穩定試井與不穩定試井第一部分 油氣井試井 第一章 穩定試井 第一節 油井穩定試井 一、原理 達西定律告訴我們:平面徑向流的井產量大小主要決定于油藏巖石和流體的性質(即Kh)，以及生產壓差。因此，測出井的產量和相應壓力，就可以推斷出井和油藏的流動特性，這就是穩定試井所依據的原理。 穩定試井也可稱為產能試井。其具體做法是:依次改變井的工作制度，待每種工作制度下的生產處于穩定時，測量其產量和壓力及其它有關資料;然后根據這些資料繪制指示曲線、系統試井曲線、流入動態曲線;得出井的產能方程，確定井的生產能力、合理工作制度和油藏參數。 本章主要介紹自噴油井的穩定試井。 二、測試方法 (一)定工作制度 1.工作制度的測點數及其分布 每一工作制度以45個測點較為合適，但不得少于三個，并力求均勻分布。 2.最小工作制度的確定原則 在生產條件允許情況下，使該工作制度的穩定流壓盡可能接近地層壓力。 3.最大工作制度的確定原則 在生產條件允許情況下，使該工作制度的穩定油壓接近自噴最小油壓(例如，取0.31.0Mpa)。 4.其它工作制度的分布 在最大、最小工作制度之間，均勻內插23個工作制度。 (二)一般測試程序 1.測地層壓力 試井前，必先測得穩定的地層壓力。 2.工作制度程序 一般由小到大(也可以由大到小，但不常采用)依1 圖11油井指示曲線類型 次改變井的工作制度，并測量其相應的穩定產量、流壓和其它有關數據。 3.關井測壓 最后一個工作制度測試結束后，關井測地層壓力或壓力恢復。 三、線性產能方程及其確定 圖 11直線型指示曲線I可用以下線性方程表示: (61) q,J,pp3式中:q產量，m/d 3 J采油指數，m/d?MPa p生產壓差，MPa P線性產能方程的確定 根據測試工作制度的產量和壓力數據，作圖于?p,q的坐標系上得直線，量出直線的p斜率，其倒數即為J。 四、指數式產能方程及其確定 1.指數式產能方程 2.系數C、n的確定 五、二項式產能方程及其確定 六、油井穩定試井資料解釋 ,一,解釋步驟和方法 1( 整理試井資料 (1)試井數據列表。 (2) 繪制試井曲線。 1) 繪制系統試井曲線，系統試井曲線如圖(14)。利用這一曲線可確定油井的合理工作制度。 ,p,p,q2) 繪制指示曲線，根據表11的生產壓差和產量q作圖。 pp2( 確定產能方程 由繪制的指示曲線，判別指示曲線類型;由各所屬類型確立產能方程直線型指示曲線 當油藏中流體處于單相(液相)達西流動時，油井指示曲線為直線，以此直線可計算以下參數: q,p1) 采油指數J。在直線上任取一點(，)，按式1-1求得采油指數: pJ,q/,p pK2) 油層滲透率。利用求得的采油指數J，由擬穩態流動方程求得平均滲透率 j2 r3eJBlnS,31.84210(),，,，r4w (19) K,jh2式中K泄油區平均滲透率，m; j地層原油粘度，mPa.s; 33B地層原油體積系數，m/ m; h油層有效厚度，m; r泄油半徑，m; er油井半徑，m; wS表皮系數。 式(19)中、B值可由實驗室或從本手冊附錄中查取;h由測井資料取得;r由地質資e料提供，它的取值大小對計算值影響不大。 (1) 曲線型指示曲線 當油藏中流體處于單相非達西流動，其指示曲線為曲線型。此時，可計算以下地層參數: 1)地層滲透率。通過二項式方程(25)的系數a與擬穩態流方程相對應，可算出地層滲透率: r3e3BS,，1.842，10,ln,，r4w (110) K,ah式中 S表皮系數，由不穩定試井法求得或類比法近似估計;其它符號同前。 2)計算不同流壓下的產量。如果地層壓力仍保持試井期間p，則任一流壓(p)下的產Rwf量由下式確定 aa4b(pp)2,，,Rwf (111) q,2b若p等于自噴最小流壓，則由上式可得油井的自噴最大產量。 wf第二章 不穩定試井 由巖心分析得到的地層滲透率只能代表取心井點處的絕對滲透率。