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试井分析原理与方法

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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第一节 试井分析基础理论第二节 均质油藏常规试井分析方法第三节 双重介质油藏的试井分析第四节 垂直裂缝井的试井分析第五节 现代试井分析方法第三章 试井分析原理与方法一、不稳定试井的基本原理当油藏中的流体处于平衡状态(静止或稳定状态)时,若其中一口井的工作制度(或压力)改变,则在井底将造成一个压力扰动,此扰动将随着时间的推移而不断向井壁四周地层径向地扩展,最后达到一个新的平衡状态。这种压力扰动的不稳定过程与油藏、油井和流体的性质有关 。因此,在该井或其他井中用仪器将井底压力随时间的变化规律测量出来,通过分析,就可以判断和确定井和油藏的性质。第一节 试井分析基础理论二 、 试井概念 定义 1:试井是一种通过获得有代表性储层流体样品、测试同期产量及相应的井底压力资料来进行储层评价的技术。 定义 2: 是为获取井或地层参数将压力计下入到井下测量压力和 /或流量随时间的变化,并进行测试资料分析处理总过程的简称 。试井包括试井测试(矿场测试)和试井解释(测试资料分析处理)两部分。试井测试包括:测试仪器 (测试仪器的原理、性能及使用) 和测试工艺 。 测试内容包括流量、压力、温度和取样等。试井解释:通过对井的测试信息的研究,确定反映测试井和储层特性的各种物理参数。 试井解释涉及到了油气渗流理论及其应用,已经形成了一套实用的试井解释方法。试井解释方法(或试井分析方法)是利用渗流理论分析测试资料,评价地层或井参数的方法 ,是油气渗流理论在油气田开发中的实际应用。习惯上, 将试井分析方法分为常规试井分析方法和现代试井分析方法 。三、试井分析方法的重要性 试井是油藏工程的组成部分,它涉及油层物理、渗流理论、计算机技术、测试工艺和仪器仪表等各个领域,是评价油气田开发动态的主要技术手段和基础工作之一。 评价油藏动态及其参数常用的方法有 :岩心分析方法、地球物理方法、测井方法及试井分析方法等 。1.岩心分析方法岩心分析方法得到的地层渗透率 只能代表取心井点处的绝对渗透率 ,它的优点是能准确反映渗透率沿地层厚度的变化,但对确定井的产能意义不大;2.地球物理方法地球物理方法求得的地层参数大都必须依据岩心分析或其他资料,而且 精度不高,只能代表井底周围地带的情况 ;3.测井方法测井方法得到的地层参数也 只能反映近井地带的地层情况,且是在流体静止条件下测得的,不能反映井的动态 ;4.试井分析方法( 1) 试井分析方法求得的地层参数代表井附近及较大范围内的平均有效渗透率,代表性强 ,也就是说这些参数是在流体流动条件下测得的,与井的产能直接相关。因此,只有通过试井分析方法才能确定工艺条件变化(如油层堵塞和改造措施)引起的渗透率变化及相应的产能变化;( 2)试井工艺简单、成本低廉,成本较取心低的多;( 3)试井不受开发阶段的限制,开发初期、中期、晚期什么时候都可以进行,每口井都可以进行试井 ;( 4)油层参数由生产动态求出并用于预测生产动态的精确度高,因此试井分析所得到的油藏动态参数是开发所必需的,其他方法不能代替。因此,试井成为油藏工程师和采油工程师认识油藏、判断增产措施效果的重要手段。试井分析方法在油田开发中具有相当重要的地位。四、试井的目的试井测试技术是认识油气藏,评价油气藏动态、完井效率以及措施效果的重要手段。 试井测试所录取的资料是各种资料中唯一在油气藏流体流动状态下录取的资料,因而分析结果也最能代表油气藏的动态特性。 具体地说,试井可以解决下列问题:( 1)确定地层压力(原始地层压力或平均压力);( 2)估算测试井的单井控制储量;( 3)确定地下流体在地层内的流动能力,即获取渗透率和流动系数等;( 4) 井底储层污染评价 ,求取表皮系数,包括对油气井进行增产措施后,判断增产效果(酸化和压裂效果);( 5) 了解油藏形状 ,目的是为了了解油藏能量范围,确定边界性质如断层、油水边界和尖灭等,以及边界到测试井的距离;( 6)估算油藏单井控制储量。