油气井试井原理与方法

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气井不稳定试井分析第六节现代试井分析方法第三章油气井试井原理与方法一、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）判断井间连通性和注采平衡分析（7）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。A井（激动井）施加一信号，记录B井（观察井）的井底压力变化，分析判断A、B井是否处于同一水动力系统。脉冲试井是A井产量以多脉冲的形式改变，记录B井的井底压力随时间的变化信息。我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（kh）等；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80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（图1），找出直线段进行分析，这就是以Horner（1951年Horner提出了Horner半对数分析方法）为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Matthews等人详细研究了不对称断块油藏中的压力特征，给出任意形状油藏中压力的变化关系，这种方法叫做MBH法（或MBH半对数分析方法）。利用MBH法，在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Ramey、Agarwal、Mckinly、Earlougher等人研究出了以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Gringarten在前人基础上提出了双对数压力典型曲线分析法，1983年Bourdet又提出了压力导数典型曲线分析法，到此，Gringarten典型曲线与Bourdet压力导数典型曲线组合成复合图版，成为了石油工业标准，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q生产时，在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q生产，生产前地层的原始压力为pi。在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。2200113.6172.8limitirrppprrrtpppppquBrrkhtck()toowwggpCCSCSCSC上述数学模型得到井底压力)(tpwf为：trEikhquBptrptpiwwf4.146.345)()(2,当井底存在污染、且01.04.142trw时（该条件极易满足），则有：)8686.09077.0(lg10121.2)(23sruCktkhquBptpwtiwfQ——m3/d——mPa.SP——MPah——mK——m2——m2·Mpa/mPa.st——hr——m2、有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=tP在压力传播的各个阶段，对应有各自的解。214.682223()ln0.8424etrewiewrQtptpSeKhrr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()ln24ewiewrQtptpSKhrr弹性驱动第一相]8686.09077.0[lg10121.2)(23srtKhBqtppwwi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q1，由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Δt1内，产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q2=0。只有当井口开井效应传至井底，q2才由0逐渐上升，再经过Δt2时间才达到q1（图1a）。在Δt2这段时间产出的原油一部分是由于油藏中原油流入井筒的结果，而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q1立即变为0，但油藏中仍有流体继续流入井内，即井底产量q2不为0，而是在Δt2的短时间内逐渐由q2下降至0（图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：dVVCdPP33/CmMPaVmPMPa——井筒储存系数，；——井筒中流体体积的变化，；——井底压力的变化，。当井筒中充满单相流体时：wbwbCVC当井筒中存在两相界面时（即液面不到井口）：102.0uVC3/3wbwb3uVmCMPaVm/mtm——井筒中弹性流体容积（井筒容积），；——井筒条件下的流体压缩系数，；——单位长度井筒的容积，；——井筒条件下流体的密度，。在图1的1