3-1试井分析基础理论.ppt

试井分析技术 油藏动态监测技术 西安石油大学林加恩 课程安排 第一节试井分析基础理论第二节常用试井分析方法第三节实际试井资料解释与应用 第一节试井分析基础理论 目录 一 试井定义二 试井的目的三 试井的重要性四 试井工艺与试井分类五 试井分析技术的发展六 不稳定试井分析基础七 无因次变量八 叠加原理九 试井解释程序 1 试井基本概念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 试井包括试井测试和试井解释两部分 试井测试 测试内容包括流量 压力 温度和取样等等 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 一 试井定义 试井解释就是以渗流力学理论为基础 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 试井分析的理论基础包括 稳定渗流理论不稳定渗流理论压力叠加原理理论信息论 目录 一 试井定义二 试井的目的三 试井的重要性四 试井工艺与试井分类五 试井分析技术的发展六 不稳定试井分析基础七 无因次变量八 叠加原理九 试井解释程序 二 试井的目的 归纳起来试井的主要目的有 1 确定地层压力2 估算测试井的控制储量 地层参数 3 井底储层污染评价4 探测测试井附近的油 气 层边界 包括断层特性的评价5 判断井间连通性和注采平衡分析6 描述油藏中的非均质性 目录 一 试井定义二 试井的目的三 试井的重要性四 试井工艺与试井分类五 试井分析技术的发展六 不稳定试井分析基础七 无因次变量八 叠加原理九 试井解释程序 三 试井的重要性 1 试井是唯一的矿场流动评价技术油气勘探开发的是流体矿藏 流动测试将更能反映油气藏的产能 渗流力学理论的发展 室内实验矿场试验 试井 2 试井服务的范围跨越了油气田勘探和开发的全过程 3 试井是油气勘探开发的一项关键技术 试井是地震 测井 录井等不可代替的油藏探测与监测技术 是重要动态地质建模与储层描述技术 试井资料的特点是在油田的开发过程中随时都可以测取 测试精度高 可以分析得到代表着比测井和录井更大范围内的非均质特性 而且其中一些特性是通过其它资料无法得到的 目录 一 试井定义二 试井的目的三 试井的重要性四 试井工艺与试井分类五 试井分析技术的发展六 不稳定试井分析基础七 无因次变量八 叠加原理九 试井解释程序 四 试井工艺与试井分类 1 常见不稳定测试 单产量测试 多级产量测试 本课程重点讲解以下的试井分析 1 定产量压降试井 2 多级产量压降试井 3 两产量试井 4 探边测试 5 定产量恢复试井 6 多级产量恢复试井 2 试井的分类 依据不同标准 分类不同 根据流态分类 稳定试井与不稳定试井 根据流体分类 油井试井 气井试井 水井试井 根据生产条件分类 压降试井 压恢试井 等等 1 产能试井 产能试井 也称为稳定试井 是改变若干次油井 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 的产能方程和无阻流量 2 不稳定试井 不稳定试井 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 不稳定试井的技术内容 当油藏中流体的流动处于平衡状态 静止或稳定状态 时 若改变其中某一口井的工作制度 即改变流量 或压力 则在井底将造成一个压力扰动 此压力扰动将随着时间的不断推移而不断向井壁四周地层径向扩展 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井 储层岩石物性和储层流体的性质有关 因此 在该井或其它井中用仪器将井底压力随时间的变化关系测量出来 结合其它资料 通过分析 就可以判断井和油藏的性质 这就是不稳定试井的所要研究的内容 目录 一 试井定义二 试井的目的三 试井的重要性四 试井工艺与试井分类五 试井分析技术的发展六 不稳定试井分析基础七 无因次变量八 叠加原理九 试井解释程序 试井技术发展已经有70多年的历史 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 五 试井分析技术的发展 