产能试井与评价PPT课件.ppt

油气井产能试井分析方法 主讲 李成勇 博士 电话mail lichengyong1981 QQ 275138867 试井的概念 试井是研究井及地层特性的一种矿场试验 它包括试井设计 试井测试和试井解释三部分 试井设计是有效的进行试井的必要程序 它根据勘探 开发工作的实际需要和油田地质 油藏工程技术人员提出的试井要求编制而成 试井测试就是通过一定的测试工艺和测试手段对油井 气井或水井进行测试 测试内容包括产量 压力 温度和取样等等 试井的概念 试井解释就是以渗流力学理论为基础 通过对油 气 水井测试信息 p t q t q p 的研究 确定反映测试井和地层特性的各种物理参数 生产能力 以及油 气 水层之间及井与井之间连通关系的方法 试井解释图版 复合图版 复合图版是由格林加登 Gringarten 压力图版与布德导数图版叠加而得 图版是在双对数坐标系中 以无因次压力PD为纵坐标 无因次时间和无因次井筒储集常数的比值tD CD为横坐标的曲线图 曲线参数为CDe2S 450线 0 5水平线 CDe2S 在尺寸与图版完全一样的透明双对数纸上画出实测压差 p 压力导数 p t和时间 t的双对数关系曲线 把画好的实测曲线图在解释图版上作上下和左右平移 在图版中找出一条与实测曲线最相吻合的样板曲线 复合图版 拟合分析 复合图版 拟合分析 复合图版 拟合分析 3 拟合好后 选择一点 拟合点 读出拟合值 解释图版上该点对应的PD tD CD值 实测曲线上对应的 和t值 4 从拟合曲线读出CDe2S 曲线拟合值 复合图版 拟合分析 5 计算参数 第一步 初拟合 第二步 特种识别曲线分析 作实测曲线 纵坐标为 p p t 横坐标为时间t 拟合 得CDe2S 确定各流动段的起止时间 早期纯井筒储集阶段的特种识别曲线分析 径向流动阶段的特种识别曲线分析 3 断层反映阶段的特种识别曲线分析 复合图版 现代试井分析 第三步 终拟合 压力拟合值 根据径向流斜率修正压力拟合值 从解释图版上读出拟合点的PD和tD CD值以及CDe2S 从实测曲线上读出该点的 p和t或 t值 复合图版 现代试井分析 第四步 一致性检验 特征直线分析与图版拟合分析结果是否一致 复合图版 现代试井分析 计算机拟合 1 用所得参数计算样板曲线 并与实测曲线进行拟合 复合图版 现代试井分析 2 用所得参数和关井前的实际生产时间计算无因次半对数或霍纳曲线 并与实测曲线进行拟合 复合图版 现代试井分析 3 用解释结果 实际产量和生产时间进行模拟检验 得到理论计算压力变化曲线 再与实测压力变化曲线相拟合 即压力史拟合 复合图版 现代试井分析 A 格林加登图版 现代试井分析 初拟合划分流动段 特种识别曲线分析 计算参数 终拟合 双对数曲线分析 计算参数 用所得参数计算样板曲线与实测曲线拟合 相符否 相符否 模拟检验 相符否 结束 相符 相符 相符 不相符 A A 不 A 不 双重介质拟稳定流动 复合图版 试井分析的实质是反问题 由输入I 开关井 流量数据及基础数据 和输出O 测试压力 反求系统S及其参数 模型 K C S D 产能 解不是唯一的 油气井试井的分类 油气井产能试井的作用 目的及意义 预测产能 分析动态 了解地层及井特性的最常用和最重要的方法 作用 1 确定产能大小 为合理配产提供依据 2 确定流入动态曲线 了解井的流入动态特征 3 确定储层流动参数 4 分析影响井产能的因素 5 为油气田的科学开发提供理论依据 产能试井的概念 产能试井是改变若干次油井 气井或水井的工作制度 测量在各个不同工作制度下的稳定产量及与之相对应的井底压力 从而确定测试井 或测试层 的产能方程 DeliverabilityEquation 和无阻流量 OpenFlowPotential或AbsoluteOpenFlowPotential 确定工作制度 1 