西安石油大試井分析基礎(chǔ)理論.ppt

試井分析技術(shù) （油藏動態(tài)監(jiān)測技術(shù)）,西安石油大學(xué),課 程 安 排,第一節(jié) 試井分析基礎(chǔ)理論 第二節(jié) 常用試井分析方法 第三節(jié) 實際試井資料解釋與應(yīng)用,第一節(jié) 試井分析基礎(chǔ)理論,目錄,一、試井定義 二、試井的目的 三、試井的重要性 四、試井工藝與試井分類 五、試井分析技術(shù)的發(fā)展 六、不穩(wěn)定試井分析基礎(chǔ) 七、無因次變量 八、疊加原理 九、試井解釋程序,1、試井基本概念 試井是一種通過獲得有代表性儲層流體樣品、測試同期產(chǎn)量及相應(yīng)的井底壓力資料來進(jìn)行儲層評價的技術(shù)。 試井包括試井測試和試井解釋兩部分。 試井測試， 測試內(nèi)容包括流量、壓力、溫度和取樣等等。 試井解釋：通過對井的測試信息的研究，確定反映測試井和儲層特性的各種物理參數(shù)。,一、試井定義,試井解釋就是以滲流力學(xué)理論為基礎(chǔ)，通過對井的測試信息的研究，確定反映測試井和儲層特性的各種物理參數(shù)。 試井分析的理論基礎(chǔ)包括： 穩(wěn)定滲流理論 不穩(wěn)定滲流理論 壓力疊加原理理論 信息論。,目錄,一、試井定義 二、試井的目的 三、試井的重要性 四、試井工藝與試井分類 五、試井分析技術(shù)的發(fā)展 六、不穩(wěn)定試井分析基礎(chǔ) 七、無因次變量 八、疊加原理 九、試井解釋程序,二、試井的目的,歸納起來試井的主要目的有： 1、確定地層壓力 2、估算測試井的控制儲量、地層參數(shù)。 3、井底儲層污染評價 4、探測測試井附近的油（氣）層邊界，包括斷層特性的評價 5、判斷井間連通性和注采平衡分析 6、描述油藏中的非均質(zhì)性。,目錄,一、試井定義 二、試井的目的 三、試井的重要性 四、試井工藝與試井分類 五、試井分析技術(shù)的發(fā)展 六、不穩(wěn)定試井分析基礎(chǔ) 七、無因次變量 八、疊加原理 九、試井解釋程序,三、試井的重要性,1、試井是唯一的礦場流動評價技術(shù) 油氣勘探開發(fā)的是流體礦藏，流動測試將更能反映油氣藏的產(chǎn)能。滲流力學(xué)理論的發(fā)展：室內(nèi)實驗 礦場試驗-試井。 2、試井服務(wù)的范圍跨越了油氣田勘探和開發(fā)的全過程。 3、試井是油氣勘探開發(fā)的一項關(guān)鍵技術(shù)，試井是地震、測井、錄井等不可代替的油藏探測與監(jiān)測技術(shù)，是重要動態(tài)地質(zhì)建模與儲層描述技術(shù)。,試井資料的特點是在油田的開發(fā)過程中隨時都可以測取，測試精度高，可以分析得到代表著比測井和錄井更大范圍內(nèi)的非均質(zhì)特性，而且其中一些特性是通過其它資料無法得到的。,目錄,一、試井定義 二、試井的目的 三、試井的重要性 四、試井工藝與試井分類 五、試井分析技術(shù)的發(fā)展 六、不穩(wěn)定試井分析基礎(chǔ) 七、無因次變量 八、疊加原理 九、試井解釋程序,四、試井工藝與試井分類,1、常見不穩(wěn)定測試,單產(chǎn)量測試,多級產(chǎn)量測試,本課程重點講解以下的試井分析： （1）定產(chǎn)量壓降試井 （2）多級產(chǎn)量壓降試井 （3）兩產(chǎn)量試井 （4）探邊測試 （5）定產(chǎn)量恢復(fù)試井 （6）多級產(chǎn)量恢復(fù)試井,2、試井的分類,依據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)，分類不同： 根據(jù)流態(tài)分類：穩(wěn)定試井與不穩(wěn)定試井； 根據(jù)流體分類：油井試井、氣井試井、水井試井； 根據(jù)生產(chǎn)條件分類：壓降試井、壓恢試井。 