油藏工程課件3.1-3動態(tài)監(jiān)測.ppt

第三章 油藏動態(tài)監(jiān)測原理與方法,油氣田開發(fā)過程中常用動態(tài)監(jiān)測方法，主要有： 試井分析方法 示蹤劑分析方法 生產(chǎn)測井分析方法,油藏動態(tài)監(jiān)測方法應(yīng)用動態(tài)資料(生產(chǎn)資料、壓力測試資料、示蹤劑濃度產(chǎn)出曲線)分析、評價(jià)油藏的動態(tài)和地層參數(shù)。,第一節(jié) 試井及試井分析,一、 試井的概念 試井是對油、氣、水井進(jìn)行測試和分析的總稱。測試內(nèi)容包括：產(chǎn)量、壓力、溫度、取樣等。 試井是一種以滲流力學(xué)為基礎(chǔ)，以各種測試儀器為手段，通過對油氣井生產(chǎn)動態(tài)的測試來研究油氣水層和測試井的各種物性參數(shù)、生產(chǎn)能力以及油氣水層之間的連通關(guān)系的方法。,本章只介紹試井分析方法，而不介紹測試工藝和儀器。,測試：將壓力計(jì)下到油層或氣層或注水層部位，開井或關(guān)井記錄井底壓力隨時(shí)間的變化得到一組數(shù)據(jù)。,分析(試井解釋W(xué)ell Testing Interpretation或不穩(wěn)定壓力分析Transient Pressure Analysis)：應(yīng)用滲流力學(xué)理論，分析測試數(shù)據(jù)，反求油層和井的動態(tài)參數(shù)。是滲流理論在油氣田開發(fā)中的直接應(yīng)用，反之，也是檢驗(yàn)油氣滲流理論正確與否或符合油田實(shí)際的重要方法。,二、試井分析方法的重要性,試井分析方法能夠得到的動態(tài)滲透率(相滲透率)、用于評價(jià)產(chǎn)能，特別是油氣田勘探開發(fā)早期進(jìn)行油氣井產(chǎn)能的評價(jià)。,三、試井的分類 （一）按測試目的分為： 產(chǎn)能試井 不穩(wěn)定試井 1.產(chǎn)能試井 改變?nèi)舾纱斡途?、氣井或水井的工作制度，測量在各個(gè)不同工作制度下的穩(wěn)定產(chǎn)量及相應(yīng)的井底壓力，從而確定測試井或測試層的產(chǎn)能方程或無阻流量 a.穩(wěn)定試井（系統(tǒng)試井）； b.等時(shí)試井：生產(chǎn)時(shí)間相等，關(guān)井壓力恢復(fù)至穩(wěn)定狀態(tài)； c.修正等時(shí)試井：關(guān)井恢復(fù)與開井生產(chǎn)時(shí)間相等的等時(shí)試井,2.不穩(wěn)定試井 改變測試井的產(chǎn)量，并測量由此而引起的井底壓力隨時(shí)間的變化，從而確定測試井和測試層的特性參數(shù)。 a. 壓降試井：一口井開井生產(chǎn)，測量井底壓力隨時(shí)間的變化，確定測試井和測試層的特性參數(shù)。要求測試井期間產(chǎn)量恒定 b. 壓力恢復(fù)試井：油井以恒定產(chǎn)量生產(chǎn)一段時(shí)間后關(guān)井，關(guān)井的同時(shí)測量井底壓力隨時(shí)間的變化，確定測試井和測試層的特性參數(shù)。 c. 變產(chǎn)量試井 d. 干擾試井 e. 脈沖試井 f. DST試井：中途測試或鉆桿測試,主要確定井與井之間的連通性,（二）按流體性質(zhì)分類,（1）油井試井 （2）氣井試井 （3）水井試井 （4）多相試井,（三）按地層類型分類,（1）均質(zhì)油藏試井 （2）雙孔介質(zhì)油藏試井 （3）雙滲介質(zhì)油藏試井 （4）復(fù)合油藏油藏試井,（1）垂直井 （2）水平井 （3）壓裂井 （4）徑向井、分支井,（1）常規(guī)試井分析方法（半對數(shù)） （2）現(xiàn)代試井分析方法（雙對數(shù)）,（四）按井類別分類,（五）按試井資料處理方式分類,常用油藏物理模型(地層類型),四、 試井在油田開發(fā)中的作用 根據(jù)勘探開發(fā)不同階段，結(jié)合注采井需要解決勘探開發(fā)部署和油田調(diào)整挖潛等工作中的問題，而賦予不同的試井目的。