第一章-煤层气试井分析绪论...ppt

煤层气试井与测试技术,授课教师：张小东Telmail：z_wenfeng,河南理工大学能源学院,前言,一、几点要求二、课程目的三、课程的特点和内容四、课程安排五、主要参考书,一、几点要求,按时上课：不迟到，不早退认真听讲，做好笔记思维活跃，欢迎随时提问若有急事，报告后可以离开课堂通讯工具一律关闭经常查阅相关文献，巩固课堂效果不死记硬背，掌握测试方法原理提高学科兴趣，增强独立思考问题的能力考试要严格遵守考场纪律,二、课程目的,本课程属于一门实践性很强的课程,主要针对煤层气开采过程中的试井方法、测井技术以及相关测试手段而开设的通过本课程的学习，了解煤层气试井的主要方法、原理，掌握煤层气基础数据的现代分析测试仪器设备及基本工作原理，学会分析和处理测试数据，能够根据实（试）验数据结果，解决煤层气开采实践或理论研究中出现的科学问题，从而提高分析问题、解决问题的能力,三、课程的特点和内容,内容：掌握试井的基本概念、方法、原理、用途、试井资料的解释；掌握煤岩煤质测定、煤储层物性参数测定的主要方法与煤层气（瓦斯）相关的测试技术,特点：内容的安排上，注重测试技术的基础性，突出强调技术基础在人才培养过程中的重要性，同时以测试技术的基本原理为主导，培养学生具备工程技术领域测试技术应用的基本能力其次是强调实践性和测试技术领域各种技术相互的渗透和综合，即在切实加强基础理论和基本技能训练的同时，特别强调培养学生综合运用测试技术基础知识和技能来分析和解决工程实际问题的能力,三、课程的特点和内容,课程学习中需要注意的问题1、讲的内容多、杂，知识点多，侧重于理论原理，公式复杂。因此，要学好这门课，除了具备煤及煤层气地质专业知识体系的基础上，还需具备一定的数学（特别是微积分）、流体力学、物理化学以及现代测试技术的知识2、课程教学系统性尚显不足。一是没有合适的教材；二是针对性的实验教学、现场较少，许多实（试）验条件尚不具备。因此，要学会查阅资料，加强自学能力的培养,三、课程的特点和内容,四、课程安排,试井试井的基本原理钻杆测试试井段塞试井干扰试井注入压降试井压力恢复试井,煤层气测试技术煤岩煤质测试煤层气含量测定方法煤的吸附性煤的孔隙形态及结构参数煤的渗透性测试,瓦斯参数瓦斯压力瓦斯含量瓦斯放散初速度坚固性系数钻屑瓦斯解吸指标透气性系数钻孔瓦斯涌出初速度,付春权.现代试井分析.石油工业出版社，2006钱凯等.煤层甲烷气勘探开发理论与实验测试技术.石油工业出版社.1996刘能强.实用现代试井解释方法.石油工业出版社，2003苏现波等.煤层气地质学与勘探开发.科学出版社，2001冯文光.油气渗流力学基础.科学出版社，2007雍世和.测井数据处理与综合解释.石油大学出版社，1996林柏泉等矿井瓦斯抽放理论与技术.中国矿业大学出版社，1996(美)小罗伯特C.厄洛赫著，试井分析方法，石油工业出版社试井手册编写组，试井手册，石油工业出版社虞绍永著，DST试井分析方法，人民中国出版社相关的仪器测试课程或规范,五、主要参考书,第一篇试井,一、试井的概念二、试井的理论依据三、试井的目的和作用四、试井的分类五、试井解释,第一章试井的概念及分类,一、试井的概念,1、煤层气井的设计、开发流程1）地质设计井位选择、钻井、固井、完井、试井、压裂、排采2）钻井井深质量、储层保护、井径统一、工程问题，包括采空区钻井、水平井和垂直井3）测井标准测井：自然电位、自然伽玛、声波，获取煤层的层位和煤系岩性特征综合测井：补偿中子、补偿伽玛、补偿密度，获取储层密度、孔隙度、煤质和含气量数据特殊测井：地应力大小倾角测井：地应力方向,4）固井下套管后，通过管路向套管外侧与井帮之间的环形空间注入水泥，将泥浆自下而上地置换出来，并固结井壁筒的作业5）完井钻井工程最后的一个重要环节，主要包括钻开生产层、确定井底完成方法，安装井底及井口装置和试油。包括裸眼完井法、洞穴完井法、射孔完井法（射穿套管法）等6）试井储层温度、压力、渗透率、孔隙度以及表皮系数等7）压裂煤层气增产的主要方法。通过高压流体，将目的层压开，从而增大储层渗透率8）排采利用排采设备，进行煤层气和煤层水的地面抽采,一、试井的概念,2、何谓试井（welltest）为确定井的生产能力和研究储层参数及储层物性动态变化而对井进行的专门测试工作。试井是对油、气、水井进行测试和分析的总称定义1：: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定义2：是为获取井或地层参数将压力计下入到井下，测量压力和/或流量随时间的变化，并进行测试资料分析处理的过程的简称课程定义：试井就是对油井、气井或水井进行测试。