等等。,（1）產(chǎn)能試井,產(chǎn)能試井（也稱為穩(wěn)定試井）是改變?nèi)舾纱斡途?，測量在各個不同工作制度下的穩(wěn)定產(chǎn)量及與之相對應(yīng)的井底壓力，從而確定測試井（或測試層）的產(chǎn)能方程和 無阻流量。,（2）不穩(wěn)定試井,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間的變化。 這種壓力變化同測試過程的產(chǎn)量有關(guān)，也同測試井和測試層的特性有關(guān)。因此，運用試井資料，即測試過程中的井底壓力和產(chǎn)量資料，結(jié)合其他資料，可以計算測試層和測試井的許多特性參數(shù)。,不穩(wěn)定試井的技術(shù)內(nèi)容,當(dāng)油藏中流體的流動處于平衡狀態(tài)（靜止或穩(wěn)定狀態(tài)）時，若改變其中某一口井的工作制度，即改變流量（或壓力），則在井底將造成一個壓力擾動，此壓力擾動將隨著時間的不斷推移而不斷向井壁四周地層徑向擴展，最后達(dá)到一個新的平衡狀態(tài)。這種壓力擾動的不穩(wěn)定過程與井、儲層巖石物性和儲層流體的性質(zhì)有關(guān)。 因此，在該井或其它井中用儀器將井底壓力隨時間的變化關(guān)系測量出來，結(jié)合其它資料，通過分析，就可以判斷井和油藏的性質(zhì)。這就是不穩(wěn)定試井的所要研究的內(nèi)容。,目錄,一、試井定義 二、試井的目的 三、試井的重要性 四、試井工藝與試井分類 五、試井分析技術(shù)的發(fā)展 六、不穩(wěn)定試井分析基礎(chǔ) 七、無因次變量 八、疊加原理 九、試井解釋程序,試井技術(shù)發(fā)展已經(jīng)有70多年的歷史。 已從簡單的地層壓力推算發(fā)展到能夠比較全面地認(rèn)識油、氣藏內(nèi)部巖石與流體的特性、儲層產(chǎn)能和井筒狀況的水平。,五、試井分析技術(shù)的發(fā)展,1937年國外下入第1支壓力計測試地層壓力 1951 年Horner提出了Horner半對數(shù)分析方法 1954年 Matthews等人提出了MDH半對數(shù)分析方法。 70年代Ramey、 Agarwal 、Mckinly 、Earlougher等人研究出了以典型曲線分析為主的早期試井分析方法后，現(xiàn)代試井解釋方法有了重要進(jìn)展。 1979年Gringarten在前人基礎(chǔ)上提出了雙對數(shù)壓力典型曲線分析法，1983年Bourdet又提出了壓力導(dǎo)數(shù)典型曲線分析法，到此，Gringarten典型曲線與Bourdet壓力導(dǎo)數(shù)典型曲線組合成復(fù)合圖版，成為了石油工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這也就標(biāo)志著現(xiàn)代試井解釋技術(shù)的誕生。,試井分析技術(shù)的近期發(fā)展,試井分析的5個研究熱點和難點為： （1）一些復(fù)雜情況的試井分析方法的研究（多層、多 相、多井，低滲透，特殊油氣藏） （2）井下永久壓力實時監(jiān)測與分析技術(shù) （3）考慮流量影響的試井與試井分析技術(shù)。 