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11．总论在石油及天然气勘探过程中，为了对钻进过程中遇到的油气显示层段能尽量做出准确评价，目前除采用地质综合录井、地球物理测井、岩心分析等基本方法外，还采用了地层测试技术；不过前几个只是直接或间接地确定油、气、水层，而只有通过后者才能确定储层产能和地层动态参数。（一）、地层测试技术的目的地层测试又叫钻杆测试,国外叫DST,是DrillStemTesting的缩写。它是指在钻进过程中或完钻之后对遇到的油气显示层段不进行完井而用钻杆或油管下入测试工具进行测试，获得在动态条件下地层和流体的各种特性参数，从而及时准确地对产层作出评价。这种方法速度快、获取的资料多，是最经济的“临时性”完井方法。在我国，通常把钻井过程中进行的地层测试称为中途测试；把下完套管，完钻之后进行的测试称为完井测试或套管测试。无论是哪种测试，都是用钻杆或油管将地层测试器下入待测层段，进行不稳定试井，测得测层的产量、温度、开井流动时间、关井测压时间，取得流动的流体样品和实测井底压力-时间关系曲线卡片。钻杆测试的具体目的是：①探明新地区、新构造、新层位是否有工业性油气流，验证油、气层的存在；②查明油气田的含油面积及油水或气水边界，油气藏的驱动类型和产油、气能力；③通过分层测试，取得分层测试资料，计算出储层和流体的特性参数，为估算油、气储量和制定油气田开发方案提供依据。通过钻杆测试取得的时间-压力卡片，结合试井分析理论，可以得到下列主要参数：①渗透率我们最关心是的流体流动时的平均有效渗透率，通过地层测试可以获得这一最有价值的参数；②地层损害程度通过测试资料可计算出地层堵塞比和表皮系数；③油藏压力通过关井压力恢复曲线可外推出原始油藏压力；④衰竭在正常测试条件下，如果在测试过程中发现油藏有衰竭，可以推断所控制的地质储量，判断油藏是否有开采价值；⑤测试半径是指测试过程中因流量变化所引起的压力波前缘传播深入地层的径向距离，也叫调查半径；⑥边界显示在测试半径内如有断层或边界存在，可通过压力曲线分析计算出距离，还可确定边界类型。钻杆测试与传统试油方式相比，具有下列优点：①及时钻井过程中，通过气测、泥浆录井或岩屑录井和电测等资料，一旦发现油气显示，就可立即进行钻杆测试，弄清楚地层和流体情况，可以及时发现油、气层，避免漏2掉有希望的层位；②获取的测试资料受地层污染影响少,减少钻井液、完井液或压井液长时间浸泡以及固井、注水泥等造成的地层损害，所测得的压力和产量动态资料能最真实地反映地层情况，可以准确的推算出原始油藏压力；③井筒储集影响小钻杆测试是用测试器在井下开井、关井，从而把井筒储集效应的影响减到最小，可有效地进行资料解释；④测试时间短、效率高一般钻柱测试一至两天就能测完一个层位，从而大大加快了勘探、开发速度。外测试信息所表现出来的测层特征在勘探阶段起着至关重要的作用。搞油气勘探的工作者都知道在油气勘探过程中，当找到具有工业价值的油气产层后，要用一切手段从每一口探井以得到所钻遇油气层的各类信息，以便认识储层特征并作出评价。这类信息大体上可分为静态的和动态的两种。静态信息是大量的，它指的是在分析对象（油气产层及其中的流体）处于个对静止状态下取样或进行测试所获得的信息，测试工作可在井下或地面进行。传统的岩心分析和各种电性测井，包括三维地震测井都属于这一范畴；动态信息则指的是地层和其中流体介质在地层状态中发生相对流动时某一阶段所测得的信息，这主要指通过试井资料的获得。静态和动态信息各有不同特征。它们主要的差异在于所取得的信息代表的地层范畴很不相同。大多数静态信息如岩心分析和常规电测资料只能代表近井地带极为有限范围的地层。据有关研究报告说明，一般从钻井岩心所获得的信息只占油气藏整体信息量的十亿分之一，故称为一孔之见；加上岩屑录井和测井资料，所能提供的油气藏整体信息也只有亿分之10左右；三维地震所能提供的油气藏整体信息比测井资料约高100倍，可达十万分之一数量级。