穩(wěn)定試井和不穩(wěn)定試井.doc

穩(wěn)定試井與不穩(wěn)定試井第一部分 油氣井試井 第一章 穩(wěn)定試井 第一節(jié) 油井穩(wěn)定試井 一、原理 達(dá)西定律告訴我們:平面徑向流的井產(chǎn)量大小主要決定于油藏巖石和流體的性質(zhì)(即Kh)，以及生產(chǎn)壓差。因此，測出井的產(chǎn)量和相應(yīng)壓力，就可以推斷出井和油藏的流動特性，這就是穩(wěn)定試井所依據(jù)的原理。 穩(wěn)定試井也可稱為產(chǎn)能試井。其具體做法是:依次改變井的工作制度，待每種工作制度下的生產(chǎn)處于穩(wěn)定時，測量其產(chǎn)量和壓力及其它有關(guān)資料;然后根據(jù)這些資料繪制指示曲線、系統(tǒng)試井曲線、流入動態(tài)曲線;得出井的產(chǎn)能方程，確定井的生產(chǎn)能力、合理工作制度和油藏參數(shù)。 本章主要介紹自噴油井的穩(wěn)定試井。 二、測試方法 (一)定工作制度 1.工作制度的測點數(shù)及其分布 每一工作制度以45個測點較為合適，但不得少于三個，并力求均勻分布。 2.最小工作制度的確定原則 在生產(chǎn)條件允許情況下，使該工作制度的穩(wěn)定流壓盡可能接近地層壓力。 3.最大工作制度的確定原則 在生產(chǎn)條件允許情況下，使該工作制度的穩(wěn)定油壓接近自噴最小油壓(例如，取0.31.0Mpa)。 4.其它工作制度的分布 在最大、最小工作制度之間，均勻內(nèi)插23個工作制度。 (二)一般測試程序 1.測地層壓力 試井前，必先測得穩(wěn)定的地層壓力。 2.工作制度程序 一般由小到大(也可以由大到小，但不常采用)依1 圖11油井指示曲線類型 次改變井的工作制度，并測量其相應(yīng)的穩(wěn)定產(chǎn)量、流壓和其它有關(guān)數(shù)據(jù)。 3.關(guān)井測壓 最后一個工作制度測試結(jié)束后，關(guān)井測地層壓力或壓力恢復(fù)。 三、線性產(chǎn)能方程及其確定 圖 11直線型指示曲線I可用以下線性方程表示: (61) q,J,pp3式中:q產(chǎn)量，m/d 3 J采油指數(shù)，m/d?MPa p生產(chǎn)壓差，MPa P線性產(chǎn)能方程的確定 根據(jù)測試工作制度的產(chǎn)量和壓力數(shù)據(jù)，作圖于?p,q的坐標(biāo)系上得直線，量出直線的p斜率，其倒數(shù)即為J。 四、指數(shù)式產(chǎn)能方程及其確定 1.指數(shù)式產(chǎn)能方程 2.系數(shù)C、n的確定 五、二項式產(chǎn)能方程及其確定 六、油井穩(wěn)定試井資料解釋 ,一,解釋步驟和方法 1( 整理試井資料 (1)試井?dāng)?shù)據(jù)列表。 (2) 繪制試井曲線。 1) 繪制系統(tǒng)試井曲線，系統(tǒng)試井曲線如圖(14)。利用這一曲線可確定油井的合理工作制度。 ,p,p,q2) 繪制指示曲線，根據(jù)表11的生產(chǎn)壓差和產(chǎn)量q作圖。 pp2( 確定產(chǎn)能方程 由繪制的指示曲線，判別指示曲線類型;由各所屬類型確立產(chǎn)能方程直線型指示曲線 當(dāng)油藏中流體處于單相(液相)達(dá)西流動時，油井指示曲線為直線，以此直線可計算以下參數(shù): q,p1) 采油指數(shù)J。在直線上任取一點(，)，按式1-1求得采油指數(shù): pJ,q/,p pK2) 油層滲透率。