它的優點是能準確反映滲透率沿地層厚度的變化，但對確定產能則意義不大。用地球物理方法求滲透率大都必須依據巖心分析或其他資料，而且精度不高，也只能代表井底周圍附近地帶的情況。只有用試井的辦法才能求出與井的產能直接相關的、代表井附近較大范圍的平均有效滲透率，也只有通過試井才能確定工藝條件變化(例如油層堵塞和改造措施)引起的滲透率變化以及相應的產能變化。與巖心分析相比，試井工藝簡單，成本低廉，在整個開發過程中隨時都可進行，每口井都可以做。試井所取得的參數是開發工作所需要的。 壓力是開發油田的重要數據，如何才能在盡可能短的關井時間內求得準確的地層壓力，也是試井所需解決的一個問題。 僅僅根據地質和地球物理資料往往很難斷定斷層和地層相變界限和封閉性。試井則可以為判斷由藏界限提供很有價值的信息。只有通過試井才可以求出由于井的滲流不完善造成的附加阻力(表皮效應)的可靠值。 3 穩定試井可以求得采油指數，但耗時費事。雖在確定油井工作制度方面有獨特作用，而在求地層參數方面，則主要依據不穩定試井。五十多年來試井作為認識油層的一個主要手段，其理論與工藝迅速發展，應用范圍日益廣泛。 一、基本微分方程式 假設地層是均質等厚各項同性的，其中只含一種可運動的流體，地層及其中所含流體的壓縮性和壓力梯度都很小，而且二者的壓縮系數是常數，滲流過程是等溫的，則在地層內任一點上有: 222,p,p,p,p (21) (，),222,t,x,y,zK, ,CtC,C，Ctfe2式中:導壓系數，cm/s 2 K滲透率，m粘度，mp?s a孔隙度，f C總壓縮系數，1/mpa tC地層(孔隙體積)的壓縮系數，1/mpa fC液體的壓縮系數，1/mpa e一般假設地層是水平的。如果只有一口井鉆穿整個地層厚度(滲流完善井)，則用極坐標表示方程(22)比較方便，其形式為: 1,p,p,(r), (22) r,r,r,t式中r為自井中心量起的矢徑。對于超高壓地層，由于滲透率、孔隙度和壓縮系數都可能隨壓力而改變，且壓縮系數值可能較大，這時使用方程220和221時要慎重。 理論分析和實踐都證明上述方程都可安全用于實際油藏，不過其中的滲透率和孔隙度應理解為該井影響范圍內的平均值。 方程2-1所表示的是地層內由于壓力不平均而發生滲流時，壓力與坐標、時間和地層與流體性質之間必須滿足的關系，其中不包含造成壓力不平均的原因。因此要解決任何實際問題必須同時考慮造成壓力不平均的初始和邊界條件。井底壓力維持在低于原始壓力的某一常數值，或井以常產量生產，就是常見的造成壓力不平均的原因，我們稱之為內邊界條件。油藏邊界上的壓力維持不變，或油藏邊界是不滲透的，我們稱之為外邊界條件。在我們開始研究的那一瞬間，地層內的壓力可能是平衡的例如到處都等于原始地層壓力;也可能是按某種規律變化著例如是坐標對數的函數，這就是初始條件。初始和邊界條件都是造成壓力不平衡的原因。 4 油藏工程中常遇到的初始條件有: p|=p , r,r?r t=0iwe若外邊界是不滲透的，則外邊界條件為: ,p|=0 r,re,r若外邊界為穩定的供給區，其上的壓力維持不變，則有: |= pr,rpei內邊界條件主要有兩種，一為產量q為常數，即: ,p1|= r,rq,w,r,khr20w另一種為井底壓力保持在p不變，即 w|= pr,rpww式中 p原是地層壓力，mPa ip井底壓力，mPa w3q產量，?/s r油藏半徑，? er井的半徑，? w微分方程與初邊條件一起構成定解條件。 井的工作制度改變時，壓力變化是逐步往外傳播的，一直到壓力變化到邊界上。我們稱壓力變化傳到邊界以前這段時間為傳播期。在傳播期內，外邊界的影響極小，可以忽略不計。此時無論地層是有限的，還是無限的，其中的壓力分布規律幾乎都是一樣的。在傳播期內，可以假設地層是無限大的。傳播期也有人叫第一時期。 