如對探井的地層評價(jià)、油（氣）藏開發(fā)的動態(tài)評價(jià)、增產(chǎn)措施的效果評價(jià)、邊界特征和井間連通評價(jià)等。具體的講，運(yùn)用試井資料，結(jié)合其他資料可以解決以下問題： (1)推算地層壓力; (2)確定地層參數(shù); (3)估算完井效率.井底污染情況,判斷酸化.壓裂效果。 (4)探測邊界及井間連通情況; (5)估算單井儲量.,五、不穩(wěn)定試井發(fā)展概況,早期資料：主要反映井筒附近動態(tài)(污染，增產(chǎn)措施等)； 中期資料：主要反映總的油藏動態(tài)，可求得地層系數(shù) (k,kh)等； 晚期資料：以邊界影響為主，獲取油藏平均壓力，判斷 油藏的形狀。,壓力資料根據(jù)測壓時(shí)間分為早期、中期和晚期三個(gè)階段：,19201930年：首次用不穩(wěn)定試井方法，研究晚期資料，用井底壓力推算油藏平均壓力。 19501960年：以Horner為主的常規(guī)試井分析方法以中期資料為主，將實(shí)測井底壓力和相應(yīng)的時(shí)間繪成半對數(shù)曲線，找出直線段進(jìn)行分析。 1954年：MBH法，求斷塊油藏邊界，邊界形狀或求平均壓力,60年代末70年代初，國外開始研究現(xiàn)代試井分析方法。 1969年，Ramry建立了考慮井筒存儲及表皮效應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并用Laplace變換求得解析解，繪制出無因次雙對數(shù)理論圖版。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展了Earlougher-Kersch理論圖版，Gringarten圖版等。 1982年，Bourdet在Gringarten圖版的基礎(chǔ)上研制出了Bourdet壓力導(dǎo)數(shù)圖版，為診斷油藏類型提供了依據(jù)。,常規(guī)試井方法起步早，發(fā)展比較完善，原理簡單又易于使用，但也存在不足之處： a. 以中晚期資料為主，測試時(shí)間長，對于低滲油藏取得中晚期資料較難 b. 半對數(shù)直線起點(diǎn)難以確定； c. 當(dāng)續(xù)流影響大，井筒附近污染嚴(yán)重時(shí)，使用困難； d. 根據(jù)中期資料只能獲得反映總的油藏狀況的參數(shù)，而不能取得井筒附近的詳細(xì)信息。,六、現(xiàn)代試井技術(shù) 1.現(xiàn)代試井技術(shù)包括的主要內(nèi)容： (1)用高精度測試儀表測取正確的試井資料; (2)用現(xiàn)代試井解釋方法解釋試井資料，得到更可靠的解釋結(jié)果; (3)測試過程控制，資料解釋和試井報(bào)告編制的計(jì)算機(jī)化。,2. 現(xiàn)代試井分析方法有下列特點(diǎn)： 、運(yùn)用了系統(tǒng)分析的概念和數(shù)值模擬方法，使試井解釋從理論上大大前進(jìn)了一步； 、由于考慮了井筒儲存和井壁污染對壓力動態(tài)的影響，確立了早期資料的解釋方法，從早期數(shù)據(jù)中獲得了很多有用的信息； 、包含并進(jìn)一步完善了常規(guī)試井分析方法，給出了半對數(shù)直線段開始的大致時(shí)間，提高了半對數(shù)曲線分析的可靠性； 、通過實(shí)測壓力數(shù)據(jù)曲線與理論圖版中的無因次壓力與無因次時(shí)間曲線的擬合，可以對油藏和油井參數(shù)進(jìn)行局部或全局的定量分析，并能獲取常規(guī)試井分析方法中無法獲取的一些參數(shù)值；,、利用導(dǎo)數(shù)曲線可識別不同的油藏類型，對有目的分析提供了依據(jù)，同時(shí)也提高了分析精度； 、整個(gè)解釋是一個(gè)“邊解釋邊檢驗(yàn)”的過程，幾乎對每一個(gè)流動階段的識別及每個(gè)參數(shù)的計(jì)算，都可從兩種不同的途徑來獲取，然后進(jìn)行結(jié)果比較； 、最后對解釋結(jié)果進(jìn)行模擬檢驗(yàn)和歷史擬合，進(jìn)一步提高了解釋結(jié)果的可靠性、正確性。