第3章_压力测井及资料分析

压力成因井下压力计及压力测量试井与压力资料应用钻杆测试分析 DST 电缆地层测试 RFT或FMT MDT测试及套管井地层测试方法 第三章压力测井 第一节压力成因 油田投入开发前 整个油层处于均匀受压状态 这时油层内部各处的压力称为原始地层压力 油田投入开发后 变为静止地层压力和流动压力 成因 1 上覆岩层的静压力 2 边水或底水的水柱压力 某一地层深度的水压为 水压不满足上式的称为压力异常 压力单位 1at 98066 5Pa 0 0980665MPa1psi 1磅 英寸2 6894 9Pa1Pa 1 019716 10 2at1MPa 9 86923atm1atm 14 7psi1MPa 10bar 压力测量 静态测量 试井 判断储层参数梯度测量 生产测井 沿井眼方向某一深度压力 压力计 振弦压力计应变压力计石英晶体压力计 第二节井下压力计与压力测量 一振弦式压力计 振弦式压力计 测量原理 线圈加电脉冲 软磁铁吸引钢弦 钢弦振动切割磁力线 产生感应电流 测量电流和电压 应变压力计原理图 二应变式压力计 测量原理 空腔承受压力 筒体弹性形变 线圈电阻变化 惠斯通电桥测量 有电流变化确定压力 数字显示压力 参考线圈的作用 RFT应变压力计结构图 工作原理 镍铬合金固体导线电阻 式中 l为导体材料长度 S为横截面积 为电阻率 V为导体材料体积 二应变式压力计 在弹性范围内 K主要取决于泊松比 和比例系数C 式中 r为导线半径 V为电阻丝体积 C为决定金属导体晶格结构的比例系数 应变导体满足的条件 灵敏度系数尽量大 且在相当大范围内保持常数 电阻温度系数要小 电阻率 要大 以减小变换元件的尺寸 影响应变压力计测量结果的因素 1 温度影响 典型的应变压力校准曲线 参考线圈只能校正温度渐变引起的误差 线圈升温达到热平衡速度比降温过程要快 因此一般采用下放测井 应变压力计滞后影响 2 滞后影响滞后现象 应变压力计的测量值与压力的施加方式有关 测井时压力升高时测量值要比实际值低 压力减小时测量值比实际值要高 影响应变压力计测量结果的因素 滞后影响大小取决于最终测量之前所施加的最大压力和最小压力 因此一般采用下放测井 三石英晶体压力计 石英晶体压力计示意图 特点 性能良好 适于精确压力测量 每年仅需刻度一次 井筒压力变化 谐振腔频率变化 压力与频率关系 压力值 大气压和室温条件下 谐振频率为4MHz压力改变1psi 谐振频率改变1 5Hz 1 石英晶体的压电效应 石英晶体的晶轴 纵向压电效应 晶格沿X方向受力时 晶胞平面产生变形 原来互相重合的硅离子正电荷中心分离开来 表现出晶体在垂直于X轴的表面吸附电荷 光轴 电轴 机械轴 频率与压应力的关系 2 特性分析 当石英振子受围压 f 最大 采用围压方式设计 1 频率与压应力的关系 频率 压应力 或 2 频率的温度特性 频率的温度特性方程 2 特性分析 式中 T为任意温度 T0为参考温度 f0为参考温度时谐振频率 a0 b0 c0为T0时一 二 三级频率的温度系数 AT切型的频率温度特性曲线 3 频率的温度系数 任意温度T时的温度系数 2 特性分析 4 频率的稳定性 造成频率不稳定的因素 振子表面加工精度不够 表面抛光误差较大 质量吸附效应的影响 应力弛豫效应的影响 温度变化的影响 为了得到较高的 一致的精度 应该定期标定石英晶体压力计 标定分以下三个步骤 温度标定系数 压力标定系数 压力确定 2 特性分析 HP石英晶体压力计 MDT石英压力计测井图 3 HP石英晶体压力计 1 仪器结构 2 仪器标定步骤 1 采集连续的压力数据 2 使用计算机处理这些数据 第三节试井与压力资料的应用 试井 单井试井 多井试井 地层测试 DST钻杆测试 RFT电缆地层测试 FMT电缆地层测试 压力测试器 