水平井试井分析方法讲座.ppt

2009 4 主讲人 贾永禄 教授 博导 水平井试井分析方法 国内外发展现状水平井技术的应用水平井试井分析水平井产能分析水平井的优点和局限性 CONTENTS 水平井指钻入储集层部分的井眼轨迹呈水平状态的井 水平钻井属定向钻井之列而又独具特色的一种钻井技术 就钻井工艺而言 井斜角分别大致为60 85 90 左右和90 以上到120 或更大斜度井 水平井和上翘井应属同一范畴 随着水平井技术的进步 水平井已成为提高油气产量和采收率 解决了一些直井不能解决的问题 对提高动用现有一些特殊和难以应用的地质储量 是一项技术上的突破 是对现有直井开采技术的补充和发展 国内外发展现状 水平钻井工艺在定向钻井方法刚一萌芽时即已提出 并随定向钻井技术的发展而渐趋成熟 1882年 美国加州在圣巴巴拉一口竖井中侧钻井眼 这大概是最早分支水平井的雏形 1954年 前苏联打成第一口93 的分支水平井 50年代苏联共钻43口水平井进行试验 结论是技术上可行 但无经济效益 1 国外发展现状 50年代中期至60年代中期 曾是水平钻井比较流行的时期 由于当时技术条件的限制 与压裂处理相比 这种钻井方法不经济 60年代后期至70年代中期水平钻井急剧减少 仅在美国和苏联少数油田钻了一些水平井 70年代末期 随着许多地区最好油气藏的枯竭和石油价格上涨 促使对水平钻井方法重新认识 80年代随着大斜度井和水平井钻井 完井工艺不断改进 水平钻井变得比较容易实施 显示出很大的经济效益 水平井成为对勘探开发具有革命性变革意义的一项技术 并进入工业性应用的发展阶段 1984年以来 出现了水平钻井以指数级加速增长的趋势 80年代初以来 全世界利用水平井进行开发的油气井已超过1700口 其中1988年和1989年分别钻200口和250口水平井 1990年近1000口 迄今 美国钻水平井最多 目前陆上钻水平井占10 1989年加拿大钻了41口水平井 1990年增至100口 主要用于开发重油油藏 1986年 在油价下跌和成本增加的形势下 5年来在欧洲西北部平均每年钻600口井中 20 为水平井 拉丁美洲1989年共钻15口水平井 1990年在阿根廷 玻利维亚 巴西和智利钻水平井估计可达25口 非洲是人们公认的高成本作业区之一 一些欧洲的经营者尝试采用水平钻井开发具有锥进问题的薄油层 1989年钻了3口水平井 1990年达15口 我国从1955年开始打定向井 50年代和60年代曾打过三口大斜度井 最大井斜分别为60 5 80 和64 一口水平井和一口上翘井 1965年完井的磨 3水平井 垂深1368m 斜深1685m 水平位移444m 在油层内延伸204 5m 90 92 的水平井段长度为160m 该井摸索了一些用短涡轮钻具带弯接头造斜和用涡轮钻具钻水平井段的经验 1967年完钻的巴 24上翘井 原设计最大井斜70 由于钻至1560m深处无气显示 在1315 1365m井段内打水泥塞 从套管鞋底下侧钻第二井筒到斜深1705m处 井斜达119 全井水平位移538m 90 119 的上翘井段长68m 2 国内发展现状 80年代初以来 几乎全国所有的油田都进行了定向井的研究和实践 一些油田开展了水平井的研究和实践 在井眼轨迹设计方面已普遍应用二维设计 并逐渐应用三维设计 1988年南海油田完钻的流花11 1 5井 垂深1263m 水平位移1926m 采用了世界先进的泥浆净化系统和尾管固井技术等 大大提高了井眼轨迹精度及钻井时效 四川石油管理局与西南石油学院共同承担的 七五 国家攻关项目 定向井钻井技术研究 的重点试验井隆40 1井于1989年完钻 垂深2292m 水平位移1459m 该井为井眼轨迹控制 钻屑携带 井壁稳定 水平井固井等技术提供了经验 胜利油田1990年9月开钻 1991年1月完钻的埕科1井 井深2650m 垂深1882m 水平段长505m 最大井斜角93 经电测解释 水平段共有油气层19层 厚达211m 经试油从井深2579 2597m 一层18m 