泥浆性能,可以大大降低电缆粘卡的风险。

2.MDT Modular Formation Dynamics Tester地层测试原理及地质应用
2.1 仪器原理
MDT的主要应用是作地层压力测试，测试样点处的地层压力值，回归出压力梯度，进而判断可能的流体类型。

也可以直接从样点取出地层中的流体，作进一步化学分析。

LFA模块通过透射光谱分析和反射光谱分析实现了取样过程中流体性质的实时检测。

LFA模块不仅可以在井下直接识别和验证地层流体的性质,而且大大地提高了取样的代表性和成功率,它是MDT作业中应用最多、效果最突出的模块之一。

通过对流线中流体透射光谱的分析,可以确定流体的性质和相对含量,反射光谱的分析可以指示流线中是否有气体的存在以及气体含量的高低。

2.1.1利用透射光光谱进行油水检测，
水峰波长分布在1 450~2 000 nm,其他分布区域主要反映的是油的特征。

波长<1 500 nm 时,从大到小主要是油基泥浆滤液、凝析油、轻质油、中质油和重油的波长范围,油质越重,波长越大,两个水峰之间的波长段为油气的综合响应。

2.1.2反射光测试
MDT测试管线中的流体主要为气、水、油三种相态,而气、水、油三种物质发生全反射的临界角是不同的。

其中,气体发生全反射的临界角最低。

如果仪器光源的入射角略大于气体的全反射临界角,把反射光的接收窗口调整到只接收气体反射光的位置,反射光接收窗口接收的就只有气体反射光,而无其它流体的反射光,分析反射光的光谱和强度即可反映气体的相对体积。

2.2地质应用及现状
MDT测试资料核心解释手段为外国公司独有，只做服务;技术不公开、不转让，解释软件不出售;缺乏有效的数据分析解释手段，限制了MDT测井技术在油田勘探开发中大范围的应用。

MDT可以减少试油，降低成本，加快勘探开发进程。

在油田的勘探开发中具有以下5个方面的主要用途:
(1)快速、准确识别储层流体性质油气水;
(2)近原始地层流体的获取,为实验室提供高质量的地层流体样品，得出流体的组分、相态及各种物性参数；
(3) 根据已知流速下的压力响应，反演渗透率的空间分布，从而确定储层的渗流能力及预测产能
(4)测量地层压力,建立地层压力剖面,预测油(气)水界面及油藏类型;
(5)结合其它测井资料进行储层产能预测。

可以测量地层污染系数的垂直分布。

与DST钻杆试井相比，MDT探针深入地层较浅，其探测深度一般只有几个ft,因而易受井筒环境影响，并且探测较浅也制约其应用。

2.3MDT测试储层适应性
在测试时，MDT的抽吸探头和观测探头坐封在同一储层，由抽吸探头抽吸地层流体引起压力波动，2个观测探头接收压力波动，在压力波动传播到储层上下不渗透边界之前，当2个探头的压力变化达到拟线性时，可根据其压力资料建立解释模型。

垂直观测探头解释模型见式（1），水平观测探头解释模型见式（2），联立式（1）和式（2）可求得测试层水平渗透率和垂直渗透率。