CWFT RFT电缆地层测试 FMT电缆地层测试 试井分为稳定试井和不稳定试井 稳定试井 是改变油气井的工作制度并在各工作制度下测量相应井底压力与产量之间的关系的方法 不稳定试井 是改变油气井的产量 并测量由此引起的井底压力值随时间变化的关系的方法 a 压降试井 一口井开井生产 测量井底压力随时间的变化 确定测试井和测试层的特性参数 要求测试井期间产量恒定 b 压力恢复试井 油井以恒定产量生产一段时间后关井 关井的同时测量井底压力随时间的变化 确定测试井和测试层的特性参数 1 达西定律 一 试井的一些基本概念 均质孔隙介质中任一点单位横截面上的体积流量与该点流动方向上的势能梯度成正比 式中 u为流速 为粘度 为流体密度 l为长度 为势能 p gz z为流道内相对于基准面任一点的高度 p为流道内任一点的压力 2 镜像法则 一 试井的一些基本概念 不渗透边界 不渗透边界对一口生产井的影响可用此边界对称位置等产量生产井简化 定压边界 定压边界对一口生产井的影响可用此边界对称位置等产量注水井简化 3 叠加原理 一 试井的一些基本概念 1 空间上的叠加形式 2 时间上的叠加形式 3 空间和时间上的同时叠加形式 储层任一点的总压降等于每口井的流量在该点所产生的压降之和 式中 K为渗透率 pi为地层压力 pwf为井底流压 h为地层厚度 q为流量 t为流动时间 S为表皮系数 B为流体提及系数 为常数 4 无因次变量 无因次距离 一 试井的一些基本概念 无因次压力 无因次时间 无因次井筒储集常数或储存系数 式中 为导压系数 t为开井时间 t为关井时间 5 表皮效应与表皮系数 把井筒附近的附加压降 Ps无因次化 可以得到无因次附加压降 用它来表征一口井表皮效应的性质和严重程度 称之为表皮系数 或趋肤因子 污染系数等 用S表示 一 试井的一些基本概念 Pw1 S 0 Pi rwe rw Pw1 S 0 Pi rw rwe Pw1 S 0 Pi rw rwe Ps 0 Ps 0 6 井筒储集效应 表示井筒储集效应的强弱程度 用C表示 一 试井的一些基本概念 开井情形 关井情形 q q 地面产量q1 井底产量q2 地面产量q1 井底产量q2 t t PWBS PWBS 式中 P为井筒内压力变化 V为井筒内储存原油的体积变化 C0为井筒原油的压缩系数 V为井筒体积 二流动阶段 井筒储集 人工压裂天然裂缝多层油藏射孔不完善 均质径向流 不渗透边界恒压边界封闭系统 单相弱可压缩且压缩系数为常数的液体在水平 等厚 各向同性的均质弹性孔隙介质中渗流 压力变化服从如下偏微分方程 扩散方程 1 基本微分方程和压降公式 三试井解释的理论基础 定解条件 式中 p为距离井r处t时刻压力 pi为原始地层压力 r离井的距离 t为开井时间 Ct为综合压缩系数 q为井的地面流量 把它写成压差的形式为 在定解条件下的解为 叠加原理示意图 2 压力恢复公式 应用叠加原理可以导出压力恢复公式 导压系数 叠加原理示意图 2 压力恢复公式 应用叠加原理可以导出压力恢复公式 2 压力恢复公式 应用叠加原理可以导出压力恢复公式 叠加原理示意图 或 或 2 压力恢复公式 应用叠加原理可以导出压力恢复公式 叠加原理示意图 赫诺 Horner 公式 2 压力恢复公式 MDH公式 若画出压力降落曲线 曲线 称为MDH曲线 或压力恢复曲线 曲线 称为Horner曲线 或在时 画出曲线 称为MDH曲线 并量出其直线段的斜率 就可以算出 3 由压降曲线或压力恢复曲线求参数 流动系数 地层系数 有效渗透率 表皮系数 压力降落 压力恢复 赫诺曲线 Horner 4 压力恢复分析应用实例 某井压力恢复数据如图 该井开井生产时间tp 22 45h 产油量q 127 2m3 d 产层有效厚度h 9 14m 原油地层体积系数Bo 