的油层通过16mm油嘴放喷 获产油量268m3 d 产气量11551m3 d 80年代 水平钻井技术水平迅速提高和完善配套 可适应在各种类型油气藏钻水平井的需要 技术指标不断刷新 Unocal公司在加利福尼亚海上钻的长半径水平井 最大井斜87 5 水平井段长达1751m 总水平位移3883m 井斜大于80 的井段长达3048m Shell石油公司在荷兰钻的FD 108水平井 垂深达3501m 最大井斜83 据初步调查 已在厚度小于2 2m的油层内钻成了水平井 在厚度为0 3 2 44m的巴肯页岩油层尖灭带钻成水平井 3 日臻完善的水平井技术 80年代水平井钻井技术有了重大突破 已形成一套完善的现代水平井钻井技术 水平井优化设计先进的导向钻井系统和连续控制井眼技术随钻测量技术的发展提高了井眼轨迹控制精度优质钻井液和完井液可以满足水平井钻井的要求水平井完井技术取得了突破性进展水平井固井技术 分支水平井开发老油田或枯竭油藏低渗透油气藏裂缝性油气藏无经济开采价值的薄层油气藏有水锥或气锥问题的油藏改善水驱或注水效果减缓出砂多层型油藏 阶梯型 改善蒸汽驱机理 开发稠油油藏 水平井技术的应用 1水平井压力变化特性 2水平井试井解释步骤 3水平井试井典型曲线特征 水平井是提高单井产量 延迟底水或气顶气锥进 提高开发效果和采收率的重要途径 水平井试井解释 水平井物理模型 在水平 等厚 顶和底部部均为不渗透隔层所密封的油层中有一口水平井 油层厚度为h m 垂直渗透率为kV m2 水平渗透率为kH m2 水平井的长度为L m 井筒符合无限导流特性 不考虑重力的影响 以油层的底面为x y平面 z轴通过水平井的中点 水平井与油层底面的距离为zw m 1 水平井压力变化特性 假设条件 坐标系 无因次定义 水平井无因次试井解释模型 无因次渗流模型的解 式中 流动段特征 流动段特征 初期径向流 第二初期径向流 中期线性流 如果井长与油层厚度相比足够长 则当压力波传到顶底不渗透边界之后 该井的渗流可能出现中期线性流 当油层中流体的流动范围扩大到水平井范围之外 即 x L 2的地方 压降漏斗 沿着油层平面 水平面方向 近似于径向地向外扩大 这个流动阶段称为晚期拟径向流阶段 晚期拟径向流 初始径向流 第二初始径向流 常规试井分析公式 中期线性流 晚期拟径向流 结合初始径向流 1 绘制分析图形 绘制压力或压差的半对数图 绘制与图版坐标尺寸相同的压差双对数图 2 水平井试井解释步骤 绘制与图版坐标尺寸相同的压导双对数图 绘制与图版坐标尺寸相同的重整压力双对数图 绘制重整压力的半对数图 重整压力半对数图与压力导数曲线双对数图的时间坐标最好取相同尺寸 以便对比 重整压力双对数图与压差曲线双对数图的坐标也应取相同尺寸 以便进行拟合 2 综合分析判断和确定流动段 由压力导数曲线早期水平线 重整压力半对数曲线早期1 151斜率直线 结合压力或压差半对数直线段检验初始径向流动阶段 lgt lg t p lgt p 2t p m 1 151 lgt p 由压力导数曲线后期水平线 重整压力双对数曲线与压差双对数曲线在晚期具有完全一致的形状 或能在时间坐标相重合的条件下完全互相拟合的特性 结合压力或压差晚期半对数直线段检验晚期拟径向流动阶段 lgt lg t p lgt lg p lg p 2t p lgt p 3 量出半对数直线段的斜率和截距 用相应的公式计算参数 初始径向流 中期线性流 晚期拟径向流 结合初始径向流 4 进行图版拟合分析 选择适用的图版 进行压力 压力导数 重整压力曲线拟合 得曲线拟合值 LD 拟合 压力拟合值 PD p 拟合 时间拟合值 tD t 拟合 流动阶段 初始径向流 拟径向流 可同重整压力双对数曲线完全拟合 可同压差双对数曲线完全拟合 重整压力 各种曲线在初始径向流和拟径向流阶段的特性 3水平井试井典型曲线特征 39 41 水平井产能分析 长度为L的水平井穿过水平渗透率和垂向渗透率分别为Kh和Kv的油藏 水平井形成椭球形的泄流区域 其泄流区域的长半轴为a与水平井长度有关 