( 7)判断井间连通性和注采平衡分析( 8)描述油藏中的非均质性。五、试井分类依据不同标准,分类不同:1.根据测试参数随时间的变化分:稳定试井与不稳定试井;( 1)稳定试井(或产能试井):利用流体稳定渗流规律进行的试井。( 2)不稳定试井:利用流体不稳定渗流规律进行的试井。产量或压力随时间变化的试井叫不稳定试井。 不稳定试井是改变测试井的产量,并测量由此而引起的井底压力随时间的变化。这种压力变化同测试过程的产量有关,也同测试井和测试层的特性有关。因此, 运用试井资料,即测试过程中的井底压力和产量资料,结合其他资料,可以计算测试层和测试井的许多特性参数。不稳定试井包括单井不稳定试井和多井不稳定试井。 单井不稳定试井包括:压力降落试井、压力恢复试井、压力落差试井、注入能力试井和段塞流试井。 多井不稳定试井包括:干扰试井和脉冲试井。干扰试井主要目的是确定井间的连通性 。 动井)施加一信号,记录 察井)的井底压力变化,分析判断 A、 冲试井是 录 们一般说的试井就是指不稳定试井。2.从测试井的流体类型来分类:油井试井、气井试井、水井试井;3.根据生产条件分类:压降试井、压恢试井。六、试井技术的发展稳定试井可以求得采油指数,但耗时费事。稳定试井在确定油井工作制度方面有独特作用,而在求地层参数方法,则主要依据不稳定试井。不稳定试井的压力恢复(或压降)资料可按测压时间分为早期、中期和晚期三个阶段(图 1)。 早期资料主要反映井筒附近动态(污染、增产措施状况); 中期资料反映总的油藏状态,分析这阶段数据可求得地层参数( ; 晚期资料以边界影响为主,并可求得油藏平均压力,判断断块油藏边界与形状。试井技术发展已经有 70多年的历史。 作为认识油层的一个主要手段,其理论与工艺迅速发展,应用范围日益广阔, 已从简单的地层压力推算发展到能够比较全面地认识油、气藏内部岩石与流体的特性、储层产能和井筒状况的水平。1920~1930年间首次用不稳定试井方法研究了晚期料,从而解决了利用井底压力推算油藏平均压力的问题。 然而,对于低渗透油气层,取得晚期资料需要很长的关井时间。1950~1960年间进一步发展了以分析中期资料为主的不稳定试井方法 ,将实测井底压力和相对应的时间数据,绘制在半对数坐标系中,找出直线段进行分析,这就是以 1951 年 主创立的 常规试井分析方法 。我国各油田从 60年代初期大量使用多种常规试井分析法来确定油层压力和地层参数,判断油藏中边界状况,估计压裂、酸化效果等。1954年 出任意形状油藏中压力的变化关系,这种方法叫做 。利用 勘探初期根据一口井较长时间的测试资料可以确定油藏边界、推断断块油藏供油面积的形状。对我国众多的断决油藏是一种值得推广和结合实际加以完善的方法。70年代 典型曲线分析为主的早期试井分析方法 后,现代试井解释方法有了重要进展。1979年 对数压力典型曲线分析法 , 1983年 力导数典型曲线分析法 ,到此, 为了石油工业标准,这也就标志着现代试井解释技术的诞生。所以从试井的发展里程来看,试井又可以分常规试井分析方法和现代试井分析方法。1、无界地层定产条件下的渗流理论当单相微可压缩流体从无限大均质、等厚各向同性(不存在纵向渗透率)的油层中流入井筒时,渗流服从达西定律。油井以恒定产量 通常情况下地层中会出现下列流动阶段:① 早期段 ,指油井开始生产时井筒储存效应影响井底压力变化的时期,即续流阶段。② 不稳定流动阶段 ,早期段结束后地下流体径向地流向油井,反映井周围地层的平均性质。七、不稳定试井的数学模型和基本方程不稳定流动阶段的渗流力学模型的假设条件: 无限大均质、等厚、各向同性的地层中有一口生产井,地层中只有单相流体流动,流体微可压缩且压缩系数为常数,油藏中压力梯度较小; 油井以恒定产量 产前地层的原始压力为 上述假设条件下则有下列渗流模型:导压系数物理意义:单位时间内压力波波及的面积, 平方米 /小时。2200113 2 i p pr r r q u k h          ()t o o w w g g S C S C S C   上述数学模型 得到井底压力)( tp  )(2,当井底存在污染 、 tr w时( 该条件极易满足),则有: )l 23Q—— m3/d —— h—— — pa/— h r —— 界地层定产条件下的渗流理论 当油井开井生产后,在地层内就发生压力降落,而且波及的越来越大,压降漏斗不断扩大和加深。