试井分析基础理论PPT课件.ppt

试井分析技术 油藏动态监测技术 1 目录 一 储层流体流动基础二 不稳定流动三 叠加原理四 井筒储集效应五 试井分析的信息论六 基本几何流动模型七 试井解释模型八 试井分析技术内容 2 一 储层流体流动基础 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 3 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 4 1 流体类型流体类型的基本控制因素是等温压缩系数 通常 储层中的流体分为以下三个类型 1 不可压缩流体 指体积 或密度 不随压力改变的流体 即 dV dv 0 2 微可压缩流体 指体积 或密度 随压力出现微小改变的流体 3 可压缩流体 指体积 或密度 随压力出现较大改变的流体 5 不可压缩 微可压缩 可压缩 压力 体积 6 2 流动状态为了描述在不同时间储层压力分布情况和流体流动特征 得出了三种基本流体流动状态类型 1 稳定流 储层中各位置的压力保持不变 即不随时间变化的流动状态 以数学公式表示这种情况为 dp dt 0 2 不稳定流 储层中各位置的压力随时间变化率不为零或常数的流体流动状态 dp dt f x t 3 拟稳定流 储层中各位置的压力随时间线性降低 即以固定速度降低的流体流动状态 dp dt 常数 7 稳定流 拟稳定流 不稳定流 时间 压力 8 3 储层几何形状 9 4 多相流体流动相数量 压力特性的数学表达式随着储层中多相流体流动相数量而出现在形式和复杂性方面变化 通常 有三种流动系统 单相流系统 油 水或气 二相流系统 油水 油气或气水 三相流系统 油水气 可动流体相数量增加 描述流体流动和压力分布越来越困难 10 5 流体流动方程 达西定律 描述储层流体特性的流体流动方程根据所给流动类型 流体类型等变量的不同组合有多种形式 最普遍情况是通过联立运动方程 达西方程 状态方程和质量守恒方程 连续性方程 就可以得到必要的流动方程 所有流动方程都依赖于达西定律 因此 首先考虑这种运动方程了 11 岩石渗透率的测定 通常采用达西的线性流动方式 其微分关系式为 式中 q 流体通过岩心的稳定流量 cm3 s A 岩石的截面积 cm2 K 岩石的渗透率 D 流体粘度 cp p 测试时作用于岩石两端的压差 atm 物理大气压 法定单位的渗透率的表达式为 1D 0 986923 m21 m2 1 01325D1D 1 019716 m2 12 我国石油工业法定单位 式中 q 流体通过岩心的稳定流量 m3 d A 岩石的截面积 m2 K 岩石的渗透率 m2 流体粘度 mPa s dp dL 压力梯度 MPa m 13 达西定律仅适用于下列情况 a 层流 粘性流 b 稳定流动 c 不可压缩流动 d 均质储层 14 6 一般渗流数学模型的建立 试井解释模型 目前试井解释理论一般都是基于以上的简化模型 因此为建立更复杂情况的试井分析方法 需要考虑更一般情况的模型 从渗流力学可着知 渗流数学模型的一般结构 运动方程 所有数学模型必须包括的组成部分 状态方程 多孔介质里的流体在地层温度压力条件下的状态 质量守恒方程 又称连续性方程 能量守恒方程 非等温渗流 如热采 其他附加的特殊方程 物理化学渗流的扩散 有关的边界条件和初始条件 15 目录 一 储层流体流动基础二 不稳定流动三 叠加原理四 井筒储集效应五 试井分析的信息论六 基本几何流动模型七 试井解释模型八 试井分析技术内容 16 二 不稳定流动 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 17 地质模型所能包括的储层基本特性概括如下 储层岩石的骨架性质 如岩石的压缩性 孔隙度 渗透率 孔隙大小分布及表面积等 储层中的流体特性 如流体质量 密度 压缩性 粘度及其组分等 流体与岩石的综合特性 如相渗透率 润湿性 毛细管压力特征和流体的饱和度分布等 储层的构造特性 如储层厚度 深度 范围大小 断层等 倾斜度和孔隙裂缝的发育程度及其分布情况等 储层能量大小 如储层压力 温度和流体储藏量等 6 沉积相特征 18 基本不稳定流动方程 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 将不稳定流动的变量加入到稳定流动中的变量有 1 时间 2 孔隙度 3 综合压缩系数Ct 19 1 微可压缩流体的径向流方程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 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 20 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 21 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 扩散方程有2个广义解 恒定边界压力解 主要用于水侵计算和产能分析 恒定边界流量解 主要用于不稳定试井分析 22 2 可压缩流体的径向流方程气体的粘度和密度受压力影响大 因此 前面的可压缩流体的径向流方程假设条件不适合气藏 为了导出气藏中可压缩流体的径向流方程 必须考虑以下2个附加的气体方程 真实密度方程 气体压缩方程 23 联立以上2个方程 这样可以得到 Al Hussainy等人 1966 通过引入真实气体拟压力函数pp将以上基本流动方程线性化 24 从而可以得到气体的扩散方程 气体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 流体服从真实气体定律 5 忽略重力影响 6 等温条件 25 4 多相流体的扩散方程Martin提出了类似单相流的扩散方程 式中总流度等于各相流度之和 多相流综合压缩系数为 式中Co Cw Cg分别为油 水 气的压缩系数 So Sw Sg分别为油 水 气的饱和度 26 5 扩散方程定产量解封闭系统条件压力降落可以分为如下3个阶段 1 