要測試流量史的響應(yīng)。 （4）數(shù)值試井分析技術(shù) （5）試井的儲層描述技術(shù),目錄,一、試井定義 二、試井的目的 三、試井的重要性 四、試井工藝與試井分類 五、試井分析技術(shù)的發(fā)展 六、不穩(wěn)定試井分析基礎(chǔ) 七、無因次變量 八、疊加原理 九、試井解釋程序,1、不穩(wěn)定流動基礎(chǔ) 在均質(zhì)圓形儲層中有一口井關(guān)井，在生產(chǎn)前整個儲層 中壓力處處相等，且等于原始壓力。如果油井保持恒 定產(chǎn)量q生產(chǎn)，那么在會在井底產(chǎn)生壓力干擾。井底壓 力pwf會隨油井不斷生產(chǎn)而同時降低，則壓力干擾或傳播速度主要由以下因素確定： （1）滲透率； （2）孔隙度； （3）流體粘度； （4）巖石和流體的壓縮性。,五、不穩(wěn)定試井分析基礎(chǔ),在穩(wěn)定流動狀況下，流入單元體積多孔介質(zhì)流體的質(zhì)量與流出流體質(zhì)量相同。在不穩(wěn)定流動狀況下，流入流體的質(zhì)量與流出流體質(zhì)量不同。因此，多孔介質(zhì)中的流體含量隨時間改變。,2、試井解釋模型基礎(chǔ) 試井是一種探測技術(shù)，地質(zhì)理論和油氣層滲 流理論是試井模型的基礎(chǔ)。 建立試井解釋模型的基礎(chǔ)概括為： 地質(zhì)基礎(chǔ) 地質(zhì)模型 孔隙結(jié)構(gòu)的認(rèn)識 油氣層的幾何模型 邊界性質(zhì) 參數(shù)分布流體分布情況 測試井況 井模型 滲流基礎(chǔ) 滲流模型 數(shù)學(xué)模型 (解的連續(xù)性、 唯一性、 穩(wěn)定性) 上述1到3條組成了試井的物理模型，它是建立 試井的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)。,一般試井解釋中用于描述儲層流體流動特征的數(shù)學(xué)關(guān)系式只包含了部分儲層特征，稱為基本的儲層特征。 基本的儲層特征包括以下幾個部分： （1）儲層中的流體類型 （2）流體流動狀態(tài) （3）儲層幾何形狀 （4）儲層中的多相流體流動相數(shù)量。,試井解釋模型與其它模型的關(guān)系：,試井解釋模型,試井井解釋模型由下面三部分組成： 基本模型：油氣藏的基本特性 邊界條件：內(nèi)邊界條件-井筒及其附近的情況 外邊界條件-油藏外邊緣的情況 初始條件：油藏投入開發(fā)前的情況,基本模型,（1）均質(zhì)油氣藏模型,K1,井筒,（2）非均質(zhì)油氣藏模型,雙孔隙性,K1,K2,雙滲透性,K1,K2,復(fù)合油藏,K1,K2,內(nèi)邊界條件 （1）井筒儲集效應(yīng) （2）表皮效應(yīng) （3）裂縫切割井筒,外邊界條件 （1）無限大地層（無外邊界） （2）不滲透邊界 （3）恒壓邊界 （4）封閉邊界,3、基本幾何流動模型,5、表皮效應(yīng)與表皮因子,由于鉆井、完井、壓裂、酸化等因素，設(shè)想在井筒周圍存在一 個很小的環(huán)狀區(qū)域，這個小環(huán)狀區(qū)域的滲透率與油層不相同。因此，當(dāng)原油從油層流入井筒時，在這里產(chǎn)生一個附加壓力降。這種現(xiàn)象叫做表皮效應(yīng)（或趨膚效應(yīng)）。