1937年国外下入第1支压力计测试地层压力1951年Horner提出了Horner半对数分析方法1954年Matthews等人提出了MDH半对数分析方法 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 试井分析技术的近期发展 试井分析的5个研究热点和难点为 1 一些复杂情况的试井分析方法的研究 多层 多相 多井 低渗透 特殊油气藏 2 井下永久压力实时监测与分析技术 3 考虑流量影响的试井与试井分析技术 要测试流量史的响应 4 数值试井分析技术 5 试井的储层描述技术 目录 一 试井定义二 试井的目的三 试井的重要性四 试井工艺与试井分类五 试井分析技术的发展六 不稳定试井分析基础七 无因次变量八 叠加原理九 试井解释程序 1 不稳定流动基础在均质圆形储层中有一口井关井 在生产前整个储层中压力处处相等 且等于原始压力 如果油井保持恒定产量q生产 那么在会在井底产生压力干扰 井底压力pwf会随油井不断生产而同时降低 则压力干扰或传播速度主要由以下因素确定 1 渗透率 2 孔隙度 3 流体粘度 4 岩石和流体的压缩性 五 不稳定试井分析基础 在稳定流动状况下 流入单元体积多孔介质流体的质量与流出流体质量相同 在不稳定流动状况下 流入流体的质量与流出流体质量不同 因此 多孔介质中的流体含量随时间改变 2 试井解释模型基础试井是一种探测技术 地质理论和油气层渗流理论是试井模型的基础 建立试井解释模型的基础概括为 地质基础 地质模型孔隙结构的认识油气层的几何模型边界性质参数分布流体分布情况测试井况 井模型渗流基础 渗流模型数学模型 解的连续性 唯一性 稳定性 上述1到3条组成了试井的物理模型 它是建立试井的数学模型的基础 一般试井解释中用于描述储层流体流动特征的数学关系式只包含了部分储层特征 称为基本的储层特征 基本的储层特征包括以下几个部分 1 储层中的流体类型 2 流体流动状态 3 储层几何形状 4 储层中的多相流体流动相数量 试井解释模型与其它模型的关系 试井解释模型 试井井解释模型由下面三部分组成 基本模型 油气藏的基本特性边界条件 内边界条件 井筒及其附近的情况外边界条件 油藏外边缘的情况初始条件 油藏投入开发前的情况 基本模型 1 均质油气藏模型 K1 井筒 2 非均质油气藏模型 双孔隙性 K1 K2 双渗透性 K1 K2 复合油藏 K1 K2 内边界条件 1 井筒储集效应 2 表皮效应 3 裂缝切割井筒 外边界条件 1 无限大地层 无外边界 2 不渗透边界 3 恒压边界 4 封闭边界 3 基本几何流动模型 5 表皮效应与表皮因子 由于钻井 完井 压裂 酸化等因素 设想在井筒周围存在一个很小的环状区域 这个小环状区域的渗透率与油层不相同 因此 当原油从油层流入井筒时 在这里产生一个附加压力降 这种现象叫做表皮效应 或趋肤效应 将附加压力降 用 Ps表示 无因次化 得到无因次附加压降 用它表征一口井表皮效应的性质和严重情况 称之为表皮因子 或趋肤因子 污染系数 用S表示 表皮效应与表皮因子 Pi Ps 0 Pwf rs Ks K S 0 Pi Ps 0 Pwf rs Ks K S 0 表皮效应与表皮因子 S 0 数值越大 表示污染越严重 S 0 井未受污染 S 0 绝对值越大 表示增产效果越好 6 井筒储集效应与井筒储集常数 油井刚开井或刚关井时 由于原油具有压缩性等多种原因 地面产量qwh与井底产量qsf并不相等 开井生产时井筒卸载效应 井筒 原始压力Pi q t q 地面产量qwh 井底产量qsf PWBS 0 关井时的井筒续流效应 t q 地面产量qwh 井底产量qsf PWBS 井筒 原始压力Pi q 0 0 井筒储集效应 井筒卸载效应和井筒储存效应统称为井筒储存效应 井筒储集效应 qsf 0 开井情形 或qsf q 关井情形 的那一段时间 称为 纯井筒储集 阶段 简写作PWBS PureWellboreStorage 井筒储集效应 用 井筒储集常数 来描述井筒储集效应的强弱程度 即井筒靠其中原油的压缩等原因储存原油或释放井筒中压缩原油的弹性能量等原因排出原油的能力 并用C代表 井筒储集效应 井筒储集常数C的物理意义 在开井情形 是当井筒压力降低1MPa时 靠井筒中原油的弹性能量可以排出m3原油 在关井情形 