利用求得的采油指數(shù)J，由擬穩(wěn)態(tài)流動方程求得平均滲透率 j2 r3eJBlnS,31.84210(),，,，r4w (19) K,jh2式中K泄油區(qū)平均滲透率，m; j地層原油粘度，mPa.s; 33B地層原油體積系數(shù)，m/ m; h油層有效厚度，m; r泄油半徑，m; er油井半徑，m; wS表皮系數(shù)。 式(19)中、B值可由實驗室或從本手冊附錄中查取;h由測井資料取得;r由地質(zhì)資e料提供，它的取值大小對計算值影響不大。 (1) 曲線型指示曲線 當(dāng)油藏中流體處于單相非達(dá)西流動，其指示曲線為曲線型。此時，可計算以下地層參數(shù): 1)地層滲透率。通過二項式方程(25)的系數(shù)a與擬穩(wěn)態(tài)流方程相對應(yīng)，可算出地層滲透率: r3e3BS,，1.842，10,ln,，r4w (110) K,ah式中 S表皮系數(shù)，由不穩(wěn)定試井法求得或類比法近似估計;其它符號同前。 2)計算不同流壓下的產(chǎn)量。如果地層壓力仍保持試井期間p，則任一流壓(p)下的產(chǎn)Rwf量由下式確定 aa4b(pp)2,，,Rwf (111) q,2b若p等于自噴最小流壓，則由上式可得油井的自噴最大產(chǎn)量。 wf第二章 不穩(wěn)定試井 由巖心分析得到的地層滲透率只能代表取心井點處的絕對滲透率。它的優(yōu)點是能準(zhǔn)確反映滲透率沿地層厚度的變化，但對確定產(chǎn)能則意義不大。用地球物理方法求滲透率大都必須依據(jù)巖心分析或其他資料，而且精度不高，也只能代表井底周圍附近地帶的情況。只有用試井的辦法才能求出與井的產(chǎn)能直接相關(guān)的、代表井附近較大范圍的平均有效滲透率，也只有通過試井才能確定工藝條件變化(例如油層堵塞和改造措施)引起的滲透率變化以及相應(yīng)的產(chǎn)能變化。與巖心分析相比，試井工藝簡單，成本低廉，在整個開發(fā)過程中隨時都可進(jìn)行，每口井都可以做。試井所取得的參數(shù)是開發(fā)工作所需要的。 壓力是開發(fā)油田的重要數(shù)據(jù)，如何才能在盡可能短的關(guān)井時間內(nèi)求得準(zhǔn)確的地層壓力，也是試井所需解決的一個問題。 僅僅根據(jù)地質(zhì)和地球物理資料往往很難斷定斷層和地層相變界限和封閉性。試井則可以為判斷由藏界限提供很有價值的信息。只有通過試井才可以求出由于井的滲流不完善造成的附加阻力(表皮效應(yīng))的可靠值。 3 穩(wěn)定試井可以求得采油指數(shù)，但耗時費事。雖在確定油井工作制度方面有獨特作用，而在求地層參數(shù)方面，則主要依據(jù)不穩(wěn)定試井。五十多年來試井作為認(rèn)識油層的一個主要手段，其理論與工藝迅速發(fā)展，應(yīng)用范圍日益廣泛。 一、基本微分方程式 假設(shè)地層是均質(zhì)等厚各項同性的，其中只含一種可運(yùn)動的流體，地層及其中所含流體的壓縮性和壓力梯度都很小，而且二者的壓縮系數(shù)是常數(shù)，滲流過程是等溫的，則在地層內(nèi)任一點上有: 222,p,p,p,p (21) (，),222,t,x,y,zK, ,CtC,C，Ctfe2式中:導(dǎo)壓系數(shù)，cm/s 2 K滲透率，m粘度，mp?s a孔隙度，f C總壓縮系數(shù)，1/mpa tC地層(孔隙體積)的壓縮系數(shù)，1/mpa fC液體的壓縮系數(shù)，1/mpa e一般假設(shè)地層是水平的。如果只有一口井鉆穿整個地層厚度(滲流完善井)，則用極坐標(biāo)表示方程(22)比較方便，其形式為: 1,p,p,(r), (22) r,r,r,t式中r為自井中心量起的矢徑。