1 25 原油粘度 1 1mPa s 孔隙度 0 15 总压缩系数Ct 1 45 10 3 MPa 1 井眼半径rw 0 091m 四 图版拟合方法 试井解释方法的重要手段之一是图版拟合 通过拟合可以得到关于油藏及油井类型 流动阶段等多方面的信息 并可计算出地层油井特性参数 1 Remay图版的构成和特征双对数坐标系下 纵坐标为pD 横坐标为tD 每一条曲线对应S CDPWBS阶段 m 1的直线逐渐过渡到与CD 0曲线重合 CD 0与CD 0曲线交点即无限作用径向流的起点 井筒存储的结束点 2 Ramey图版的应用 拟合的方法及步骤 在与图版坐标比例相同的双对数坐标图上绘制实测压差 p t的关系曲线 实测曲线与理论图版拟合 将实测曲线放在理论图版上 上下左右平移 找到一条最相吻合的理论曲线 3 选择拟合点 读出拟合值 原则上可任意选取 一般选容易读数的点 压力拟合值 时间拟合值 4 由压力拟合值 时间拟合值和曲线拟合值计算参数由压力拟合值计算 由时间拟合值计算储能系数 由曲线拟合值计算井筒存储系数C和表皮系数S Gringarten Bourdet复合图版由Gringarten压力图版和Bourdet压力导数图版叠合而成 Gringarten图版 CDe2s值是表征井筒及其周围情况的无因次量 有 3 压降试井分析方法以Grigarten bourdet图版为例介绍现代试井分析方法 第四节钻杆测试分析 钻柱测试 试井 分析 DrillstemTesting 是近二十多年来发展起来的一项测试技术 简称DST测试 DST是一种临时性的完井方法 测试层段的选择是根据裸眼井测井 录井和取心资料 由地质人员按照不同要求提出的 通常是测井解释的可疑层 DST测试要求有一套完整的流动期和恢复期 并且井口总是与大气相通的 一个DST试井的流动期可以作为是一次段塞流试井 一测试原理 测试井生产系统 典型钻杆测试管柱 两次开关井 DST流动期的分析 如果流动进入了无限作用径向流阶段 Correa等人1987年给出了以下分析方法 DST试井流动期的井底压力可用下式近似表示 与关系在直角坐标上成一条直线 其斜率与流动系数成反比 外推这一直线到无限大生产时间 0 可得原始地层压力 注意 此方法只适用于非自喷测试井 不适用于高产水井和已产生消耗的储层 二测试资料分析 Pwf 井底流压 Pi 原始油藏压力 P0 测试工具下方压力计处管柱内压力 Cf 井筒储存系数 Rp 管柱内半径 二测试资料分析 Horner MDH 斜率m 获取参数 地层流动系数 地层产能 地层渗透率 DST恢复期的分析 流动期非常短或关井时间比生产时间大的多 即 t t 则 二测试资料分析 表皮系数 附加压力降 流动效率 断层反映 采油指数 第五节电缆地层测试资料分析 测试仪器 斯伦贝谢 重复式地层测试器称作RFT RepeatFormationTester 贝克阿特拉斯 FMT FormationMultiTester 主要应用 确定油层渗透率的纵向分布 确定压力纵向剖面 确定油水界面及地层的连通性 取样抽取地层流体 一井下仪器工作原理及曲线定性分析 1 井下仪器工作原理 RFT工作原理示意图 FMT井下仪器结构示意图 FMT仪器在渗透率中等时理想的压力与流量关系曲线 2 曲线定性分析 在高渗透地层中测试响应 在低渗透地层中的测试响应 探管堵塞 密封失效 液体可压缩性的影响 3 RFT仪器在不同条件下测试曲线 RFT液流测试数字记录示意图 1 理论基础及压降分析 各种流动条件 二地层测试压降分析理论基础 在球状坐标中 球形流动的压力扩散方程为 定解条件 p 恢复后期压力与下降后期压力差 p pi pwf C 流型校正系数 C 0 5全球性流 均质无限大地层 C 1 0半球形流 井壁为平面 