不稳态 2 不稳态晚期 3 半稳态或拟稳态定压力系统条件压力降落可以分为如下2个阶段 1 不稳态 2 稳态 见于高流动能力油藏 气藏 气顶油藏 底水油藏 27 28 式中Ei是幂积分 当x 0 01时 有 不稳态流动方程的基本解 幂积分函数解 29 表皮效应与表皮系数 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 30 表皮效应对井底压力的影响 31 目录 一 储层流体流动基础二 不稳定流动三 叠加原理四 井筒储集效应五 试井分析的信息论六 基本几何流动模型七 试井解释模型八 试井分析技术内容 32 三 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 33 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 34 叠加原理 多井系统的应用 空间上的叠加形式 井A的压力变化 井A 井B 井C dAC dAB qA qC qB 35 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 36 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 37 目录 一 储层流体流动基础二 不稳定流动三 叠加原理四 井筒储集效应五 试井分析的信息论六 基本几何流动模型七 试井解释模型八 试井分析技术内容 38 四 井筒储集效应 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 39 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 40 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 41 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 42 目录 一 储层流体流动基础二 不稳定流动三 叠加原理四 井筒储集效应五 试井分析的信息论六 基本几何流动模型七 试井解释模型八 试井分析技术内容 43 试井分析的正问题与反问题正问题已知输入i和系统S求输出Oi S O反问题已知输入i和输出O求系统Si O S 五 试井分析的信息论 44 目录 一 储层流体流动基础二 不稳定流动三 叠加原理四 井筒储集效应五 试井分析的信息论六 基本几何流动模型七 试井解释模型八 试井分析技术内容 45 六 基本几何流动模型 1 储层物理模型模型条件 研究储层物理模型时 首先要建立的基本假设有 流动方向无限大 正交各向异性的均质储层 渗透率和孔隙度为常数 对于各向同性地层 KH KV 单相 微可压缩的流体流动 流体的压缩系数和粘度为常数 压力梯度小 忽略重力和井筒储存影响 在生产前整个储层中压力处处相等 且等于原始压力 46 四种基本几何流动系统 47 2 数学模型 基本流动方程 1 径向流动方程 2 线性流动方程 48 3 双线性流动方程 4 球形流动方程 49 3 流动方程的基本解 在不考虑表皮效应和井筒储存效应时 上述四种基本方程的典型解 采用法定单位 为 1 径向流解 2 线性流解 50 3 双线性流解 4 球形流解 51 目录 一 储层流体流动基础二 不稳定流动三 叠加原理四 井筒储集效应五 试井分析的信息论六 基本几何流动模型七 试井解释模型八 试井分析技术内容 52 七 试井解释模型 53 模拟模型 黑油 凝析 组分 热采 集成 油藏管理决策 生产数据 油藏管理过程 54 理论基础 达西渗流规律 压力传导方程 不稳定渗流理论 压力叠加原理理论 信息论 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 55 求解手段 解析解或半解析解 有限差分解和有限元解 对实际油藏条件做了大量的简化 随着油田开发的不断深入 这些简化条件与实际情况差别越来越大 造成了大量的试井曲线不能解释 解析解或半解析解 典型曲线方法 均质无限大油藏作出了各种各样的典型曲线 一些非均质系统的典型曲线数值方法 有限差分解和有限元解 56 目录 一 储层流体流动基础二 不稳定流动三 叠加原理四 井筒储集效应五 试井分析的信息论六 基本几何流动模型七 试井解释模型八 试井分析技术内容 57 八 试井分析技术内容 试井分析步骤 1 数据准备与预处理2 模型诊断与选择3 模型分析与参数计算4 报告输出5 网络发布与应用 58 试井解释框图 解释模型识别 解释模型检验 相符否 油藏参数计算 结束 不相符 数据有效性评价 59 基本模型诊断图 测试全图 在同一页上绘压力史图与流量史图包括续流量 可选择流动期 线性图线性流图双线性流图球面流图PPD图 一阶压力导数图 SLPD图 二阶压力导数图 半对数图 包括MDH图或霍纳图等 双对数图 压力与压力导数复合图 60 中国Swift试井分析软件的模型构架 试井类型 常规试井 干扰试井流动期类型 压力恢复 压力落差 压力降落 注入试井 段塞流井型 直井 斜井 水平井流体类型 油 水 气 多相 凝析气坐标变量选择 5种坐标储层渗流类型 达西流 非达西流 非牛顿流井筒储存模型 定井筒储存 变井筒储存表皮效应模型 定表皮 变表皮近井储层模型 有效井径 垂直裂缝 水平裂缝 部分打开基本储层模型 均质 双孔 双渗 三重介质 分形介质区模型 1 2 多区层模型 1 2 多层外边界类型 无限大 直线边界 夹角断层等顶底边界类型 上下封闭等井网模型 单井 多井 61 试井解释模型选择 试井类型流动期类型井型流体类型坐标变量选择储层渗流类型井筒储存模型表皮效应模型基本储层模型 包括近井筒储层模型 层模型 区模型 外边界类型顶底边界类型井网模型 62 试井分析软件技术构架内容 一 数据准备与预处理二 模型诊断与选择三 模型分析与参数计算四 报告输出五 网络发布与应用 63 选择不稳定试井分析技术 目前可以分为四大试井分析技术 1 特征直线分析技术 常规