测试内容包括产量、压力、温度和取样等等。是以渗流力学理论为基础，以各种测试仪表为手段，通过对油井、气井或水井生产动态的测试，来研究油、气、水层和测试井的各种物理参数、生产能力，以及油、气、水层之间的连通关系的方法,一、试井的概念,一、试井的概念,油气藏分析评价法法,岩芯分析方法,地球物理方法,测井方法,试井分析方法,示踪剂方法,生产测试方法,井点取芯处的绝对渗透率，反映渗透率随深度的变化。静态,依赖岩芯分析和其它资料，测试孔隙度、渗透性等参数，精度不高。静态,流体静止条件下的近井地层的渗透率。静态,流动条件下井周围平均渗透率，用于产能评价。动态,流动条件下井周围各层平均渗透率，大孔道。动态,流动条件下地层的吸水剖面、生产剖面,试井分析方法能够得到的动态渗透率（相渗透率），用于评价产能，特别是油气井早期的产能评价,一、试井的概念,3、试井作业内容从传统的系统观点来看，试井包括试井测试（井场测试）和试井解释（室内资料处理）两部分。试井测试：井钻穿或部分钻穿目的层，并在定产的条件下开采一定时间后关井。此时，具有一定物理、地质特征的储层将自动恢复到平衡而发生流体的渗流。然后，通过测试仪器和工艺对油、气、水井的井底压力连续测定。测试内容包括产量、压力、温度以及取样等试井解释：通过对钻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。解释方法是利用渗流理论分析测试资料，评价地层或井参数的方法，是油气渗流理论在煤层气资源开发中的实际应用,试井研究内容框架图,解正问题,解反问题,一、试井的概念,4、试井分析所需的完整的数学模型从研究不稳定试井角度上看，试井问题实际上是地质、数学与工程三者相互渗透的、相互影响的综合问题。油气不稳定试井分析中的大量数学问题的解决是不能脱离油气自身的地质、工程条件的在运用数学手段研究复杂油层中渗流问题时，必须对油层的主要特征简化成理想模型，而后根据渗流机理、状态方程等条件确定数学模型一个完整的数学模型包括：（1）二阶偏微分方程或方程组，又称为基础模型（2）初始条件，即油层原始状态的条件（3）外边界条件，即反映油层边界情况的条件（4）内边界条件，即反映油层生产情况的条件,二、试井的理论依据,其理论依据为渗流理论。渗流理论将储层内流体的流动分为稳态、准稳态和非稳态。稳态：储层内任一部位的流体压力不随时间和流体产量的变化而变化。准稳态：储层内流体的压力随时间和流体产量的压力呈线性变化。非稳态：储层内流体压力随时间和产量呈非线性变化。,压力不稳定渗流理论是试井的理论基础，微可压缩流体均质多孔介质中的渗流服从：质量守恒定律达西定律渗透能量损失与渗流速度之间的相互关系（渗透的渗流量q与圆筒断面积A及水头损失h成正比，与断面间距L成反比。）状态方程：在恒温下，一定量气体的体积与压力成反比。在单相流体渗流中，流体的弹性作用与压力的关系最为密切，表征流体弹性大小的参数是压缩系数，弹性压缩系数的表达式即为状态方程的微分表达式。以上三个定律或方程是建立试井数学模型的理论依据,二、试井的理论依据,三、试井的目的和作用,目的：试井技术是认识煤层气藏，评估煤层气藏动态、完井效率以及措施效果的重要手段，试井测试所录取的资料是各种资料中唯一的在煤层气藏流体流动状态的录取的资料，因而其分析结果也最能代表气藏的动态特性。具体地说，试井作业可以获得以下信息：确定p(原始地层压力或平均压力)和T，及两者随井深的变化评价气藏的不均一性估算测试井的单井控制储量确定流体在地层内的流动能力，即获取k、kh和kh/等井底储层污染评价，求取S，包括采取增产措施后的效果评价判定井间连通性和气井产能动态分析,作用：试井是煤层气生产潜能和经济可行性评价的重要途径。通过试井。可以识别气体储集类型与单井渗流模式，获得储层压力、渗透率、井筒储存系数、双重解释储容比、裂隙长度、边界距离和地层压力等储层介质参数。确定煤层气井合理开发参数，进行单井控制储量计算和增产措施效果分析。不同阶段，其作用也不同（见下表）。井筒储存效应：在测试过程中，由于井筒中的流体的可压缩性，关井后地层流体继续向井内聚集，开井后地层流体不能立刻流入井筒的现象井筒储存系数：描述井筒储存效应大小的物理量为井筒储存系数，定义为与地层相通的井筒内流体体积的改变量与井底压力改变量的比值,三、试井的目的和作用,四、试井的分类,依据不同标准，分类如下：1、从流体类型分为：油井试井，气井试井，水井试井，多相试井2.