二地层测试分析理论基础 贝克阿特拉斯FMT 令 斯伦贝谢RFT Kd 压降分析所得渗透率 q 流量 流体粘度 C 流动系数 井眼半径为8in时取0 75 D 探管直径 1 表皮效应井眼附近的渗透率测量值受井眼周围地层损害影响的现象称为 表皮效应 2 影响压降分析的因素 附加压力降 总压降 压降渗透率 2 压降期间最大流量上限 低渗条件 绝对渗透率与相对渗透率的关系 2 影响压降分析的因素 4 含水饱和度 三压力恢复分析 压力扰动的球形传播 压力扰动过渡到柱形传播 当两次预测完毕后 预测试室内充满流体 地层流体停止向探头方向流动 相当于试井中的关井 此时压力很快开始升高 并逐步向原始地层压力恢复 刚开始时 压力恢复以球形方式向外传播 传播到上下夹层 非渗透隔层界面 时 由球形变成径向或柱形传播 1 球形压力恢复 在球坐标系中 压力扩散方程的表示形式为 定解条件为 解为 渗透率为 q1 t1 第一次预测阶段流量和时间 q1 t1 第二次预测阶段流量和时间 t 预测试室关闭时间 已知各向异性d及 求和 1 球形压力恢复 Ks Kh Kv 2 柱形压力恢复 压力扩散方程 定解条件为 解为 渗透率为 柱状流时的压力恢复数据与及的关系 球形压力恢复曲线 3 影响压力恢复的因素及相关参数 a 地层厚度及计算模型 利用下式可以估算出地层的有效厚度 球状流时的压力恢复数据与及的关系 b 测量渗透率的上限 由恢复法测出的渗透率的最大值与压力计的精度有关 可测量的渗透率的最大上限为 由上式可知 抽取速度越快 所用时间越短 分辨率越高 则可测渗透率越大 实际上 T不能任意缩短 以防脱气等现象发生 3 影响压力恢复的因素及相关参数 统计资料表明 与有以下近似关系 当时 四快速直观解释方法 预测试压力记录 用模拟记录曲线确定 如右图所示 把 代入球形压力恢复方程并整理得 四计算渗透率的现场实例 根据上述计算渗透率的基本公式 需要预先计算以下参数 1 压力 流压 恢复压力 关井压力 刚关闭时的压力 2 流量 3 压缩系数 4 粘度对于水基泥浆 斯伦贝谢公司利用下面的经验公式计算值 1 实例一 预测试压力记录 右图是FMT的压力实测模拟曲线 探头直径为0 562英寸 预测试从第31秒开始 第39秒关闭 抽取到的是泥浆滤液 电阻率为0 027m 地层温度为76 170 NaCl的当量浓度为120000ppm 稳定状态的流动压力为900psi 压力恢复至3930psi 计算地层粘度 压降渗透率 球形压力恢复渗透率 柱形压力恢复渗透率 解 由矿化度 120000ppm 与地层温度 170 求得流体的粘度为0 5cp cm3 s 计算压降渗透率 2 计算球形压力恢复渗透率 1 实例一 球形压力恢复曲线实例 3 计算有效厚度 4 计算柱形压力恢复渗透率 1 实例一 圆柱形压力恢复曲线实例 用斯伦贝谢的RFT进行测试 已知预测试室关闭后的压力为5895psi 第一次预测试流动导致的压降为5895 5761 134psi 第二预测试室流动导致的压降为5895 5544 351psi 第一预测试室的流动时间s 第二预测试室的流动时间s 泥浆滤液的粘度为0 5cp 求压降渗透率 2 实例二 解 流入第一预测试室的流量为 流入第二预测试室的流量为 根据 六确定渗透率方法的对比 六确定渗透率方法的对比 1 压降渗透率与岩心分析渗透率的关系 2 球形压力恢复渗透率与DST测试结果的比较 中原油田 电缆地层测试 RFT 岩心分析试井分析 试井 DST 裸眼井测井分析 七RFT测试的其它应用 1 静液柱压力分析 泥浆柱压力 静液柱压力和油藏压力剖面 右图以深度为纵坐标 以泥浆压力为横坐标作图 该图反映了对应于泥浆密度的压力梯度变化 注意 计算压力梯度时 应使用垂直深度 不使用测井深度 2 确定油气水界面及地