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致密气藏试井

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致密 气藏试井
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能源科学进展 2006, 密气藏试井 编译:汪艳(西南石油大学研究生院) 审校:刘廷元 摘要 由于技术的进步,较高的能源价格和常规气藏中储量下降,油气公司开始考虑开发致密(低渗透)气藏中大储量圈闭的可行性。对这些低渗透气层进行常规试井,通常导致过差估计重要的油藏参数,例如,原始油藏压力、渗透率、有效裂缝长度、裂缝导流能力和产能。本文的目的是评价应用于不同类型致密气层的特殊测试方法,讨论为什么传统的测试方法很少成功,并找到适合于致密气藏的测试和分析方法。我们将考虑短时测试,主要目的是获得原始气藏压力,次要目的是确定渗透率和表皮系数。流入动态测试,裂缝校正测试和地层流测试将会被考虑,这些测试的应用性通过人造的和现场实例进行展示。 1 前言 试井的主要目的之一是获得原始气藏压力,对大多数油气藏工程的研究来说,它是所要精确了解的一个重要参数,根据传统方法,原始压力是通过流动和恢复试井确定,通过外推关井数据得到。 现在,出于经济和环境的考虑,采用了短时测试。而且,正在开发的许多储量是包含在低渗透和致密气藏中。这两个因素的结合可能导致错误的原始储藏压力,由于合理储藏描述的错误结论,例如确定气藏连续性或计算原始气地质储量。 本文主要研究“致密气藏”的初始试井。许多工业部门定义“致密气藏”的渗透率小于 然而这是一个非常有趣的定义,它没有为试井提供一个清楚的区别,因为试井分析除了取决于渗透率外,还取决于许多的因素;例如: 1)产能不仅是渗透率的函数,而且是渗透率k*h 的函数。 2)许多致密气井在测试前就进行了水力压裂,因此,测试可能受到以下因素的影响; 3)裂缝尺寸 4)裂缝清洗度 5)流动时间 6)恢复时间 我们将研究部分影响因素,并且讨论获得可靠原始气藏压力的方法。 2 加拿大阿尔伯达生产实践 - 36 - 能源科学进展 2006, 致密气藏来说,在阿尔伯达进行的一个普通的生产实践是水力压裂井,清洗 2井 3后测试。测试时开井流动 4后关井 16 个 h 以上。下面的例子是典型的测试,并且阐述了可能存在的结果。 例1 气藏的渗透率为 1a,b,c 所示为常规分析(叠加,导数)和模拟,并且给出连续性结果,尽管有复杂的预流程序。此井用来确定 气藏压力为 31 500意关井时间是 140h;但是同样的结果可通过 24h 的短时关井得到,因为,从导数曲线上看出,径向流在几 h(5)内就能达到。此井进行过压裂,但是导数曲线没有显示有线性流。也注意到,在压裂清洗后有一个很长的关井时间,也就意味着,实际上,测试的流动时间是从近稳态气藏压力开始的。例2 图 2a,b,c 所示为短期内(18h)恢复试井的例子,测试的是与例 1 同一气藏的一口井。合理分析得到渗透率为 应的气藏压力为 29000很令人头痛,因为测试的主要目的之一是为建立稳定的原始气藏压力。这个数值的错误直接导致相应气藏地质储量计算的错误。 例 2 的再分析 建立与例2一样的数据,但是分析方式不同。用此种分析,图2d,e, 通过油藏参数转换得到真实的气藏 压力(31500kP a) ,相应的渗透率是 0. 048史拟合值与例2中获得的一样可行。 例3 此井和例 1,2 一样的是同一致密地层中的井。测试方法是相同的,图 3a,但是恢复时间与例 2 一样很短(18h) 。图 3b,外推霍纳曲线得到气藏压力为 28700显地比真实压力 31500。图 3c 导数曲线表明恢复时期未达到径向流,后期对数呈现线性流(此井像其它井一样进行了水力压裂)。图 3d 是线性叠加曲线图(与霍纳曲线相等但是是线性流而非径向流)。外推直线得到油气藏压力为 37900显比 31500九种不同的油气藏模型恢复历史拟合得到合理的数据拟合, (例4 此井位于与以前例子不同的气藏。陈述此井是为了阐述分析错误,这种错误可能是由于恢复时间太短。