由于地层是有界的,当压力波传到边界之前为压力波传播的第一阶段。把第一阶段称为 不稳定的早期 ,此时由于边界对压力波的传播未产生影响,所以压力传播的规律与无界地层中的完全一样 —— 分为早期段和不稳定流动阶段 。 当到达边界后,由于无外来的能量补充,压力将继续下降,出现了 压力波传播的第二阶段 。该阶段又可 分为两个阶段:不稳定晚期和拟稳定期。不稳定晚期是指压降漏斗传到边界的前一段时期,有时也称为过渡期 。压降漏斗传到边界,经过一段时间后,地层各点的压力下降相对稳定,任一点的下降速度相同,此时称为 拟稳定期 。不稳定渗流早期 不稳定渗 流晚期 拟稳定流期弹性驱动第一相 弹性驱动第二相生产时间边界井底t=应有各自的解。) l n 0 . 8 424t p S eK h r r     弹性驱动不稳定渗流第二相初期的实用公式。若进入弹性驱动第二相晚期,可简化为:223( ) l t p SK h r r    弹性驱动第一相]l 23sr   达西单位制1、井筒储存效应八、试井过程中的物理现象和有关概念试井的早期资料总是或多或少受井筒储存效应影响。以液体充满井筒的压降试井为例。 开井时,设井口产量为 于井筒中的液体具有弹性,井口开井效应传至井底要经历一定的时间;在开井后的一端时间 Δ出的原油完全是由于井筒中受到压缩的原油膨胀的结果,油藏中并无流体流入井内,即井底产量。只有当井口开井效应传至井底, 经过 Δ 1a)。 在 Δ另一部分仍是由于井筒流体的弹性膨胀,这种现象称为 井筒卸载效应。1t2t在压力恢复情形,关井虽然井口产量 ,但油藏中仍有流体继续流入井内,即井底产量 ,而是在 Δ 1b),这种现象叫 井筒续流效应 。如井筒卸载现象一样,它也是井筒流体的弹性或压缩性引起的。2t1t井筒卸载效应和井筒续流效应统称为 井筒储存效应 ,可用井筒储存系数 C(或称井筒储集常数)来表示井筒存储效应的大小:33/C m M — — 井 筒 储 存 系 数 , ;— — 井 筒 中 流 体 体 积 的 变 化 , ;— — 井 底 压 力 的 变 化 , 。 由于钻井、完井、压裂、酸化等因素,会引起井周围地层渗透率变化,设想在井筒周围存在一个很小的环状区域(污染区),这个小环状区域的渗透率与油层渗透率不相同。因此, 当原油从油层流入井筒时,在井筒附近产生一个附加压力降,这种现象叫做表皮效应(或趋肤效应)。 钻井和完井往往会引起井筒周围渗透率的降低,而酸化和压裂可以改善井筒周围的渗透性,下面以井筒周围渗透率的降低为例来说明表皮系数的定义:2、表皮效应与表皮因子如图 2所示,设污染区的渗透率为 径为 2 井筒污染区示意图图 3 污染区的存在对井底压降的影响 1p代表污染区存在时从半径  2p代表污染区不存在时从半径  表由于污染区的存在造成的压力降 。  它们之间有下列关系: 21 s 附加压力降由于以认为污染区内的流动为稳定流动,则有:   以, 于污染区的性质,表皮系数 S 的 定义式 为: 108 所以 表皮系数 实质上是无因次化的附加压力降。 3 31 . 8 4 2 1 0 1 . 8 4 2 1 0 K S PK h q B       表皮系数(或趋肤因子、污染系数)的定义为:将附加压力降(用因次化,得到无因次附加压降 ,用它表征一口井表皮效应的性质和严重情况,用 S>0,数值越大,表示污染越严重; S=0,井未受污染; S 310; 未污染井 : 5 1 ,驱替不利 。  以压力落差( H o r n e r )试井分析为例: 注水井压力落差试井类似于生产井压力恢复试井,它在无限作用径向流动期的方程是:   l o g ( )w s ip p m t t t    32 1 1 0 /( )q B  将生产井压力恢复试井分析公式中的流量换成负值,即 将出现两条直线,第一条直线对应水淹区,第二条直线对应过渡区;如果 M=1 ,将出现两条直线,第一条对应水淹区,第二条直线 在水淹半径不大时对应过渡区和未淹区的平均值。 1989)建立了一个 考虑注水井周围饱和度分布的新模型 。