,將附加壓力降（用Ps表示）無因次化，得到無因次附加壓降，用它表征一口井表皮效應(yīng)的性質(zhì)和嚴(yán)重情況，稱之為表皮因子（或趨膚因子、污染系數(shù)），用S表示：,表皮效應(yīng)與表皮因子,Pi,Ps 0,Pwf,rs,KsK,S0,Pi,Ps 0,Pwf,rs,KsK,S0,表皮效應(yīng)與表皮因子,S0，數(shù)值越大，表示污染越嚴(yán)重； S=0，井未受污染； S0，絕對值越大，表示增產(chǎn)效果越好。,6、井筒儲集效應(yīng)與井筒儲集常數(shù),油井剛開井或剛關(guān)井時，由于原油具有壓縮性等多種原因，地面產(chǎn)量 qwh 與井底產(chǎn)量 qsf 并不相等。,開井生產(chǎn)時井筒卸載效應(yīng),井筒,原始壓力Pi,q,t,q,地面產(chǎn)量qwh,井底產(chǎn)量qsf,PWBS,0,關(guān)井時的井筒續(xù)流效應(yīng),t,q,地面產(chǎn)量qwh,井底產(chǎn)量qsf,PWBS,井筒,原始壓力Pi,q=0,0,井筒儲集效應(yīng),井筒卸載效應(yīng)和井筒儲存效應(yīng)統(tǒng)稱為井筒儲存效應(yīng)（井筒儲集效應(yīng)）。,qsf=0 (開井情形)或 qsf=q (關(guān)井情形)的那一段時間，稱為“純井筒儲集”階段，簡寫作PWBS(Pure Wellbore Storage)。,井筒儲集效應(yīng),用“井筒儲集常數(shù)”來描述井筒儲集效應(yīng)的強弱程度，即井筒靠其中原油的壓縮等原因儲存原油或釋放井筒中壓縮原油的彈性能量等原因排出原油的能力，并用C代表:,井筒儲集效應(yīng),井筒儲集常數(shù)C的物理意義：,在開井情形, 是當(dāng)井筒壓力降低1MPa時，靠井筒中原油的彈性能量可以排出m3原油。,在關(guān)井情形, 是要使井筒壓力升高1MPa，必須從地層流入井筒m3的原油；,假定滲透率和粘度對壓力、時間和距離為常數(shù)，并且忽略2次 項，則由上述的基本偏微分方程可以得到擴散方程。 擴散方程的應(yīng)用條件（基本假設(shè)）有： （）各向同性的均質(zhì)儲層徑向流， （2）達(dá)西流， （3）滲透率和孔隙度為常數(shù)， （4）單相、微可壓縮的流體流動，流體的壓縮系數(shù)和粘度為常數(shù)， （5）忽略重力影響， （6）等溫條件， （7）忽略壓力梯度2次項。,7、最簡單的試井分析模型的建立,微可壓縮流體的徑向流方程：,K=絕對滲透率， p=壓力，MPa =粘度，mPa.s r=徑向距離，m t=時間，h =孔隙度，% Ct=綜合壓縮系數(shù)，1/MPa。 =導(dǎo)壓系數(shù)，,導(dǎo)壓系數(shù)定義為 導(dǎo)壓系數(shù)物理意義：單位時間內(nèi)壓力波波及的面積 , 平方米/小時 綜合壓縮系數(shù)定義為： 式中C為流體的壓縮系數(shù)。 綜合壓縮系數(shù)物理意義:單位巖石體積在降低單位壓力時,由于孔隙收縮和液體膨脹總共排擠出來的液體體積, 1/MPa。,不穩(wěn)態(tài)流動方程的基本解-冪積分函數(shù)解,式中Ei是冪積分：,當(dāng)x0.01時，有：,不穩(wěn)態(tài)流動方程的基本解（考慮表皮效應(yīng)）,附加壓力降：,當(dāng) 時，有,可改寫成：,令,式中：rwe折算半徑或有效半徑。,rwe0, 數(shù)值越大, 表示污染越嚴(yán)重； rwe= rw, S=0, 井未受污染； rwe rw, S0, 絕對值越大, 表示增產(chǎn)效果越好。