总的说来，这类静态信息的抽样代表性对气藏描述的要求而言是太低了。作为可获得动态信息的测试技术则在较大程度上克服了这一缺点。地层测试资料解释遵循不稳定试井的原理，它是通过关井或开井改变了地层内部油气动态，从井底向四面八方发出无数个压力变化的信号，这一压力波动向外传播时，对全部和井连通的地层起到扫描作用，它把向外扩散时所遭遇的阻力状况随着时间的变化不断反馈到井底。通过对井底压力随时间的连续变化的观测，测试解释人员就能获得压力波在所测试的时间内，影响的全部扫描体积（通称油气供应体积）的重要信息，例如地层的流动系数（kh/）、井壁附近受到泥浆污染的程度、地层中可能存在的裂缝和边界状况。这种信息是一种比较全面的动态信息。（二）、地层测试的原理地层测试的原理如图1-1，具体施工是通过钻杆或油管将测试阀、辅助工具、封隔器、筛管和压力记录仪下入井中，在下钻过程中依据所要求的测试压差向测试阀以上的钻具内灌入相应高度的比压井液比重小的液住，下到位后让封隔器膨胀坐封于测试层上部，将其他层段、钻井液与测试层隔离开来，然后通过地面控制，将井底测试阀打开，测试层的流体经筛管的孔道和测试阀流入钻杆内，直至地面。3其中加液垫的目的1、在封隔器坐封好、打开测试阀时造成负压，诱导地层中的流体进入井筒、钻杆和计量罐中。2．当打开测试阀时，控制测试层的压力，避免因生产压差过大而损害地层和造成测试失败。测试中生产压差过大，容易发生下列导致测试失败的情况：⑴、封隔器上下压差超过橡胶筒本身的承压能力，导致封隔器渗漏；⑵、如被测试的地层结构疏松，在大压差下容易引起地层坍塌，造成筛管被埋被卡；⑶、地层出砂将测试阀、井下油嘴或筛管堵塞；⑷、造成砂粒高速进入测试器，将测试阀刺坏；⑸、生产压差过大，地层中的水或气跑在油的前面，形成水锥；损害地层。测试阀是地层测试的关键部件之一，其主要功能为：⑴、在下入和起出井眼时，阀保持关闭状态，而在测试时既可以开又可以关，一般要求有至少二次开和二次关的过程。目前，大部分测试阀都能进行任意次数的开和关。⑵、取得地层流体样品。辅助工具主要包括震击器、旁通阀、安全接头等工具，其目的主要是保证测试工具顺利起下以及测试过程中的遇卡，一旦封隔器或筛管遇卡，在用震击器无法解卡时，就可以使用安全接头倒扣，把安全接头以上的工具和钻杆取出，这样仍可获得地层测试所取的资料和数据。封隔器也是地层测试器关键部件之一，它主要起到把测试层与其他层段、钻井液或压井液隔离开来。封隔器的主要元件是橡胶筒，橡胶筒受压缩负荷后可以胀大，也可以通过向筒内充入液体而膨胀，然后与井壁贴紧，起到密封或隔离作用，当测试阀打开后只允许测试层段的流体流入钻杆内。筛管是地层流体进入测试阀到钻杆或油管内来的通道，筛管一般是用钻铤做成的，并钻有孔。筛管所钻的孔的尺寸较小，足以阻止流体中携带的泥饼或岩屑颗粒进入工具，以免堵塞测试阀、工具心轴孔道及井底油嘴。压力记录仪中的一张金属卡片记录了测试的压力变化的全过程，如图2-2所示，纵坐标是压力值,横坐标是时间值。测试过程从右向左，标有“下井”字样的一段表示随测试工具下入深度而增高的钻井液液柱压力。当工具下到井底后，钻井液柱压力达到最大，即A点所示的初钻井液静压。测试阀封隔器筛管压力计测试层压井液液垫控制头出口图1-1测试原理图4至达A点开始坐封封隔器，打开测试阀，使测试层与钻杆内连通，压力记录仪瞬时由记录钻井液柱压力过渡到记录钻杆内液垫的压力，因此压力曲线急剧下降，同时进入初流动期。初流动期延续5-10min，主要是使井眼附近受钻井液侵入造成的附加压力消除，同时使地层液体顺利流入井筒，随着流体进入钻杆内的量的增多，压力逐渐上升到C点，C点的压力值为初流动结束时的压力，也是初关井期的开如点。此时，由地面控制关闲测试阀，地层压力逐渐恢复，C至B点为初关井期。初关井期一般在1小时以上，以求得稳定的压力恢复曲线为准。到达B点为初关井结束时的压力，此时再操作测试阀，使阀处于开启状态，进行第二次开井，压力从B点降至C1点，C1点与C点的压务值相等。