图 4a 表明气藏历史明显是 19000复时间实际上是 382h,这是特别长的关井时间,从以上三个例子可看出,典型的关井时间小于 24h。图 4b,c,果在 24h 时停止记录数据,合理的分析模拟可能得到估计的气藏压力从 17200到 20000非19000讨论(真实数据实例) 在分析了致密气藏试井的 100 个实例后,我们认识到: 1)不仅是地层低渗透率使传统测试和分析方法不适应。 2)在测试过程中观察到有效压裂长度对流动体系的影响。但是,有效压裂长度不- 37 - 能源科学进展 2006, 取决于压裂尺寸,还取决于在测试时间内达到的清洗度。 3)当观察到径向流时(由于不充分的清洗),分析和模拟会得到一个合理的原始气藏压力值。 4)当未达到径向流时,估算的气藏压力可能会严重偏低(霍纳曲线或模拟得到)。 5)如果恢复结束后稳定线性流,外推线性叠加直线,或者用水力压裂模型模拟,有时能合理估算气藏压力,但是也可能过度预测气藏压力(如图 4b)。我们观察到,如果流动时间很短,线性叠加曲线得到的P*是非常接近于原始气藏压力P i,但是,如流动时间很长,那么P*(线性)可能太高或太低。 6)对于致密气藏,如果事先不知道气藏压力(从同一气藏的其它井得到或在流动或清洗前测量稳定原始压力),并且恢复时间较短,那么恢复试井不具有特征性,气藏压力可能会严重错误。 7)当气藏压力发生错误,由分析和模拟得到的气藏参数也是错误的。更重要的是,任何的气藏估算便会产生错误。 8)相反地,如果气藏压力已获得(从同一气藏的其它井得到或在流动或清洗前测量稳定气藏参数),那么气藏参数的正确解释是可能的,即使恢复时间很短。在这种情况下,气藏的估算错误就不可能归于P 9)对同时期进行的恢复试井来说,短期流动进行的恢复试井得到更可靠的气藏压力。长期间流动进行的恢复试井(测试时间或清洗时期)得到的结果可能似乎合理的,但可能是错误的(从其它资料得知)。 流动时间的影响 从以上论述明显得知,当恢复时间很短时,流动时间对解释有很大的影响。对无限大均质气藏中的一口水力压裂井进行分析模拟,我们得到 16h 的恢复试井拟合曲线。我们模拟几个流动时间,反应了不同的压裂清洗时间,并且测试了在现场观察到的流动时间。 例 5——拟合,长时间流动,大井筒 清洗 5 天,关井 2h(安上井底压力表) ,流动 4h,恢复 16h 以确定气藏压力,渗透率和表皮系数。 无因次井筒储集常数=5000 原始气藏压力=30000透率=裂半径=50m 压裂阻流系数=1 图 5a 为恢复试井导数曲线。它表明,在结束时导数曲线是平直的,表示过渡到径向流。图 5b 径向叠加(霍纳)曲线图。后期外推得到气藏压力是 26000个都发生严重错误。图 5c 是 恢复试井的历史拟合图。拟和得很好,但是渗透率和原始压力是错误的。如果气藏压力定为 30000善渗透率和压裂长度的估算,但是仍然可能发生错误(图5d) 。 - 38 - 能源科学进展 2006, 6——拟合,长时间流动,小井筒 气藏模拟与例 5 的相同,没有井筒储集常数。对这个例子来说,井筒储集常数减小,表明井底关井,这样压裂流动将更明显。无因次井筒储集常数=200。 图 6a 是压力恢复导数曲线图。它展示了线性流动状态。图 6b 是线性叠加曲线图,给出气藏压力为 34000是严重错误的。即使在关井时期未达到径向流,外推霍纳曲线,如图 6c。如前真实的气藏压力 30000过低预测了气藏压力以前的一样,模拟不具有特征性。非常有趣的是气藏压力大约是线性流和径向外推压力的平均值。这只是巧合。 例 7——拟合,短期流动,小井筒 气藏模拟与例 6 相同。但是,关井前的流动时间更短,清洗时间从 5 天减少到只有2h。在这种情况下观察图 7a,b,c 表明,线性流外推曲线图(图 7b)给出压力30100很好地估算了真实气藏压力( 30000。实际上,外推径向流(霍纳)曲线也得到压力29700真实压力相差不远。 讨论(拟合实例) 对流动时间进行的实验表明,对一口水力压裂井来说: 1)流动时间越短,外推“线性叠加”曲线越正确。 2)流动时间越短,外推“径向叠加” (霍纳)曲线越正确。 3)对长时间流动来说,外推线性叠加(霍纳)曲线可能(但不总是)太高。 