對于超高壓地層，由于滲透率、孔隙度和壓縮系數(shù)都可能隨壓力而改變，且壓縮系數(shù)值可能較大，這時使用方程220和221時要慎重。 理論分析和實踐都證明上述方程都可安全用于實際油藏，不過其中的滲透率和孔隙度應(yīng)理解為該井影響范圍內(nèi)的平均值。 方程2-1所表示的是地層內(nèi)由于壓力不平均而發(fā)生滲流時，壓力與坐標(biāo)、時間和地層與流體性質(zhì)之間必須滿足的關(guān)系，其中不包含造成壓力不平均的原因。因此要解決任何實際問題必須同時考慮造成壓力不平均的初始和邊界條件。井底壓力維持在低于原始壓力的某一常數(shù)值，或井以常產(chǎn)量生產(chǎn)，就是常見的造成壓力不平均的原因，我們稱之為內(nèi)邊界條件。油藏邊界上的壓力維持不變，或油藏邊界是不滲透的，我們稱之為外邊界條件。在我們開始研究的那一瞬間，地層內(nèi)的壓力可能是平衡的例如到處都等于原始地層壓力;也可能是按某種規(guī)律變化著例如是坐標(biāo)對數(shù)的函數(shù)，這就是初始條件。初始和邊界條件都是造成壓力不平衡的原因。 4 油藏工程中常遇到的初始條件有: p|=p , r,r?r t=0iwe若外邊界是不滲透的，則外邊界條件為: ,p|=0 r,re,r若外邊界為穩(wěn)定的供給區(qū)，其上的壓力維持不變，則有: |= pr,rpei內(nèi)邊界條件主要有兩種，一為產(chǎn)量q為常數(shù)，即: ,p1|= r,rq,w,r,khr20w另一種為井底壓力保持在p不變，即 w|= pr,rpww式中 p原是地層壓力，mPa ip井底壓力，mPa w3q產(chǎn)量，?/s r油藏半徑，? er井的半徑，? w微分方程與初邊條件一起構(gòu)成定解條件。 井的工作制度改變時，壓力變化是逐步往外傳播的，一直到壓力變化到邊界上。我們稱壓力變化傳到邊界以前這段時間為傳播期。在傳播期內(nèi)，外邊界的影響極小，可以忽略不計。此時無論地層是有限的，還是無限的，其中的壓力分布規(guī)律幾乎都是一樣的。在傳播期內(nèi)，可以假設(shè)地層是無限大的。傳播期也有人叫第一時期。 壓力變化傳到油藏邊界以后，或是引起外面液體進(jìn)入油藏，當(dāng)進(jìn)入量與采出量相等時，形成穩(wěn)定流(定常流);或是外邊界是不滲透的，地層內(nèi)各點壓力均開始下降。這是若產(chǎn)量仍維持不變，由于外邊沒有液體補(bǔ)充，地層內(nèi)各點的滲流速度逐漸變?yōu)槌?shù)，亦即各點的壓力梯度變?yōu)槌?shù)。此時壓力分布曲線平行下降，即地層內(nèi)1) 各點的壓力下降速度相等，(見圖2,p,cr,r,r， we,t顯然，平均壓力的下降速度必與任何一點的壓力下降速度一致。按照物質(zhì)平衡原理有: ,p ,CV,q tp,t3式中:V地層孔隙體積，? P5 圖21擬穩(wěn)定平面徑向流 ,平均地層壓力，mPa p于是有: ,pqpq, (23) 2tCtVpt,hCrte各點壓力下降速度相等的時期叫做擬穩(wěn)定期。傳播期與擬穩(wěn)定期之間稱為過渡期。 二、 油井壓降試井 勘探階段我們希望以最少的井獲得最多的信息，尤其希望盡早知道油藏的大小和儲量，哪怕有個數(shù)量級的概念也好。在開發(fā)階段某些嚴(yán)重出砂井和高油氣比井一旦關(guān)井再恢復(fù)生產(chǎn)很困難。所有的井要關(guān)井試井都會對完成產(chǎn)量任務(wù)有影響。