C1点至D点为终流动期，在此期间，随着地层流体流入钻杆内的数量增加，其压力也逐渐增加，D点表示终流动期结束时的压力，终流动期的时间依地层特征而定。在D点进行关井，测试阀关闭，进入终关井期，地层压力经流动后再次恢复，直至E点。终关井期一般要比终流动期长，这也要依据地层特性而定。在E点时要提松封隔器，此时，测试阀仍然是关闭着的。封隔器解封后，钻井液液柱丈夫力又作用于压力记录仪上，记录下来的F点表示终钻井液静压。此后，将测试器起出井眼，随测试器的起出，压力逐渐降低，直至起至地面，压力回至基线。（三）、国内外地层测试技术发展状况1、国外地层测试技术发展状况目前在国外地层测试技术已被广泛运用。有不少公司专门进行地层测试的技术服务、研究和评价工作，如比较著名的美国江斯顿公司（Johnston）、哈里伯顿（Haliburton）、莱因斯（Lynes）公司等。近十年来随着电子工业和其他工业的发展，地层测试技术也日臻完善。其中美国、加拿大和法国是开发、应用地层测试技术较早、较好的国家，但美国开始的历史长、发展快，是西方石油发达国家的代表。早在19世纪60年代以前，美国就对裸眼盐井采用提捞的方法进行测试，后来对油井Cc1初流动压力D终流动压力E终关井压力F终泥浆静压B初关井压力A初泥浆静压基线时间增量两次开关井压力卡片起出井眼下钻终关井压力恢复5也采用先测试后下套管的完井步骤。当时人们十分重视测试工作，不少人开始研究测试工具的结构。1867年美国专利局给Burr和Wakelee颁发了世界上第一个地层测试器专利，名称为“深井测试工具的改进”，专利号为68350。经过许多年的改进和发展，1882年美国专利局发给B.Franklin“控制和调节油井液流的工具”专利，专利号为263330；此工具用油管下入井内，在封隔器上装有一个阀，该阀可借助转动油管而开关。这两个专利公布以后，又发展了适用于裸眼井的橡胶封隔器，这样才可以在当时用顿钻的方法打出的裸眼井中进行测试。随着旋转钻井方法和钻井液循环的出现，又给测试工具提出了新的要求。最早的实用测试工具是J.T.Simmons于1926年2月10日申请，并于1933年10月17日获准的专利号为1930987的可通过在地面旋转钻杆来控制的“制动-旋塞”齿轮传动的旋塞阀测试器。这种测试器在1925年开始进行研制时，Halliburton公司的PhilMontgomery曾给予指导，后来Simmons的这个专利转卖给Halliburton固井公司，最后由EarlP.Halliburton又发展和完善了这种工具，Halliburton地层测试器就是在此基础上发展起来的，到1968年已发展为相当完善的地层测试器。1930年之前还有其他人在研制和试验其他种类的裸眼地层测试器。他们的研制工作基本上都是在1867年和1882年的两个专利及包括封隔器在内的井底开关工具发展的基础上进行的，这些人当中就有得克萨斯洲的Johnston。起初Johnston运用火车上的重型弹簧作测试阀，用帆布作封隔器，构成原始的测试工具，后来增加了用投棒的方式打开捶拍式凡尔的较完善的测试器，这就形成了靠上提下放打开测试阀的另一类型的操作方法。30年代初，在橡胶制造公司的协助下，研制成功了筒型裸眼封隔器，取代了锥型封隔器，这就大大简化了测试工序。但由于封隔器在井眼里起下钻时常常遇阻，导致提前打开测试阀或下不到预定深度，从而失败。经过多次改进，于1930年研制了旁通阀，在测试之前和测试完毕使封隔器上下方有一个通道来平衡压力，这有助于封隔器和测试阀的顺利起下，大大提高了测试成功率。油藏工程师对油气井压力资料的测试是非常重视的。早在1920年就在研制测量井内压力的仪器，到1933年已有十种不同类型的进下压力记录仪提供使用，测试工具品中也就开始安放压力记录仪，而且成为测试器的基本工具之一。特别是近十几年来随着电子工业的飞速发展和电子计算机的应用，高精度的电子压力计也应用于地层测试中，应变压力计、石英晶体压力计和集成电路井底压力计已被广泛使用。这些压力计的精度都比