现代试井技术.doc

现代试井技术调研一、国外试井技术研究现状1工艺与方法70年代国外开始使用电子压力计，逐步代替精度较低的机械压力计。使测得的数据点更密集，数据更准确，而且可测得关井瞬间的初始段数据，能获得一条早期、中期、晚期同时存在的完整实测曲线，在硬件上有一个质的飞跃。电子压力计具有高精度、高分辨率和高稳定性的优越性，克服了机械压力计测量精度低、分辨率低、测试时间短及后续资料处理繁琐等弊端，在生产中显示出了不可替代的作用。目前，其试井技术有地面直读和井下存储两种测试类型，第一代电子压力计产生于80年代，以GRC、PANEX系列压力计为代表，其主要的特点有：传感器多以应变平衡电桥式、电容式为主；压力计精度较低，多为0.1%； 性能比较单一，一支压力计只有直读或存储一种功能；现场使用比较繁琐，大多需要配备专用计算机接口卡和接口箱；存储容量较小，仅为一万多组数据点； 体积较大，功耗较高，电路故障率较高；压力计软件操作较为繁琐，功能比较单一。现在广泛使用的压力计开始生产于90年代后期，以SPARTEK、PPS和DDR系列电子压力计为代表。其特点有：压力计传感器多采用新型硅蓝宝石传感器或石英晶体；精确度及分辨率高，分别可达到0.025%和0.0004% ；体积小，最小直径仅为19；存储容量可达到50万组数据点；功耗降低，增加了压力计的连续工作时间；压力计最高工作温度达到了200；压力计增强了抗腐蚀能力由于机械压力计、电子压力计及振荡晶体压力计存在着各自缺点，为此国外正在研制新压力计，以及适用于高产井的低速流量计、用于两相及多相条件的多相流量计及分层试井仪。由于高分辨率（0.005%）石英压力计的应用，改善了干扰试井的可行性，加上计算机用于不稳定压力分析、压力导数的应用，大大缩短了干扰试井所需时间，美国一些油田正在应用多井干扰试井及脉冲试井技术来判断油气藏中各井之间的连通程度、裂缝分布及垂向性质的差异。另外，近年来，随着测试仪器的不断改进和计算机应用水平的提高，试井技术有了较大的提高。在测试方面，出现了压力流量同时测量系统、电缆起下井底关井测试系统、油藏压力长期监测系统等。高精度电子压力计的出现，使得测试方法也相应发生了变化，出现了干扰试井、脉冲试井、垂向脉冲试井，多层分层试井法，水力阻抗试井等等。2新技术永置式井底流量计（PDG）在油气工业中已经越来越重要，它能长时间的监测井底的流量，如图1是用PDG流量计测得的一个月的流量数据。因为它可以有效的提供油井状况的实时数据，安装PDG流量计的油井数量的增加就可以说明这点，PDG流量计可以给我们提供仅靠试井解释有局限性的信息。根据PDG数据可以确定油藏参数，合理的制定提高采收率的开采方案以及更好的进行油藏管理，同时PDG数据还能逐日的监测油井状况和油井动态，评估增产措施和油井维修作业效果。以前永置式井底测量计主要用来监测油井压力和温度数据，现在随着科技的发展还可以记录其他一些参数如：总井底流量，相流量和相组分。这些参数里最重要的就是井底流量，早期没有连续井底流量数据，主要根据有用压力数据估算平均流量，但平均流量在计算油藏参数时有时会导致一些错误的结果。表1是实际流量数据和平均流量数据计算得渗透率和表皮系数，由表1可以看出平均流量得道的结果偏小。现在流量和压力的连续采样可以不用经过该步骤了并且消除了流量估算中任何可能的不确定性。井底压力和流量数据的结合在提取更多的油井和油藏信息中有很大的潜力，这些信息非常地有价值，并且在有限的时期与单一的油井瞬时测试相比包含了油藏相当大范围的信息。2001年Khong对子波法作了改进，2002年Athichanagorn等人又进一步发展了该方法，并在此方法基础上对PDG数据进行处理。图1 PDG流量计测得的一个月的流量计数据实际流量数据平均流量数据渗透率（md）700390表皮系数2-2.25表1 实际流量数据和平均流量数据得到的渗透率和表皮系数3试井理论模型与分析现已提出的试井解释储层模型，有均质地层与各种边界条件组合的多种边界均质储层油藏模型、均质径向复合油藏模型、多层均质油藏模型、双重介质油藏模型、三重介质油藏模型、以及分形介质油藏和变形介质油藏模型、任意非均质油藏模型和流体非均质油藏模型等。具体见表2。表2 均质及非均质油藏模型综合列表3.1 弱非均质油藏对于一些均质的油藏，由于在形成过程中的地质成因不同，因此受定压、断层、封闭等边界条件的影响而形成了平面上存在不同性质间断的非均质油藏，称之为弱非均质油藏。