壓降試井法就是在保持井的產(chǎn)量基本不變的條件下，通過連續(xù)測量井底壓力來獲取有關(guān)信息的。這個方法能滿意地解決上述問題。但維護(hù)產(chǎn)量不變(或連續(xù)測量產(chǎn)量)比連續(xù)測壓困難得多，所以這個方法在實際中的應(yīng)用不如后面要講到的壓力恢復(fù)法廣泛。尋找斷塊和巖性油藏時，在第一口探井上就用本法可以迅速認(rèn)識油層，得到油藏大小的資料，從而節(jié)省了勘探投資，縮短了勘探時間。 井以常產(chǎn)量q生產(chǎn)，井底壓力p必然要連續(xù)下降，生產(chǎn)初期處于傳播期，邊界影響微wf弱，可以認(rèn)為地層是無限的。給(625)式加上表皮效應(yīng)，并將自然對數(shù)變成常用對數(shù)得: ,2.21076qBK, (27) ,lg，lg，0.86859，1.90768pptSwfi2,Kh,Crtw,3式中 q地面脫氣原油產(chǎn)量，m/d; B原油體積系數(shù); 地下原油粘度，mPa.s -3 K地層有效滲透率，10? h 油層有效厚度，m; 生產(chǎn)時間，h; t油層孔隙度; C總壓縮系數(shù)，1/MPa tr井的半徑，cm wS表皮效應(yīng); p原始地層壓力，MPa i p井底流壓，Mpa wf在有束縛水，沒有自由氣的條件下， C=SC+(1-S)C+Ctwiwwiot 式中 S束縛水飽和度; wiC地層水的壓縮系數(shù)，1/MPa wC地層原油壓縮系數(shù)，1/MPa o6 圖2-4 壓力恢復(fù)示意圖 C地層孔隙壓縮系數(shù)，1/MPa f將測得的不同時刻的井底流壓點到以pwf 為縱坐標(biāo)，lgt為橫坐標(biāo)的坐標(biāo)紙上(225)得到一條直線。由于井筒容積的影響建立起地下與地面相一致的產(chǎn)量需要一段時間，之后半對數(shù)直線段才會出現(xiàn)。 三、油井壓力恢復(fù)試井 壓力恢復(fù)試井施工方便，能獲得油藏和井底的許多參數(shù)，是不穩(wěn)定試井中用途最廣的一種方法。本方法要求關(guān)井測井底流壓前要有一段穩(wěn)產(chǎn)時間，理論上要求關(guān)井前的產(chǎn)量一直不變。從某一時刻起將井的產(chǎn)量突然降到零，例如用封隔器在井下關(guān)井，測井底壓力會由下降轉(zhuǎn)為回升(圖2-4)?；厣目炻c油層的性質(zhì)和井筒條件有關(guān)。 我們利用疊加原理來研究壓力恢復(fù)的規(guī)律。設(shè)井以常產(chǎn)量q生產(chǎn)了t時間后關(guān)井，t為從關(guān)井起經(jīng)過的時間，則關(guān)井后的井底壓力t的函數(shù)，記為p(t)。我們把關(guān)井看作wf是從t時刻起在原井位處又鉆一口注入井，注入量恰好等于采出量。為了便于理解，可以設(shè)想t時刻起從油管采出的液體又原封不動地從套管注回地層，這樣從地層采出的液量為零，其效果與關(guān)井一樣。原來生產(chǎn)井的工作時間為t+t，假想注入井的工作時間為t，注入量與采出量q。在同一井位上的兩口井在地層中任意點，特別是在井壁上造成的壓力變化應(yīng)等于這兩口井中每一口井單獨工作在同一點、同一時刻所造成的壓力變化的代數(shù)和。 注入井造成的是壓力升;生產(chǎn)井造成的是壓力降，二者符號相反。 假設(shè)過程處于傳播期。換成油藏工程常用單位，(2-25)得: 2.12076qB,t,p,p，lg (2-8) wsiKht，,t,tlg若P(t)點到以為橫坐標(biāo)，以P為縱坐標(biāo)的圖上得到一