,換成常用對數(shù)，得：,最簡單的試井解釋模型,寫成壓差形式：,目錄,一、試井定義 二、試井的目的 三、試井的重要性 四、試井工藝與試井分類 五、試井分析技術(shù)的發(fā)展 六、不穩(wěn)定試井分析基礎(chǔ) 七、無因次變量 八、疊加原理 九、試井解釋程序,六、無因次變量,一般的物理量都具有因次，并可用基本因次表示出來。,面積：L2 產(chǎn)量：L3/t,也有一些量不具有因次。如含油飽和度、孔隙度等。,為了一定目的，常常把某些具有因次的物理量無因次化，即引進(jìn)新的無因次量，或稱為無量綱量。 用下標(biāo)“D”表示“無因次”。,無因次壓力：,無因次時間：,無因次變量,無因次變量,無因次井筒儲集常數(shù)：,無因次距離：,無因次變量,無因次的定義不是唯一的,用井的半徑定義,用關(guān)井時間定義,用油藏面積定義,用裂縫半長定義,無因次變量,無因次變量,無因次變量,1、關(guān)系式變得很簡單，易于推導(dǎo)、記憶和應(yīng)用 2、由于使用的是無因次量，所以導(dǎo)出的公式不受單位制的影響和限制, 因而使用更為方便。 3、可以使得在某種前提下進(jìn)行的討論具有普遍的意義。,使用無因次量的優(yōu)點：,目錄,一、試井定義 二、試井的目的 三、試井的重要性 四、試井工藝與試井分類 五、試井分析技術(shù)的發(fā)展 六、不穩(wěn)定試井分析基礎(chǔ) 七、無因次變量 八、疊加原理 九、試井解釋程序,八、疊加原理,所謂“疊加原理”就是：如果某一線性微分方程的定解條件也是線性的，并且它們都可以分解成若干個定解問題，而這幾個定解問題的微分方程和定解條件相應(yīng)的線性組合，正好是原來的微分方程和定解條件，那么，這幾個定解問題的解相應(yīng)的線性組合就是原來的定解問題的解。 將疊加原理應(yīng)用到試井問題上, 可以說成：油藏中任一點的總壓降，等于油藏中每一口井的生產(chǎn)在該點所產(chǎn)生的壓降的代數(shù)和。,將疊加原理應(yīng)用到試井問題上, 可以說成： 油藏中任一點的總壓降，等于油藏中每一口井的生產(chǎn)在該點所產(chǎn)生的壓降的代數(shù)和。,使用疊加原理時應(yīng)注意：,各井都應(yīng)在同一水動力系統(tǒng),疊加原理,井A的壓力變化,井A,井B,井C,dAC,dAB,？,qA,qC,qB,疊加原理多井系統(tǒng)的應(yīng)用(空間上的疊加形式）,疊加原理多井系統(tǒng)的應(yīng)用(空間上的疊加形式）,由疊加原理可知：井 A 的壓力變化為,上式中PA、PB-A、PC-A分別表示A、B、C井以qA、qB、qC生產(chǎn)時，在井A產(chǎn)生的壓降。,井A,井B,井C,疊加原理多井系統(tǒng)的應(yīng)用(空間上的疊加形式）,若 t 處于徑向流動期，則,疊加原理變產(chǎn)量系統(tǒng)的應(yīng)用(時間上的疊加形式）,如果井以若干不同產(chǎn)量生產(chǎn)，也可看作多井系統(tǒng)的問題，但此時井間距離為零。,q,t,q1,t1,q2,t2,q3,0,t2,t1,t2,t1,疊加原理變產(chǎn)量系統(tǒng)的應(yīng)用(時間上的疊加形式）,q,t,q1,0,井,q,t,q2-q1,0,井,q3-q2,井,t,q,q,t,q1,q2,q3,0,疊加原理變產(chǎn)量系統(tǒng)的應(yīng)用(時間上的疊加形式）,這“三口井”所造成的壓差之和p p1+ p2+ p3便是該井的壓力變化，即：,目錄,一、試井定義 二、試井的目的 三、試井的重要性 四、試井工藝與試井分類 五、試井分析技術(shù)的發(fā)展 六、不穩(wěn)定試井分析基礎(chǔ) 七、無因次變量 八、疊加原理