工作制度的测点数及其分布工作制度以4 5个测点较为合适 但不得少于3个 并力求均匀分布 2 最小工作制度的确定原则在生产条件允许情况下 使该工作制度的稳定流压尽可能接近地层压力 3 最大工作制度的确定原则在生产条件允许情况下 使该工作制度的稳定油压接近自喷最小油压 4 其它工作制度的分布在最大 最小工作制度之间均匀内插2 3个工作制度 一般测试程序 1 测地层压力试井前 必须先测得稳定的地层压力 2 工作制度程序一般由小到大依次改变井的工作制度 并测量其相应的稳定产量 流压和其它有关数据 3 关井测压最后一个工作制度测试结束后 关井测地层压力或压力恢复 油气井产能试井的分类 油井 稳定试井 气井 回压试井 系统试井 等时试井修正等时试井一点法试井 油气井产能试井与产能评价 油井指示曲线的四种基本类型 qo P 直线型 曲线型 混合型 异常型 直线型 1 特征过原点的直线 2 成因单相达西渗流 一般在较小压差条件下形成 qo P 直线型指示曲线并不永远存在 当工作制度不断增大时 单相达西渗流将逐渐转变为单相非达西渗流或油气两相渗流 此时 直线便发生弯曲 形成混合型指示曲线 曲线型 1 特征过原点的曲线 且凹向压差轴 2 成因单相非达西流或油气两相渗流 一般在较大生产压差或流压小于饱和压力时形成 qo P 混合型 1 特征开始为过原点的直线 然后变成凹向压差轴的曲线 2 成因直线部分为单相达西渗流 qo P 曲线部分的可能原因 随着生产压差的增大 油藏中出现了单相非达西流 增加了额外的惯性阻力 随着生产压差增大 流压低于饱和压力 井壁附近地层出现了油气两相渗流 油相渗透率降低 粘滞阻力增大 异常型 1 特征过原点凹向产量轴的曲线 2 可能原因 1 相应工作制度下的生产未达稳定 测得的数据不反映测试所要求的条件 qo P 2 新井井壁污染 随着生产压差增大 污染将逐渐排除 3 多层合采情况下 随着生产压差增大 新层投入工作 由上所述 异常曲线并非一定是错误的 应根据具体情况分析 若为原因 1 则必须重新进行测试 异常可能原因 油气井产能试井与产能评价 产能方程 单相油 油气井产能试井与产能评价 PR Pb 一 沃其尔 Vogel 方程 二 指数式产能方程 油气两相 油气井产能试井与产能评价 Pwf Pb PR Pb 时的稳定试井分析方法 油气井产能试井与产能评价 指数式 二项式 气井 产能试井分析方法就是寻求参数间的直线关系 线性产能方程的确定 根据测试工作制度的产量和压力数据 作图于 PP q的坐标系上得直线 量出直线的斜率 其倒数即为J PP q m J 1 m 指数式产能方程的确定 在双对数坐标系中 以q为纵轴 PR Pwf 为横轴作图得一直线 称指数式特征曲线 读得该直线在纵轴上的截距为C 斜率为n lg PR Pwf lgqo n tg lgC 指数式特征曲线 二项式产能方程的确定 以 PP q为纵轴 q为横轴 在直角坐标系上作图得一直线 称为二项式特征曲线 量得该直线在纵轴上的截距为a 斜率为b 于是可确定二项式产能方程 PP q q a b tg 二项式特征曲线 单相流稳定试井资料解释 解释步骤和方法 1 整理试井资料2 确定产能方程3 计算油藏参数4 确定井的合理工作制度5 定性判断井壁污染和流动状态 1 整理试井资料 试井数据列表将各工作制度下取得的数据列成表 表 稳定试井数据表 dmm PRMPa PwfMPa PPMPa qom3 d qwm3 d fw Sct 表中 d 油嘴直径fw 含水率Sct 含砂率 绘制试井曲线 绘制系统试井曲线利用这一曲线可确定油井的合理工作制度 含水率 含砂量 油气比 Pwf MPa qo m3 d 含砂率 含水率 qo 油气比 Pwf 工作制度 mm 整理试井资料 续 整理试井资料 续 根据表1 的生产压差 PP和产量q作 PP q图 qo P 确定产能方程 由绘制的产能指示曲线 