是要使井筒压力升高1MPa 必须从地层流入井筒m3的原油 假定渗透率和粘度对压力 时间和距离为常数 并且忽略2次项 则由上述的基本偏微分方程可以得到扩散方程 扩散方程的应用条件 基本假设 有 各向同性的均质储层径向流 2 达西流 3 渗透率和孔隙度为常数 4 单相 微可压缩的流体流动 流体的压缩系数和粘度为常数 5 忽略重力影响 6 等温条件 7 忽略压力梯度2次项 7 最简单的试井分析模型的建立 微可压缩流体的径向流方程 K 绝对渗透率 p 压力 MPa 粘度 mPa sr 径向距离 mt 时间 h 孔隙度 Ct 综合压缩系数 1 MPa 导压系数 导压系数定义为导压系数物理意义 单位时间内压力波波及的面积 平方米 小时综合压缩系数定义为 式中C为流体的压缩系数 综合压缩系数物理意义 单位岩石体积在降低单位压力时 由于孔隙收缩和液体膨胀总共排挤出来的液体体积 1 MPa 不稳态流动方程的基本解 幂积分函数解 式中Ei是幂积分 当x 0 01时 有 不稳态流动方程的基本解 考虑表皮效应 附加压力降 当时 有 可改写成 令 式中 rwe 折算半径或有效半径 rwe0 数值越大 表示污染越严重 rwe rw S 0 井未受污染 rwe rw S 0 绝对值越大 表示增产效果越好 换成常用对数 得 最简单的试井解释模型 写成压差形式 目录 一 试井定义二 试井的目的三 试井的重要性四 试井工艺与试井分类五 试井分析技术的发展六 不稳定试井分析基础七 无因次变量八 叠加原理九 试井解释程序 六 无因次变量 一般的物理量都具有因次 并可用基本因次表示出来 面积 L2产量 L3 t 也有一些量不具有因次 如含油饱和度 孔隙度等 为了一定目的 常常把某些具有因次的物理量无因次化 即引进新的无因次量 或称为无量纲量 用下标 D 表示 无因次 无因次压力 无因次时间 无因次变量 无因次变量 无因次井筒储集常数 无因次距离 无因次变量 无因次的定义不是唯一的 用井的半径定义 用关井时间定义 用油藏面积定义 用裂缝半长定义 无因次变量 无因次变量 无因次变量 1 关系式变得很简单 易于推导 记忆和应用2 由于使用的是无因次量 所以导出的公式不受单位制的影响和限制 因而使用更为方便 3 可以使得在某种前提下进行的讨论具有普遍的意义 使用无因次量的优点 目录 一 试井定义二 试井的目的三 试井的重要性四 试井工艺与试井分类五 试井分析技术的发展六 不稳定试井分析基础七 无因次变量八 叠加原理九 试井解释程序 八 叠加原理 所谓 叠加原理 就是 如果某一线性微分方程的定解条件也是线性的 并且它们都可以分解成若干个定解问题 而这几个定解问题的微分方程和定解条件相应的线性组合 正好是原来的微分方程和定解条件 那么 这几个定解问题的解相应的线性组合就是原来的定解问题的解 将叠加原理应用到试井问题上 可以说成 油藏中任一点的总压降 等于油藏中每一口井的生产在该点所产生的压降的代数和 将叠加原理应用到试井问题上 可以说成 油藏中任一点的总压降 等于油藏中每一口井的生产在该点所产生的压降的代数和 使用叠加原理时应注意 各井都应在同一水动力系统 叠加原理 井A的压力变化 井A 井B 井C dAC dAB qA qC qB 叠加原理 多井系统的应用 空间上的叠加形式 叠加原理 多井系统的应用 空间上的叠加形式 由叠加原理可知 井A的压力变化为 上式中 PA PB A PC A分别表示A B C井以qA qB qC生产时 在井A产生的压降 井A 井B 井C 叠加原理 多井系统的应用 空间上的叠加形式 若t处于径向流动期 则 叠加原理 变产量系统的应用 时间上的叠加形式 如果井以若干不同产量生产 也可看作多井系统的问题 但此时井间距离为零 q t q1 t1 q2 t2 q3 0 t2 t1 t2 t1 叠加原理 变产量系统的应用 时间上的叠加形式 q t q1 0 井 q t q2 q1 0 井 q3 q2 井 t q q t q1 q2 q3 0 叠加原理 变产量系统的应用 时间上的叠加形式 这 三口井 所造成的压差之和 p p1 p2 p3便是该井的压力变化 即 目录 一 试井定义二 试井的目的三 试井的重要性四 试井工艺与试井分类五 试井分析技术的发展六 不稳定试井分析基础七 无因次变量八 叠加原理九 试井解