,要得到成功的試井解釋，必須做到以下兩點(diǎn): (1)解釋結(jié)果正確可靠; (2)從測試資料中得到盡可能多的信息。 要得到成功的試井解釋，測試前必須依據(jù)試井目的做出切實(shí)可行的試井設(shè)計(jì)，測試時(shí)按照設(shè)計(jì)要求測得齊全、準(zhǔn)確、可靠的產(chǎn)量和壓力數(shù)據(jù)，要有準(zhǔn)確可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),采用先進(jìn)的解釋方法和解釋軟件，此外還需要試井解釋者的豐富經(jīng)驗(yàn)。,基本假設(shè): 考慮單層、均質(zhì)無限大油藏中有一口生產(chǎn)井的情況。 （1）油藏水平、均質(zhì)、等厚、各向同性、橫向無限大； （2）油井開井前地層中各點(diǎn)的壓力均勻分布，開井后油井以定產(chǎn)量生產(chǎn)。 （3）地層流體和地層巖石微可壓縮，壓縮系數(shù)為常數(shù)； （3）地層流體流動符合達(dá)西滲流定律； （4）考慮穩(wěn)態(tài)表皮效應(yīng)，即看成是井壁無限小薄層上的壓降； （5）忽略重力和毛管力的影響，并設(shè)地層中的壓力梯度比較小。,七、試井分析理論基礎(chǔ),請思考上述簡化條件是否合理？是否符合實(shí)際情況？什么條件下符合實(shí)際情況？,數(shù)學(xué)模型：,P=p(r,t)距井r處在t時(shí)刻的壓力，MPa；,Pi原始地層壓力，MPa；,t從開井起算的時(shí)間，h；,K地層的滲透率，um2； h油層厚度，m；,流體粘度，mP.s； 地層孔隙度，小數(shù)；,Ct綜合壓縮系數(shù)， Ct = Cr + CL ，MPa-1 ；rw井半徑，m；,q地面產(chǎn)量，m3/d； B體積系數(shù)， m3/(標(biāo)m3) ；,地層導(dǎo)壓系數(shù) um2.MPa/(mPa.s),達(dá)西單位制,作業(yè)：將達(dá)西單位制的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行單位換算寫成標(biāo)準(zhǔn)單位(法定)制的數(shù)學(xué)模型。,數(shù)學(xué)模型的通解為：,Ei是冪積分函數(shù)：,當(dāng)x0.01時(shí)，近似式為：,井底壓力為：,當(dāng)井底存在污染時(shí)，井底壓力為：,式中：s-污染系數(shù)；或稱為表皮系數(shù),當(dāng) 時(shí)，有：,第二節(jié) 均質(zhì)油藏試井分析方法,一、壓力降落試井分析方法,壓降試井是指油井以定產(chǎn)量生產(chǎn)時(shí)，井下壓力計(jì)連續(xù)記錄井底壓力隨時(shí)間的變化歷史，利用這些實(shí)測數(shù)據(jù)，反求地層和井參數(shù)。不影響生產(chǎn)，要求測試期間產(chǎn)量恒定。,兩種條件下進(jìn)行：,新井開始投產(chǎn)，保持恒定產(chǎn)量； 油井關(guān)井時(shí)間長，后開井生產(chǎn)；,流動階段(Flow Period)：,(1)早期段(Early Flow Period)，主要反映井筒流體儲存對井底壓力的影響，續(xù)流階段(AfterFlow)，主要地面開關(guān)井造成的；,(2)不穩(wěn)定流動階段(Transient Flow Period or Infinite-acting Radial Flow)，地下流體徑向流入油井，徑向流動階段，主要反映測試井周圍地層的平均性質(zhì)；,流動階段的概念：流體在地下流動的宏觀形式，這里指的流動階段是指能夠持續(xù)一定的時(shí)間，取得一定的數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行有意義的數(shù)據(jù)分析。