判别指示曲线类型 由所属类型确定产能方程 2 绘制指示曲线 计算油藏参数 直线型指示曲线 当油藏中流体处于单相 液相 达西流动时 油井指示曲线为直线 以此直线可以计算以下参数 采油指数 在直线上任取一点 q PP 按下式求采油指数 直线型指示曲线 计算油藏参数 利用求得的采油指数J 由稳态流动方程求得平均渗透率K 式中 K 泄油区平均渗透率 m2 地层原油粘度 mPa s B 地层原油体积系数 m3 m3 h 油层有效厚度 m re 泄油半径 m rw 油井半径 m 油层渗透率 直线型指示曲线 计算油藏参数 估算地层压力 将式产能方程整理可得 由表 的Pwf和q数据作曲线 将直线外推至q 处 对应的Pwf读数即是地层压力PR Pwf q 曲线型指示曲线 当油藏中的流体处于单相非达西流动 其指示曲线为曲线型 此时可计算以下地层参数 地层渗透率 通过二项式方程的系数a与拟稳态流方程对比 可算出地层渗透率 曲线型指示曲线 计算油藏参数 计算非达西流动系数D和紊流系数 由二项式方程的系数b 通过对应的拟稳定流方程得到非达西流动系数D d m3 非达西流动系数D与紊流系数 有某种统计关系 式中 o 地层原油密度 t m3 曲线型指示曲线 计算油藏参数3 计算不同流压下的产量 如果地层压力仍保持试井期间PR 则任一流压 Pwf 下的产量由下式确定 若Pwf等于最小自喷压力 则由上式可求得油井的自喷最大产量 混合型指示曲线 当测试期间开始为单相达西流 而后逐渐转变为单相非达西流动 其指示曲线为混合型 此时 地层参数的计算在直线部分和曲线部分分别依照上述 和 方法求解 确定井的合理工作制度 在混合型指示曲线上找出直线部分和曲线部分的切点 即直线部分的终点或曲线部分的起点 该点所对应的产量和压差称合理产量和合理压差 以此合理产量或压差在系统试井曲线上所对应的工作制度 或油嘴 称合理工作制度 或合理油嘴 在此工作制度下 如果系统试井曲线的其它参数不太合理 则应重选合理的产量和压差 直至系统试井曲线的含砂量 Sct 不超过标准 含水率 fw 也无明显上升 如果指示曲线为直线型或曲线型 则合理工作制度应在系统试井曲线图中确定 定性判断井壁污染和流动状态 由二项式方程的特征曲线的形态可定性的判断井壁存在污染的程度 井壁附近的紊流强弱和地层渗透性好坏 PP q q 低渗或S大值 高渗或S小值 高紊流 高紊流 中等紊流 无紊流 二项式方程特征曲线判别图 截距a的高低反映渗透率K和表皮系数S的大小由下式可知 a值与渗透率K成反比 与表皮系数S成正比 于是a值高表示地层渗透率小或表皮系数大 a值低表示地层渗透率大或表皮系数小 定性判断井壁污染和流动状态 续 定性判断井壁污染和流动状态 续 斜率b的大小反映紊流的强弱程度b值与非达西系数D和紊流系数 成正比 斜率b越大 紊流越严重 非达西流动越强 气井产能试井 气井产能试井包括回压试井 等时试井 改进等时试井和一点法试井等 其中最常用的是回压试井 压力方法 压力平方方法 拟压力方法 回压试井示意图 回压试井示意图 气井指数式产能方程 油井指数式产能方程 两相流油井产能方程 计算无阻流量 确定某一流压对应的产量 气井指数式产能方程 lg P2R P2wf lgqo n tg lgC 在双对数坐标系中 以q为纵轴 P2R P2wf 为横轴作图得一直线 称指数式特征曲线 读得该直线在纵轴上的截距为C 斜率为n 气井二项式产能方程 拟压力在一定条件下可简化为压力平方的形式 式中 A1和A B1和B分别是描述达西流动 或层流 及非达西流动 或紊流 的系数 气井二项式产能方程 在产能方程两端同除以q 得 在直角坐标图上 画出与q的关系曲线 将得到一条斜率为B1或B 截距为A1或A的直线 称为二项式产能曲线 气井二项式产能方程 q PR Pwf q A1 B1 q PR2 Pwf2 q A B 拟压力法 压力平方法 