壓力變化傳到油藏邊界以后，或是引起外面液體進入油藏，當進入量與采出量相等時，形成穩定流(定常流);或是外邊界是不滲透的，地層內各點壓力均開始下降。這是若產量仍維持不變，由于外邊沒有液體補充，地層內各點的滲流速度逐漸變為常數，亦即各點的壓力梯度變為常數。此時壓力分布曲線平行下降，即地層內1) 各點的壓力下降速度相等，(見圖2,p,cr,r,r， we,t顯然，平均壓力的下降速度必與任何一點的壓力下降速度一致。按照物質平衡原理有: ,p ,CV,q tp,t3式中:V地層孔隙體積，? P5 圖21擬穩定平面徑向流 ,平均地層壓力，mPa p于是有: ,pqpq, (23) 2tCtVpt,hCrte各點壓力下降速度相等的時期叫做擬穩定期。傳播期與擬穩定期之間稱為過渡期。 二、 油井壓降試井 勘探階段我們希望以最少的井獲得最多的信息，尤其希望盡早知道油藏的大小和儲量，哪怕有個數量級的概念也好。在開發階段某些嚴重出砂井和高油氣比井一旦關井再恢復生產很困難。所有的井要關井試井都會對完成產量任務有影響。壓降試井法就是在保持井的產量基本不變的條件下，通過連續測量井底壓力來獲取有關信息的。這個方法能滿意地解決上述問題。但維護產量不變(或連續測量產量)比連續測壓困難得多，所以這個方法在實際中的應用不如后面要講到的壓力恢復法廣泛。尋找斷塊和巖性油藏時，在第一口探井上就用本法可以迅速認識油層，得到油藏大小的資料，從而節省了勘探投資，縮短了勘探時間。 井以常產量q生產，井底壓力p必然要連續下降，生產初期處于傳播期，邊界影響微wf弱，可以認為地層是無限的。給(625)式加上表皮效應，并將自然對數變成常用對數得: ,2.21076qBK, (27) ,lg，lg，0.86859，1.90768pptSwfi2,Kh,Crtw,3式中 q地面脫氣原油產量，m/d; B原油體積系數; 地下原油粘度，mPa.s -3 K地層有效滲透率，10? h 油層有效厚度，m; 生產時間，h; t油層孔隙度; C總壓縮系數，1/MPa tr井的半徑，cm wS表皮效應; p原始地層壓力，MPa i p井底流壓，Mpa wf在有束縛水，沒有自由氣的條件下， C=SC+(1-S)C+Ctwiwwiot 式中 S束縛水飽和度; wiC地層水的壓縮系數，1/MPa wC地層原油壓縮系數，1/MPa o6 圖2-4 壓力恢復示意圖 C地層孔隙壓縮系數，1/MPa f將測得的不同時刻的井底流壓點到以pwf 為縱坐標，lgt為橫坐標的坐標紙上(225)得到一條直線。由于井筒容積的影響建立起地下與地面相一致的產量需要一段時間，之后半對數直線段才會出現。 三、油井壓力恢復試井 壓力恢復試井施工方便，能獲得油藏和井底的許多參數，是不穩定試井中用途最廣的一種方法。本方法要求關井測井底流壓前要有一段穩產時間，理論上要求關井前的產量一直不變。從某一時刻起將井的產量突然降到零，例如用封隔器在井下關井，測井底壓力會由下降轉為回升(圖2-4)。回升的快慢與油層的性質和井筒條件有關。 我們利用疊加原理來研究壓力恢復的規律。設井以常產量q生產了t時間后關井，t為從關井起經過的時間，則關井后的井底壓力t的函數，記為p(t)。我們把關井看作wf是從t時刻起在原井位處又鉆一口注入井，注入量恰好等于采出量。為了便于理解，可以設想t時刻起從油管采出的液體又原封不動地從套管注回地層，這樣從地層采出的液量為零，其效果與關井一樣。原來生產井的工作時間為t+t，假想注入井的工作時間為t，注入量與采出量q。在同一井位上的兩口井在地層中任意點，特別是在井壁上造成的壓力變化應等于這兩口井中每一口井單獨工作在同一點、同一時刻所造成的壓力變化的代數和。 注入井造成的是壓力升;生產井造成的是壓力降，二者符號相反。 假設過程處于傳播期。換成油藏工程常用單位，(2-25)得: 2.12076qB,t,p,p，lg (2-8) wsiKht，,t,tlg若P(t)點到以為橫坐標，以P為縱坐標的圖上得到一