弱非均质油藏的实质是从微观上看油藏是非均质的，但在宏观上除去边界范围的限定之外，整个油藏的物理性质是均一的。在实际工程应用中，理想的无限大油藏是不存在的。只要在测试资料的特征反映中没有边界特征反映的出现，就可以认为被测试油藏是无限大的，根据测试时间和测试地层的特征就可以推算出探测范围的大小。3.2 规律性非均质油藏径向复合油藏。径向复合油藏是指径向上由2种或2种以上岩石或流体物性不同的区域复合而成的储层，但每一区域里的储层物性是均一的。多层油藏。近年来的油藏开采发现很多储层都是由2层或多层储层组成，层间常被低渗透或不渗透的岩层隔开，这样的油层叫做多层油藏。 分形介质油藏。分形介质储层模型是近年来才提出的概念，常规的压力不稳定试井模型假定储层是均质的，大量的测井和岩心资料表明在许多情况下这种假设不能满足。分形介质储层模型把储层考虑成同时含有可渗透和不可渗透岩块的非均质系统，并假定所形成的可渗透裂缝网具有分形结构，分形结构在任何长度的比例内都可展示出非均质性。由于在任何位置，渗透率可以是0，也可以是一个固定值，所以渗透率的分布是双峰的。分形介质储层模型的建立应用了分形几何学。变形介质油藏。目前所考虑的变形介质油藏都是按地层参数一定规律变化的油藏，因此也将此类油藏看成是一种有规律的非均质油藏。当地层中的液体压力降低时，岩石会发生变形而使孔隙空间减小，以致渗透率减低。这种孔隙空间会发生变形的多孔介质称作变形介质。变形介质的渗透率往往不是常数，而是压力的函数。3.3 任意非均质油藏对任意非均质油藏建立普适的数学模型的研究还刚刚开始，发展非均质油藏分析方法将是试井发展的一个重要方向，数值试井将成为其关键手段。只有将测试资料与地质静态资料和油田动态资料相结合，才能更深人了解油田开发动态，指导油田合理开发，为试井理论的发展找到一个新的途径。3.4 流体非均质油藏上述试井理论模型的研究，都是基于单相流体假设基础之上，而实际油藏中的流体几乎都是两相或多相的。试井分析技术发展到现阶段，对于单相渗流范畴的试井分析已经较为容易实现，但对于复杂、多相的非均质油藏的试井问题，目前尚无公认可行的解决办法。这些方法中，从最初的衰竭式开采到现在的三次采油，很多方法都在多孔介质中形成两相、三相甚至多组份的复杂流动，依靠传统的达西定律，这些问题的解决就显得力不从心。这时就需要考虑研究与实际情况相符的油气储层在非均质条件下两相流及多相流的流体和压力分布规律就显得尤为重要。3.5 三重介质油藏模型 目前国内外所研制的裂隙油藏试井模型基本上都是基于双重介质基础上的，随着石油勘探开发的二次调整和深入，对于三重介质模型的研究变得越来越多。三重介质把“洞”作为一种单独的介质进行处理，该模型建立的基础上把油藏看作由基岩孔隙系统、裂缝系统和溶洞系统组成（图2），作如下假设图2 物理模型(1)油井产量恒定;(2)地层流体和岩石微可压缩,流体为单相,且压缩系数为常数;(3)地层流体在3个渗流场内的流动服从达西定律;(4)不考虑井筒储存和表皮效应的影响;(5)油井测试前地层中各点的压力均匀,都为油藏初始压力;(6)忽略重力和毛管力的影响,并设地层中的压力梯度较小;(7)每种介质(基岩、裂缝或溶洞)的孔隙度与另一种介质的压力变化无关;(8)溶洞与井筒连通并忽略裂缝和基岩向井筒的供液,而基岩和裂缝只作为源项。基岩和溶洞之间以及裂缝与溶洞之间发生拟稳态窜流。在无限大三重介质油藏溶洞与井筒连通情况下,无因次试井解释的数学模型为：除此以外还有非牛顿流试井模型，热采井模型，低渗透油藏非达西流动模型，动静态结合的多井系统试井模型，水平井、复杂井（分枝井、多底井）试井模型，探边试井分析模型以及数值试井等模型。4 试井分析方法试井分析方法分为常规试井分析和现代试井分析。常规试井分析方法主要有Horner压降和压恢分析方法；MDH分析法；MBH分析法；Y函数分析法；叠加时间分析法等。现代试井分析方法主要分为4类，即图版拟合法(包括压力图版拟合法和压力一压力导数图版拟合法)、自动拟合分析方法、特征点分析拟合方法、自由理论曲线分析拟合方法。