4)对长时间流动来说,外推径向叠加(霍纳)曲线总是太低。 5)如果恢复时间不是足够的话,模拟(历史拟合)不利于确定气藏压力。可能获得几个不具有特征性的拟合,每一个都有极不同的渗透率、压裂长度和气藏压力。 以上的结论和由真实数据得到的经验表明,对于压裂的致密气井,假如线性流期未被井筒储集屏蔽,那么短时间的生产时间有利于估算原始压力(通过外推“线性叠加”曲线图得到)。这个不令人感到奇怪,因为非常小的气藏产量,非常短距离的调查和压裂井流动像无限大线性流系统。由于由这个事实所引起的合理的清洗压裂的问题,通常需要一个长时间的流动时期。似乎是两个标准——长时间清洗但是为了获得原始压力的短时流动——是相互矛盾的。一个明显的解决办法是压裂井,清洗足够的时间,关井直到气藏压力几乎稳定(如图 1),然后进行短时流动和恢复试井以估算气藏特征参数。这个方法在工业上不适用,因为它推迟了生产和现金回收。 对致密气藏进行的另一种试井 由于经济和环境的原因(绿色试井),任何推荐的试井方法必须是短时间达到实际价值。由于这些原因,明显的候选者是预压裂、短时间、小体积、低排量,具有真实时间读出的封闭试井,这种试井有许多变化。它们压力降落发生在几种情况下:1)裸眼,2)下套管井,3)钻柱传输,4)电缆传输。 裸眼 杆测试):钻井时进行的短时间流动和恢复试井,特别是对于陆上井(通常是1/2h 流动,1。 - 39 - 能源科学进展 2006, 缆底层测试:和裸眼 井一样但使用电缆而非钻柱,并且试井时间是非常短的(典型的几分钟)。 下套管井 井后进行的流动和恢复试井典型,典型的是在海上井(几 h 流动和恢复)。 下套管井底层测试:和电缆地层测试一样,但是在套管内进行(多极流量和关井,设备控制压降) 。 能是“密闭”测试(和常规的样,但是流量获得是在钻柱内) 。 以上所有测试的分析是和常规的径向和球形流/恢复测试一样的。 最近,正用两种测试方式估算致密气藏。它们是射孔流入测试和管井分析后的微裂缝测试。 在进行射孔流入测试时,地层被射穿(有很少的或无缓冲器),并且井筒内连续流动。数据曲线看起来像恢复试井,但是分析——是连续减少流量的分析,并且可能得到渗透率和原始压力。 关井分析后 压裂测试:许多致密气井不会流动除非进行增产措施。微压裂测试是小体积水力压裂测试(无支撑剂的)。通常在确定气藏特征参数和优化主要压裂的主要压裂之前进行微压裂测试。微压裂压力降落特征分析(井后分析)能确定原始气藏压力和渗透率。 当这两类测试得到广泛应用时,它们还没有通过比较解释和传统试井得到的解释进行严格的评估。它们有其局限性,在于它们生产(注入)如此少量的流体到气藏,结果不能合适的“模拟”气藏。对 说,具体的流动系统(径向流,线性流)必须在测量的压力曲线上观察到,否则分析可能出现严重错误。测量压力受到某些因素的影响是可能的,这些因素可能由于在建立分析方程时完全被忽视。 增压 测试操作通常要求,这些短时测试要在钻井时或刚结束时进行。在这种情况下,近井筒地层被增压。这种情况是发生在泥质地层,但也可能发生在致密气层。过平衡钻井时的滤液侵入状态如注入/产出一样,渗透率如此低以至于多余压力需要很长时间消散。增压效应可能导致错误的高气藏压力。 图 8 为一清楚展示的增压试井曲线图(这个不是衰竭,因为此井是大气藏的一部分)。测试由一系列的短时流动和恢复,及时在射孔后进行。外推这5个恢复曲线得: 1U:27262089 U:1656 U:1893 U:1674 以上结果明显看出,头两个恢复试井将产生错误的气藏压力,并且只有在一系列的三个短时流动和恢复试井后才能到真实的压力(11656。 - 40 - 能源科学进展 2006, 41 - 能源科学进展 2006, 42 - 能源科学进展 2006, 43 - 能源科学进展 2006, 44 - 能源科学进展 2006, 45 - 能源科学进展 2006, 46 - 能源科学进展 2006, 47 - 能源科学进展 2006, 48 - 能源科学进展 2006, 来源:00576,2006) - 49 -
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