大大增加了井眼与油藏的接触面积 基于Joshi 1988 的研究成果 位于油层中部水平井在稳态流动条件下的采油指数为 式中 设定水平井泄油面积为A 不同学者给出了不同的Re Rp rb的表达式 油层渗透率各向异性的系数Kh Kv 油层水平 垂向方向的渗透率 a 长度为L的水平井所形成的椭球形泄流区域长半轴 L 水平井段长度 简称井长 Sh 水平井表皮系数 reh 水平井的泄流半径 A 水平井控制泄油面积 m2 泄流区域几何参数要求满足以下条件 L h且L 1 8reh 与单位有关的系数C Borisov公式 Borisov系统总结了水平井的发展历程和生产原理 提出了下列假设水平井产能的理论模型 稳态流动 单相流 流体可压缩 各向同性的均质油藏 不考虑地层伤害 水平井位于油层中心 泄油区域为椭圆 该模型假水平井位于箱体油藏中 利用数学方法推导出水平井稳态产能解析公式 Giger公式 法国的Giger等根据Borisov公式利用电模型研究了水平井的油藏问题 提出了位于油层中心的水平井产能公式 Renard Dupuy公式 Renard和Dupuy总结了Joshi和Giger的水平井产能方程 推导得到了Renard和Dupuy公式 程林松公式 程林松等综合应用数学分析方法 保角变换 镜像反映 叠加原理 等值渗流阻力 和物理模拟方法 电解模型 对水平分支井稳定渗流进行了较系统的研究 推导了n分支水平井的流场分布和产能计算公式 在相同条件下 均质地层 1 假设泄油半径reh相同 水平井与直井的采油指数比值为 产层厚度对水平井产能的影响 垂直井单相油流采油指数 稳态 油层厚度对水平井与直井产能比的影响 在均质地层稳态流动条件下 水平井与直井的产能倍比随油层厚度h的增加趋于下降 因此 在较薄的油层中用水平井对提高油井产能更具有重要意义 水平井长度对水平井产能的影响常规直井的产能与K和h的乘积成正比 即低的渗透率或薄油层 或二者兼而有之 将导致低的产能 由水平井产能公式 水平井KL的值和直井Kh的值具有类似的作用 因此 随水平井长度L的增大 将有利于提高油井的泄油面积 从而提高油井产能 如图所示 当其它参数一定 随L值的增大 比值Jh Jv趋于增大 各向异性指数和储层厚度对水平井产能比的影响 Lm 渗透率各向异性对水平井产能的影响对于水平井 油层垂向渗透率对产能有更重要的影响 其值的减小会引起垂向流动阻力的增加和产油量的下降 一般用 作为油层渗透率各向异性的度量 在砂岩储层中 由于常含有页岩夹层 表现出明显的渗透率各向异性 通常认为大多数砂岩储层的 值在3左右 图中曲线表现出两个明显变化趋势 储层渗透率各向异性指数 越高 水平井与直井的采油指数比值越小 储层越厚 水平井受储层 值的影响越大 偏心距对水平井产能的影响位于垂直平面内水平井偏心情况如图 通常用偏心距表示井的偏心程度 对于渗透率各向异性的油层 水平井的采油指数为 式中 水平井的偏心距 m 水平井偏心距对水平井产能的影响 当其他参数一定时 若 0 即水平井段位居储层中部时 水平井产能最大 由于 处于对数项中 因此 相对于其他参数来说 它对产能的影响较小 如图所示 随着 的增大 Jh值仅略有下降 此外 由图可知 增大L h值可以减小井偏心对产能的影响 气水锥进对产能的影响在底水油藏中 对直井而言 当油井附近出现较大的压力梯度时 会导致近井周围的含水量上升 从而产生水锥 水锥现象出现的快慢 取决于采油速度 若提高采油速度 则压力梯度增大 产水量上升会更高 在某一采油速度下 水会迅速涌进生产井 对于水平井下面的底水上升产生水脊 减小压降 降低底水锥进趋势 有利于保持油井的高产油量 水平井与直井井筒周围的压降比 水平井段长度可以是直井的很多倍 大大增加了井筒与油层之间的接触面积 随之也增大了钻遇储层天然裂缝的机会 水平井的井眼轨迹能人为控制 水平井段具有无限的传导率 在同一井场上可以钻数口水平井 能控制很大的泄油面积 有利于环境敏感地区以及海上油田的开发 1 水平井的优点 水平井的优点和局限性 由于水平井在一长距离内形