现代试井分析方法的特点是由于考虑了井筒存储和井壁污染对压力动态的影响，确立了早期资料的解释方法，在过去认为不能利用的早期数据中获得了很多有用的信息;完善了常规试井分析方法，给出了半对数直线段开始的大致时间，提高了半对数曲线分析的可靠性;通过实测压力数据曲线和理论图版中的无因次压力和无因次时间曲线的拟合，可以对油藏参数进行局部或全面的定量分析，并能获取常规分析方法中无法获取的一些参数值;利用导数曲线可以识别不同的油藏模型，对有目的分析提供了依据，同时也提高了分析精度;整个解释过程是一个“边解释边检验”的过程，几乎对每一个流动阶段的识别以及每个参数的计算，都可以从2种不同的途径来获取，然后进行结果比较;对最后的解释结果进行模拟检验和历史拟合，因此，提高了解释结果的可靠性和正确性。各种试井分析方法如表3所示。近年来,国内外的很多油田都已进入了中后期开发阶段,多相流试井问题已成为摆在石油工业面前日益紧迫的问题。90年代以来,陆续开始有学者在做试井问题的数值分析工作。但目前的研究均还处于萌芽阶段。多相流试井是促进数值试井理论发展的主要源动力。数值试井理论发展的另一个主要源动力是复杂边界问题和非均质问题。特别是复杂边界问题,用数值试井的方法可望得到很好的解决。试井问题中的参数估计是一个反衍问题。相应的模型包括两个基本的部分:数值模拟器和参数估计器。虽然数值试井一直到90年代初才有人提出来,在这一方面发表的文献也很有限。但早在60、70年代,从事试井分析技术的人们就已不再满足于常规的依赖于人的视觉检验的图版拟合技术。从某种意义上讲,这个时候起,就有人在从事数值试井方面的尝试。具体的说,数值试井理论的研究应包括以下几个部分:1 参数拟和方法：早期在数值试井方面的尝试,着重于参数估计方法的研究。其它在参数估计方面的研究主要是为解决油藏数值模拟过程生产历史的拟合问题来进行的。2 数值模拟的精度控制：在数值模似方面,由于针对试井的数值模拟与一般数值模拟相比,要求的精度要高,所以网格的大小、时间步长的选择以及网格类型应该严格地选择。3 网格剖分技术：在数值模似中采用了多种网格,如全局正交网格、局部正交网格、控制体有限元网格、杂交网格、角点网格等,为了平衡计算精度与计算效率的矛盾,还发展了发动态窗口技术和局部网格加密技术。4与常规试井的结合：用数值试井方法求出的参数是分布在空间点的一些离散的值,如何将这些离散的值与通常所考虑的宏观的平均参数联系起来,也是一个很重要的问题。数值试井方法从最初的单纯的有限差分方法，发展到针对具体的模型和边界条件，选择不同的数值模拟方法，如有限元法、有限体积方法、离散元方法等。表3 试井分析方法二、试井应用利用试井分析可以推算地层能量，确定地下流体的流动能力，判断措施井的选井，判断措施效果，判断完井效果，推算探测范围和估算单井控制储量，判断边界性质、距离、形状和方位，判断井间连通情况，判断地层的方向性发育情况，对于低渗油藏，可以确定启动压力梯度大小，确定合理生产制度，对于稠油热采油藏，可以判定地下流体的非牛顿流幂律指数，判定热采有效范围的大小，对于聚合物驱油藏，可以判定聚合物驱替的区域变化，更进一步发展的数值试井理论，将可能得到的地层压力分布，地层流体的分布等有关油藏描述的更详细的信息。国外试井应用主要是利用时间推移法，压力恢复测试来检测气和水的推进前沿情况，另外将试井解释与地质结合利用试井信息对多种可能的地质实现进行约束和筛选。三、国内外水平比较国内试井技术在试井理论和实际应用方面总体接近世界水平，甚至在某些领域处于世界领先水平。但是，试井理论方法和软件技术很多方面与国外相比仍存在较大差距。在硬件方面，电子压力计的精度、耐温方面达不到国外指标，有一定差距。数据采集系统未达国际水平，DST未普及。软件方面，国外理论研究水平高，商业化水平高。我国软件的不足主要在自动拟合、纠错能力方面。在实际应用中，大多数使用的是国外软件，总体来说，我国处于引进应用阶段。试井理论的差距表现在：国内多相流试井大都沿用国外总流度的概念，而国外已引入了现代反问题渗流理论，采用开发动态数据（试井压力、产量、含水率）与静态数据（地质、测井、地震）结合的油藏精细描述技术，研究储层渗透率和孔隙度在空间的分布，而不是一个平均值。当国外已不在分形试井、人工智能试井研究中投人更多精力的时候，我国才进人这个领域。我国油田注水开发井网密，井间干扰严重，尽管国内一些试井工作者在考虑邻井干扰的压恢和压降分析方法、剩余油试井分析方法，但现在还没有比较好的方法。实用试井技术和软件研究差距主要有： 试井软件功能单一，模型少； 理论研究与实用技术脱节； 由于试井软件的产业化不发达，试井软件维护和更新落后于计算机软件技术的发展。参考文献1 刘曰武，张奇斌，孙波.试井分析理论和应用的发展.测