,A. 如果為無限大油藏(Infinite Reservoir)，徑向流動階 段一直延續(xù)下去。,B. 若有封閉邊界(Closed Outer Boundary)： 過渡段，徑向流動階段到邊界影響的階段； 擬穩(wěn)態(tài)流動階段(Pseudosteady State)，主要反映封閉邊界的影響。 擬穩(wěn)態(tài)流動階段：任意時(shí)刻地層內(nèi)壓力下降速度相等；,C. 若有定壓邊界(Constant Pressure Boundary)： 過渡段，徑向流動階段到邊界影響的階段； 穩(wěn)定流動階段(Steady State)，主要反映定壓邊界的影響。 穩(wěn)態(tài)流動階段：地層內(nèi)壓力不隨時(shí)間變化；,(3)外邊界作用階段,地層徑向流,邊界影響,井筒或近井地層影響,單相:,油氣水三相:,徑向流動階段（中期段）壓力與時(shí)間的關(guān)系式為：,或：,以 或 為縱坐標(biāo)，以lgt為橫坐標(biāo)，這一階段的壓降降落曲線是一直線關(guān)系，直線段的斜率為m：,(c)地層滲透率 ,二、壓力恢復(fù)試井分析方法,壓力恢復(fù)試井是油田上最常用的一種試井方法。 油井以恒定產(chǎn)量生產(chǎn)一段時(shí)間后關(guān)井，測取關(guān)井后的井底恢復(fù)壓力，并對這一壓力歷史進(jìn)行分析，求取地層和井的參數(shù)。,油井繼續(xù)生產(chǎn)，壓力降為：,虛擬注入井，壓力降為：,壓降疊加：,1、Horner曲線分析法 油井以產(chǎn)量q連續(xù)生產(chǎn)tP時(shí)間后關(guān)井測壓力恢復(fù)，測試時(shí)間為t，恢復(fù)時(shí)期的壓力隨時(shí)間變化的公式如下，即Horner公式：,或：,以 或 為縱坐標(biāo)，以 為橫坐標(biāo)，這一階段的壓力恢復(fù)曲線是一直線關(guān)系，直線段的斜率為m：,利用直線段的斜率可求以下參數(shù)： (a) 地層流動系數(shù),(b) 地層系數(shù),(c)地層滲透率 ,(d)求原始地層壓力 Horner曲線外推直線段到 所對應(yīng)的壓力即為原始地層壓力 。,由(1) 式，得到關(guān)井時(shí)刻的井底壓力：,公式（9）-（15）得 ：,2. MDH分析法,(15),(16),如果關(guān)井前的生產(chǎn)時(shí)間與關(guān)井測壓時(shí)間相比大得多，即：,得恢復(fù)時(shí)期的壓力隨時(shí)間變化的公式可以近似表示如下：,上式即為MDH公式。,或：,則(16)中：,以 或 為縱坐標(biāo)，以 為橫坐標(biāo)，這一階段的壓力恢復(fù)曲線是一直線關(guān)系，直線段的斜率為m：,利用直線段的斜率可求以下參數(shù)： (a) 地層流動系數(shù),(b) 地層系數(shù),(c)地層滲透率 ,(d) 表皮系數(shù) 在半對數(shù)直線段或其延長線上取一點(diǎn)（原則上可在直線段上任取一點(diǎn)，但一般取 t =1h 所對應(yīng)的壓力或壓差值），計(jì)算表皮系數(shù)：,或：,多數(shù)情況下，關(guān)井前產(chǎn)量一直保持不變是不可能的，只能做到關(guān)井前的一段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)量穩(wěn)定。