气井二项式方程的用途 计算无阻流量 2 估算气层渗透率 气井二项式方程的用途 续 当气藏压力PR下降到PR1 井底流压为Pwf时 气井的产量约为 3 预测产量 气井等时试井 如果气层的渗透性较差 回压试井需要很长的时间 并要浪费相当多天然气 此时可使用等时试井 一 测试方法 用若干个 至少 个 一般为 个 不同的产量生产相同的时间 在以每一产量生产后均关井一段时间 使压力恢复到 或非常接近 气层静压 最后再以某一定产量生产一段较长的时间 直至井底流压达到稳定 这样就大大缩短了测试时间 等时试井示意图 等时试井示意图 1 绘制lg pR2 pwfj2 与lgqj j 1 2 3 4 Pwfj是第j次生产期末的井底流压 的关系曲线 称为不稳定产能曲线 图中AB所示 不稳定产能曲线 B A pR2 pwf2 q C 确定指数式产能方程及解释步骤 过点C q5 pR2 pwf52 作不稳定产能曲线AB的平行线CD 这就是稳定产能曲线 不稳定产能曲线 B A pR2 pwf2 q C D 稳定产能曲线 确定指数式产能方程及解释步骤 用与回压试井解释相同的方法 由稳定产能曲线确定产能方程 无阻流量和预测产量 确定指数式产能方程及解释步骤 确定二项式产能方程及解释步骤 在直角坐标系中 作点 qj pR2 pwfj2 qj 的回归直线 即二项式不稳定产能曲线 其斜率就是二项式产能方程的系数B C B tg 由稳定点 q5 pwf5 计算二项式产能方程的另一个系数A 写出产能方程 确定二项式产能方程及解释步骤 画稳定产能曲线过点C q pR2 pwf 2 q 作不稳定产能曲线的平行线 便得到稳定产能曲线 图中AC所示 其纵截距就是产能方程的系数A 确定二项式产能方程及解释步骤 改进的等时试井 一 测试方法 改进的等时试井是对等时试井作进一步的简化而得到的 在等时试井中 各次生产之间的关井时间要求足够长 使压力恢复到气藏静压 因此各次关井时间一般来说是不相等的 改进的等时试井中 各次关井时间相同 一般与生产时间相等 也可以与生产时间不相等 不要求压力恢复到静压 最后也以某一稳定产量生产较长时间 直至井底流压达到稳定 2020 1 7 71 改进的等时试井示意图 改进的等时试井示意图 确定产能方程及其解释方法 绘制产能曲线时 以 Pwsj Pwfj 代替等时试井分析时的 PR Pwfj 以Pwsj2 Pwfj2代替等时试井时的PR2 Pwfj2 其中 Pwsj是第j次关井期末的关井井底压力 j 除此之外 产能方程的确定及试井解释均和等时试井完全相同 确定产能方程及其解释方法 不稳定产能曲线 B A pws2 pwf2 q C D 稳定产能曲线 确定产能方程及其解释方法 一点法试井 对于探井而言 由于地面设施尚未建成 如果采用上述的产能测试方法去求气井的产能 必然造成天然气的极大浪费 因此在这种情况下通过对气井进行压力和产量的一点测试 并依据一定的经验方程 可以获得气井的产能 对于已经进行过稳定试井的气井 经过一段时间的开采之后 其产能可能有所变化 为了进行检验 也可以进行 一点法试井 求取气井的产能 由于利用一点法所求气井产能用到的方程是经验统计结果 因此 对于所获得的产能数据要谨慎使用 一点法试井 一点法试井只要求测取一个稳定产量q 和在该产量生产时的稳定井底流压Pwf 以及当时气层的静压pR 针对已进行产能测试的气井在原来指数式产能曲线图上 画出一点法试井测得的数据点A q pR2 pwf2 再过这一点画原产能曲线的平行线 这就是该井当时的产能曲线 由此可以估算当时的无阻流量 也可以预测一定生产条件下的产量 方法与前面所述完全相同 一点法试井产能曲线 10 100 1000 PR2 Pwf2 MPa2 A 原产能曲线 一点法试井产能曲线 指数式 q 104m3 d 11001000 一点法试井产能曲线 PR2 Pwf2 q MPa2 A 原产能曲线 