根据生产条件分为：压降试井，压恢试井3.按照地层类型分类：均质油、气藏类型，复合油藏试井双孔介质类型，双渗介质试井4、按照井别分类：垂直井、水平井、压裂井、分支井5.据测试参数随时间的变化分为：产能试井、不稳定试井,四、试井的分类,根据测试参数随时间的变化进行的试井分类,四、试井的分类,（1）产能试井(DeliverabilityTesting)：是改变若干次油井、气井或水井的工作制度，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(DeliverabilityEquation)和无阻流量(OpenFlowPotential，OFP)、井底流动曲线(InflowPerformanceRelationship,IPR)稳定试井(StaticWellTesting)产量基本上不随时间变化进行稳定试井时，在每一个工作制度下，油气井的产量（油、气、水产量）和压力（井底流动压力、井口液压等）都要求达到稳定，可利用流体稳定渗流规律进行的试井（如下图）,从上图中，可以得到的信息：所选的各个产量的延续时间在所选定产量条件下，生产压差大致是多少，占地层压力值的比例是多少在所选择的时间间隔内，产量是否达到了稳定，稳定值大致多少,稳定试井压力/产量与时间关系示意图,四、试井的分类,（2）不稳定试井(TransientTesting,Non-StabilizedWellTesting)产量或压力随时间变化的试井称不稳定试井。利用流体不稳定渗流规律进行的试井。不稳定试井是改变测试井的产量、并测量由此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，也与测试井和测试层的特性有关。因此，运用试井资料，及测试过程中的井底压力和产量资料，结合其它资料，可以计算测试层和测试井的相关特性参数。,四、试井的分类,一般所说的试井是不稳定试井干扰试井(InterferenceTesting)：用于判定井间的连通性。A井（扰动井）施加一信号，记录B井（观察井）的井底压力变化，分析两井是否处于同一水动力系统脉冲试井(PulseTesting)：A井的产量以多脉冲的形式改变，记录B井的井底压力随时间的变化信息,试井技术发展已经有80多年的历史。作为认识油层的一个主要手段，其理论与工艺发展，应用范围日益广泛，已从简单的地层压力推算到能够比较全面地认识油、气藏内部岩石与流体特性、储层产能和井筒状况的水平。,五、试井解释,（一）试井分析技术发展历史,井底测量压力资料的方法从静态到动态，已历时50余年由于现代压力测试理论的建立，从50年代起，试井已成为认识油气藏的重要手段上世纪60年代以来，随着现代科学技术的发展，特别是80年代的成就，促使试井分析跨入了重要阶段，极大地丰富了试井资料的功能，有效的提高了分析结果的准确性。,五、试井解释,试井分析技术发展历史简表,五、试井解释,五、试井解释,1.20世纪80年代以前常规试井分析方法40年代前，由于压力计只能测试到油层的静压，人们也只能认识到静压。之后发现静压的测取与时间有关，以及压力恢复时间的长短反映了井周围地层渗透性的好坏等问题。,1933年Mocre等提出可以根据压力动态数据，确定地层渗透率1950年发表的两篇论文奠定了试井理论的基础：Horner提出用图解法解释测试压力资料，即压力恢复值与时间的对数成线性关系；Miller等提出的压力恢复值与时间的对数成线性关系。这些方法是常规试井分析方法的代表。,五、试井解释,早期资料：主要反映井筒附近动态（污染，增产措施状况等）中期资料：反映总的油气藏状态，基于该阶段数据可以求得地层参数等晚期资料：以边界影响为主，求得油气藏平均压力、判断边界与形状,从60年代发展起来的现代试井解释方法则在一定程度上克服了常规试井解释方法中存在的问题：采用互不相关的方法，得到的解释结果也不同。现代试井分析的基本方法：从原始的物理模型入手，将物理模型建立在更接近测试实际的基础上，重新建立考虑各种边界条件的数学模型，用解析方法或数值方法求出数学模型的解，并绘出分析用理论图版。即：基于单一的试井解释理论形成了一整套典型曲线分析方法,五、试井解释,2.1980-1990的现代试井分析方法,1983年Bourdet提出了压力导数分析法，使试井方法变成了一个真正的储层描述工具。该方法对试井分析方法起到了革命性的作用。通过压力导数分析，可以了解和认识非均质储层，可以分辨打开程度不完善和其他近井问题，可以分析水平井等，并得到了大量的不同边界类型的样板曲线。