生產(chǎn)時(shí)間可用折算時(shí)間，它等于相鄰兩次穩(wěn)產(chǎn)期的累積產(chǎn)量除以關(guān)井前的穩(wěn)定產(chǎn)量，即：,這樣做并不影響試井結(jié)果的精度。 為什么 ？請思考下次課請同學(xué)回答。,三、變產(chǎn)量試井分析方法,在實(shí)際生產(chǎn)，常常難以保證產(chǎn)量為常量，特別是對于新開采的高產(chǎn)井，保持定產(chǎn)量是不可能的，也是不實(shí)際的。因此，對于這類油井就需要采用改換油嘴大小來實(shí)現(xiàn)多級產(chǎn)量（或叫變產(chǎn)量）的測試及分析方法。 右圖為變產(chǎn)量生產(chǎn)歷史示意圖。,實(shí)際上，產(chǎn)量變化往往是連續(xù)的，將連續(xù)變化產(chǎn)量的過程劃分為多個(gè)時(shí)間段，在每個(gè)小段內(nèi)的產(chǎn)量即可認(rèn)為是常量，分段越多，越接近于實(shí)際，分析精度也越高。,油井變產(chǎn)量下的井底壓力可由迭加原理得到：,-最后一時(shí)間段的產(chǎn)量。,縱坐標(biāo):,橫坐標(biāo):,繪制曲線：,地層流動系數(shù)：,地層系數(shù)：,由直線的斜率為：,地層滲透率:,并設(shè)該點(diǎn)所對應(yīng)的縱坐標(biāo)值為B,則：,在實(shí)際的變流量測試中，應(yīng)用最多的是采用二級流量測試，這主要是可以減少井筒存儲效應(yīng)的影響，分析過程也簡單。,當(dāng)油井從一個(gè)穩(wěn)定產(chǎn)量變到另一個(gè)穩(wěn)定產(chǎn)量之后，測量瞬時(shí)的井底壓力隨時(shí)間的變化，就完成了二級流量測試，對其所測壓力數(shù)據(jù)的分析，同樣可以確定地層參數(shù)。,在測試前，油井以定產(chǎn)量q1生產(chǎn)到時(shí)間tP ，然后產(chǎn)量由q1立刻變?yōu)閝2 ，測試時(shí)間為t，則井底壓力公式可由疊加原理求得：,以 為縱坐標(biāo)，以 為橫坐標(biāo)，這一階段的壓力曲線是一直線關(guān)系，直線段的斜率為m：,利用直線段的斜率可求以下參數(shù)： (a) 地層流動系數(shù),(b) 地層系數(shù),(c)地層滲透率,開始改變產(chǎn)量時(shí)的瞬時(shí)壓力值；,改變產(chǎn)量后 時(shí)的直線段或直線段延長線上的壓力值。,(d) 表皮系數(shù),式中：,第三節(jié) 有界地層的不穩(wěn)定試井分析方法,實(shí)際應(yīng)用中，不存在真正的無限大地層。將地層處理成無限大是由于壓力波還未擴(kuò)散到地層邊界，邊界的特征還沒有反映出來。 當(dāng)測試時(shí)間較長時(shí)，無論是壓降還是壓力恢復(fù)試井，在后期都將出現(xiàn)偏離不穩(wěn)態(tài)滲流的特征，表現(xiàn)出過渡段和擬穩(wěn)態(tài)壓力的特征。,油藏邊界可分為沒有流體通過的邊界和有流體通過的邊界。 沒有流體通過的邊界一般認(rèn)為是斷層邊界、封閉邊界和尖滅邊界等； 油水邊界常作為有流體通過的恒壓邊界。 如果油藏面積很大，但又不止一口生產(chǎn)井，則其他井對測試井的影響，將使測試井處在一個(gè)有限的供油范圍內(nèi)，對測試井來說，可以作為有限地層來分析。,各種邊界影響示意圖,一、任意油藏邊界條件下擬穩(wěn)態(tài)階段的壓力,對于圓形油藏中心一口井的情況，在擬穩(wěn)態(tài)流動階段油藏平均壓力與井底壓力的關(guān)系如下：,供油面積,（321）,一般供油面積不是圓形的，此時(shí)可用形狀因子 代替31.6206代入上式，即考慮邊界形狀的影響，則上式變?yōu)椋?由物質(zhì)平衡原理：,（323）,（322）,q與t單位引起的系數(shù),若油藏邊界不是圓形的，井不位于油藏的幾何中心， 就取不同的值，如表31所示。