一点法试井产能曲线 二项式 q 104m3 d 一点法试井经验公式 如果在一个气田进行过一批井 层 的产能试井 取得了相当多的资料 则可以得出这个气田的产能和压力变化的统计规律 即无阻流量的经验公式 此后 在本气田或邻近地区的新井 层 进行测试时 如果没有取得回压试井或等时试井资料 但测得了一个稳定产量及相应的稳定井底流压和地层压力 则可以采用经验公式估算该井 层 的无阻流量 一点法无阻流量经验公式 式中 qg 一点法试井实测产量 104m3 d pwf 一点法实测井底流压 MPa pD 无因次压力 其定义为 不关井试井 对于某些原因不能关井求得地层压力的气井 可以用气井的几个稳定测点资料求地层压力和产能方程 出发点 求取地层压力二项式指数式 1 二项式分析方法 求取地层压力 二项式分析方法 实际应用时 可采用三个点为一组 计算出相应的pR值 取不同的组合后可获得多个pR值求其平均值作为目前的地层压力pR 求出pR值后 就可求气井的产能方程常数A B值和绝对无阻流量 分析方法同回压试井的二项式分析方法 2 指数式分析方法 通过上式迭代求出n后可计算出相应的pR值 取不同的组合后可获得多个pR值 求其平均值作为目前的地层压力pR 这种处理方法可称为任意四数据法 求出pR值后 就可求指数式产能方程和绝对无阻流量 分析方法同回压试井的指数式分析方法 迭代求n 用生产资料确定气井产能方程 二项式分析方法 将生产数据的井底压力和产量代入上式 用生产资料确定气井产能方程 用压力恢复资料确定气井产能方程 理论基础 近井区高速非达西稳定渗流 远井区满足达西定律 远井区 近井区 组合结果 用压力恢复资料确定气井产能方程 压力恢复公式 关井瞬时 组合上两式 用压力恢复资料确定气井产能方程 二项式产能方程 而 用压力恢复资料确定气井产能方程 异常高压气井产能试井资料分析 Forchheimer提出用三次项方程描述异常高压气井的产能 由于上述方程不能化为某种线性关系 于是可用最优化方法来处理资料 异常高压气井产能试井资料分析 上述最优化模型可用变容差法求解 可获得地层压力PR A B C 确定出产能方程 然后计算无阻流量 异常高压气井产能试井资料分析 二项式产能曲线 pR2 pwf2 q q 三项式处理曲线 pR q 低渗透气藏气井产能试井分析 v p L acb 低渗透气藏气井渗流启动压力梯度示意图 低渗透气藏气井产能试井分析 产能方程的建立 低渗透气藏气井产能试井分析 产能方程的建立 资料处理 最优化方法 常见产能曲线类型 P2 q q lg P2 lgq 1 正常产能曲线高 中渗透性气井正常试井时都属于这种类型 常见产能曲线类型 续 2 气层压力测量偏低 井底有积液或井底压力测量偏高 P2 q q lg P2 lgq A 常见产能曲线类型 续 3 气层压力测量偏高或井底压力测量偏低 P2 q q lg P2 lgq 常见产能曲线类型 续 4 井底积液随测试产量增大 逐渐被带出 P2 q q lg P2 lgq 常见产能曲线类型 续 5 测试产量由大到小进行 小产量时井底积液带不出地面 P2 q q lg P2 lgq 常见产能曲线类型 续 6 测试中随产量的增加地层水侵入井底 引起水锥 压差增大时气量增加甚微 井底堵塞 井壁跨塌 测点未稳定 P2 q q lg P2 lgq 常见产能曲线类型 续 7 水锥淹没产气有效层段 气相渗透率严重降低 压差增大时气量减少 水量增加 产能曲线倒转 P2 q q lg P2 lgq 常见产能曲线类型 续 8 随测试产量增大计量孔板前积液增多 气量逐渐比实际的变小 P2 q q lg P2 lgq 常见产能曲线类型 续 9 随测试压差增大 井底解堵 渗透性能改善 两层气干扰 回压小时低压的一层气产出 P2 q q lg P2 lgq 常见产能曲线类型 续 10 A A线 原来的产能曲线 B B线 