在压力导数分析法的基础上发展了图板拟合方法、各种自动拟合方法，如：非线性回归分析方法、控制论方法等，借助这些理论，在计算机的辅助下，编制了很多试井解释软件。现代试井分析方法的局限性：对多相流，非均质性，复杂边界等等，没有很好的解决办法。,五、试井解释,3.1990年以后复杂地质条件下的数值试井90年代初，出现了数值试井的概念。其中的解析解对多相流试井的局限性是该方法发展的主要推动力。另外，复杂边界、地层的非均质性也推动了数值试井的研究。其研究的主要内容是选用正确的参数拟合方法，合理地进行网格剖分，严格地控制拟合精度，从而求出目标参数。数值试井的发展为试井工作开阔了新视野：试井图板不再局限于简单的地质模型，也不再因稍复杂的地质模型而导致的“不可解的解析解”而束手无策。数值试井的研究尚不成熟，这是试井理论发展的一个新方向。,五、试井解释,（二）试井解释模型,1、试井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：地质基础地质模型包括：孔隙的认识，储层几何模型，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）前三个基础组成了试井的物理模型，它们是试井数学模型的基础。,五、试井解释,2、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,五、试井解释,1）基本模型,（1）均质油气藏模型,井筒,（2）非均质油气藏模型,五、试井解释,2）内边界条件,（1）井筒储集效应,（2）表皮效应,（3）裂缝切割井筒,3）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,五、试井解释,例：基本模型：均质油藏，无限大油气藏内边界条件：油气井定量生产外边界条件：地层无限大，无穷远处保持恒压,五、试井解释,数学模型：,初始条件：,外边界条件：,内边界条件：,（三）不稳定试井解释方法,自50年代的Horner半对数分析方法问世以来，已相继由多种不稳定试井分析方法产生，并被广泛用于生产实际。纵观所有的分析方法，可以将其分为两大类：,1、常规试井分析方法（Semi-Log方法）,2、现代试井分析方法（Log-Log方法）,五、试井解释,1.常规试井解释方法,（1）Horner压降和恢复分析法,（2）MDH分析法,（3）MBH分析法,（4）Y函数分析法,（5）Muskat分析法,五、试井解释,以Horner方法为代表，包含有：,常规分析方法主要以分析各向同性的均质油藏为基础。,优点：理论上较为完善、原理简单、易于实际应用缺点：应用常规分析方法时，以分析中、晚期压力资料为主。这就要求油气井测试时间较长，从而影响生产；尤其对于低渗透的油藏，要取得这些资料更为困难应用常规Horner分析方法时，直线段的选择将影响到最后的分析结果,五、试井解释,对早期段的数据利用显得无能为力一般常规方法求得的结果反映的是油藏总体的平均特征，井底附近情况的准确反映在这些方法中难以实现常规分析方法中，有时获得的数据有限，则给油藏的识别带来一定困难，有时一条曲线反映出的是不同油藏特征,五、试井解释,2.现代试井分析法,（1）Ramey,Agarwal典型曲线分析法,（2）Earlougher典型曲线分析法,（3）Gringarten典型曲线分析法,（4）Mickinley典型曲线分析法,（5）Bourder典型曲线分析法,五、试井解释,以Ramey、Agarwal方法为代表，主要有：,现代试井分析方法的特点：,运用系统分析的概念和数值模拟方法，使试井解释从理论上前进了一大步；由于考虑了井筒储存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；通过实际压力数据曲线和理论图版中的无因次压力和无因次时间的拟合，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；,五、试井解释,完善了常规分析方法，给出了半对数直线开始的大致时间，提高了半对数曲线分析的可靠性利用导数曲线可以识别不同的油藏模型，对有目的的分析提供了依据，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”相结合的过程，几乎每个流动阶段的识别以及每个参数的计算，都可以从两种不同的途径了获取，然后进行结果比较；对最后的