這些值是直接解擴(kuò)散方程或使用映射法得到的。,由式（322）和式（323）聯(lián)立：,（324）,進(jìn)行無量綱化：,式中：,（325）,擬穩(wěn)定流動形態(tài)的起始時(shí)刻由下面的方法確定：不穩(wěn)態(tài)流動階段的壓力與擬穩(wěn)態(tài)流動階段的壓力相等。將式（3-5）利用上述無因次參數(shù)進(jìn)行無量綱化，從而得到：,對于圓形供給邊界，將 代入式（3-26）可得：,（326）,二、確定地層的平均壓力,油藏的平均壓力是重要的開發(fā)指標(biāo)之一，是儲量計(jì)算、動態(tài)預(yù)測的一個(gè)重要參數(shù)。但是，測準(zhǔn)油藏的平均壓力不是易事：時(shí)間短了，壓力恢復(fù)不到應(yīng)有的水平；時(shí)間過長又會與鄰井發(fā)生干擾。從工程角度出發(fā)，應(yīng)在盡可能短的關(guān)井時(shí)間內(nèi)得到盡可能準(zhǔn)確的平均地層壓力。,開發(fā)初期Horner曲線外推到 :,對已開發(fā)油藏， 就失去了平均壓力的物理意義。,對于外邊界封閉的油藏，一般情況下， ，要經(jīng)過 適當(dāng)?shù)男Ｕ?，才能?求得油藏的平均壓力 。,目前平均壓力,原始地層壓力,1. MBH方法,每口井的供油面積內(nèi)的平均地層壓力與供油區(qū)形狀、大小和在其中所處的位置有關(guān)。美國學(xué)者用鏡像反映法和疊加原理處理了外邊界封閉、油藏形狀、井的相對位置各不相同的25種幾何條件，基本上包括了實(shí)際上所可能遇到的各種油藏形狀和布井方式。將計(jì)算結(jié)果繪制成圖版，圖版以無因次的MBH壓力為縱坐標(biāo)：,（327）,m-徑向流動階段Horner曲線所對應(yīng)的直線段的斜率。,確定有界地層平均壓力的MBH方法,1.壓力恢復(fù)試井分析（Horner方法或MDH方法），確 定直線段斜率、流動系數(shù)、地層系數(shù)和滲透率；,2.外推地層平均壓力 ：,3.由生產(chǎn)時(shí)間計(jì)算無因次時(shí)間 ：,4.由圖版得到：,5.由式（327）計(jì)算：,2. Dietz法（狄亞子方法）,一般情況下 ，因此可在某一關(guān)井時(shí)刻 從半對數(shù)直線段的延長線上得到 。 當(dāng)生產(chǎn)時(shí)間很長 時(shí):(關(guān)井后壓降疊加時(shí),繼續(xù)生產(chǎn)產(chǎn)生的壓降忽略),（329）,（328）,式（3-22）減式（3-28），得到：,（322）,又,求t=?,封閉油藏系統(tǒng)，壓降測試或壓力恢復(fù)測試中，當(dāng)邊界效應(yīng)開始產(chǎn)生影響，地層滲流達(dá)到擬穩(wěn)態(tài)時(shí)，由式（3-24）,三確定地質(zhì)儲量,對式（3-33）兩邊積分，得：,（3-33）,（3-34）,得：,pint測壓初始時(shí)刻的壓力,則有：,設(shè)：,在直角坐標(biāo)系中若將測試后期（擬穩(wěn)態(tài)）數(shù)據(jù)作pwft或pt關(guān)系曲線（如圖3-15），則可得直線斜率為：,可求得封閉系統(tǒng)的儲量：,（3-35）,（3-36）,（3-37）,封閉油藏?cái)M穩(wěn)態(tài)流動階段壓力與時(shí)間的關(guān)系曲線,生產(chǎn)早期由于t比較小 ，A2井壓降未到A1井底，忽略之,隨著測試的進(jìn)行，t增大到一定數(shù)值后，A2井壓力波已擴(kuò)散到斷層邊界，此時(shí)：,（3-39）,（3-40）,（3-41）,在半對數(shù)曲線 關(guān)系圖中，壓力變化的前一階段呈斜率為m的直線段，而在后一階段呈現(xiàn)斜率為2m的直線段。,設(shè)兩條直線段的交點(diǎn)對應(yīng)時(shí)間為 ，則有：,對于壓力恢復(fù)