通过典型曲线拟合方法可得到表皮系数、地层绝对渗透率、前沿位置和各区的流体流度值。( 3)三区复合储层模型 之前的解释方法的主要不足之处是事先要知道相对渗透率曲线。 989)应用储层数值模拟器模拟了大量的注水井压力落差数据,并对结果进行了研究,提出了一个完全不同于已有的方法,该方法是目前为止所能见到的最好的一种方法。 物理基本假设:均质、各向同性的单层储层,水以定流量注入到储层中,初始压力 时系统的外边界压力等于 始含水饱和度为 略重力效应; 3 3区复合储层模型示意图通过典型曲线拟合计算总流度、表皮因子、流度剖面、驱替前缘位置、地层压力剖面位置、井筒储存对压力的影响、流度比的影响。2.注水井试井解释实例( 1)物理模型 油藏注水后,由于油水性质的差异在油藏内很快形成了流体的饱和度梯度。 井周围形成了高含水区域,向外水的饱和度逐渐减小,而注水前缘以外是具有原始流体饱和度的油区。 不同的注水时刻,油水两相区的大小及饱和度分布不同。注水油藏注水井试井的物理模型见图 3水井 /油藏系统物理模型( 2)注水阶段的数学模型及求解方法注水阶段的数学模型为油水两相的数学模型,引用 以无因次形式给出:1 D r r t   初始条件:( , 0 ) 0内边界条件:111 DD p  外边界条件:( , ) 0D e D Dp r t  ( 常 压 )( , )0D e r 封 闭( )上述数学模型中没有饱和度方程,应用 中,321/( 2 10 )( )/( / ) /( / )( / ) ( / ) ( / )D w wD w w t t rt r w w w r o o o h p q t C rr r C K K C K C          2' / 2 4()t  计算出任意时刻两相区内的饱和度分布,利用该油层的相对渗透曲线和其它基本参数就可计算出两相区内的其它参数。 采用不均匀差分网格系统和相应的变系数隐式差分格式可以得到关井时刻油藏中两相区内的压力分布和饱和度分布,用数学公式表示为:() 等饱和度面距井的距离, m ; t 为任意注水时间, h ; ' 。 ( , ) ( )DD i D i D iP r t g r ( 1 , 2 , ..., ) 3 )关井阶段的数学模型及求解方法 注水井压力降阶段仍满足基本的扩散方程 : 1 D r r t   初始条件: ( , ) ( )DD i D i D iP r t g r( 1 , 2 , ..., )边界条件必须考虑井筒储存和井底污染的影响: 111Cd t    216 D t C h r— — 无因次井筒储存系数, M P a ; S 为污染系数。 该模型的求解方法与前面类似,应用这种计算方法计算出注水井压力降试井的典型图版见图 3 - 26 。  图版的纵轴是压力及压力导数,横轴是组合了前缘半径后的无因次压力 降时间 。  图版中有两组曲线,每组曲线的位置由无因次井筒储存系数 )w o wq t   比值的大小决定。  每组曲线对应着两个参数2 。 2 相同的曲线,尽管数曲线由于两相区的影响逐渐上翘,最高点对应前缘位置。  由求解过程可知,注水井的压力降典型曲线与油井的典型曲线完全不同,前者取决于地层的相对渗透率曲线等地层物性参数,而后者与这些参数无关,即测试层位不一样,注水井的压力降典型图版也不一样。 利用该模型编写的注水井试井分析解释软件对我国 试前该井已注水 14个月,累积注水 62200均日注量 147 藏和注水井的其他参数见表 3层的相对渗透率数据见表 3 3藏和注水井的基本参数表 3层的相对渗透率数据图 3纳曲线分析图 图 3对数曲线分析图 实测压力导数曲线上翘的主要原因是由于油水粘度差较大,形成较大的两相区造成的。 图 3 图 3h;为累积注水时间, h。常规试井分析结果与现代试井分析结果见表 3 3规试井分析结果与现代试井分析结果由表 3 由常规法得到的水相渗透率偏低,主要的原因是由于两相区的影响,实测曲线上没有出现真正的直线,双对数图上的导数曲线上翘可以说明这个问题。 正是由于两相区的影响未加考虑,使得解释出的相对渗透率偏小而污染系数偏大。
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