产能曲线左移 气井衰老 或地层水侵堵塞 C C线 产能曲线右移 井底地层净化或酸化后增产 P2 q q lg P2 lgq A C B B A C A C B B A C 常见产能曲线类型 续 11 低渗透气井 测点不稳定 测点混乱 P2 q q lg P2 lgq 测试时井筒或井底附近残留液体逐渐吸净的识别 一些新井或措施后的井测试时 若测试前未用最大产气量放喷 井内或井底附近残留液体 随测试产量增大 残留液体被逐渐带出以致喷净 这时测试的指示曲线会如下图曲线 所示 曲线凹向横轴 表明每降低单位压差所获产量会越来越多 若再继续顺次回测 则可得正常曲线 如下图曲线 井筒附近残留液体的影响 异常系统试井资料的处理 1 地层静压未达到稳定 真实地层静压pR与实测地层静压p R之差为 p 异常系统试井资料的处理 Cd的确定 P2 q Cd 异常系统试井资料的处理 Cd确定后 即可按 直线的斜率就为B 截距就为A q 异常系统试井资料的处理 2 开井测试过程井底有积液 关井后重力作用液柱又进入地层 对于井底测试 则不存在问题 若对于井口测试 则计算井底压力比实际的井底压力要低 异常系统试井资料的处理 Ci的确定 P2 q Ci 异常系统试井资料的处理 Cd确定后 即可按 直线的斜率就为B 截距就为A q 异常系统试井资料的处理 3 井底附近存在泥浆堵塞物 关井后液柱也不能进入地层 对于井口测试 计算的地层压力和井底压力均比实际的地层压力和井底压力要低 p 用经验统计法预测气井的无阻流量 气井的产能 无阻流量 与气井的地层系数kh 污染系数 储层压力等参数相关 一元回归建立已测试气井无阻流量与地层系数kh的关系 线性回归 二次多项式回归 应用上述关系可预测其它未测试气井无阻流量 用经验统计法预测气井的无阻流量 多元回归建立已测试气井无阻流量与地层系数kh 地层压力pR 表皮系数S等的关系 一元和多元回归统计方法建立已测试气井无阻流量与地层系数kh 地层压力pR 表皮系数S等的关系预测未测试气井的无阻流量在长庆气田取得了很好的效果 应用渗流理论确定气井产能 紊流速度系数 应用神经网络预测气井无阻流量 影响气井产能的因素有 渗透率k 孔隙度 地层有效厚度h 地层压力pR 含期饱和度Sg和表皮系数S等 选用三层BP网络模型预测未测试气井无阻流量 气井的无阻流量为模型的输出 六个主要影响因素为输入 隐含结点选择9个 建立6x9x1三层气井产能神经网络预测模型 样本训练 以实际井的参数和气井无阻流量为样本进行学习训练 直到输入结果与期望输出基本一致 用气井的生产动态资料预测气井的产量 要求气井有生产历史数据 1 用递减分析法预测气井产量 1 直线递减法预测气井产量 2 指数递减法预测气井产量 3 调和递减法预测气井产量 用气井的生产动态资料预测气井的产量 4 调和递减法预测气井产量 lgq与Np满足直线关系 由直线的斜率可求得Ni 由截距可求得qi 用下式即可预测气井未来动态 用气井的生产动态资料预测气井的产量 5 双曲递减法预测气井产量 可用试凑法确定双曲递减方程 然后进行产量预测 t n正好 N太大 n太小 用气井的生产动态资料预测气井的产量 2 用灰色系统分析方法预测气井产量 将原始数据系列经过累加生成新的数据序列 灰色系统分析方法预测气井产量就是利用生成的数据序列进行分析 为建模提供中间信息 将原始数据的随机性加以若化 用气井的生产动态资料预测气井的产量 3 指数平滑法预测气井产量 主要用于无趋势的非季节性的时间序列 设时间序列为 则XN 1的估计可取为过去观察值的加权和 试差法进行计算 用气井的生产动态资料预测气井的产量 4 神经网络法预测气井产量 应用已知的时间 产量序列构造神经网络模型通过学习培训来预测未来的产量 产能影响因素分析 1 井壁污染对产能的影响 从渗流力学理论出发 可建立考虑井壁污染的二项式产能方程 通过计算表明 当表皮