1、第二章 试井理论部分,试井,根据渗流力学中稳定流与非稳定流两类问题，可把试井分为稳定试井与不稳定试井两大类。,稳定试井,逐步改变井的工作制度，对自喷井是改变油嘴直径；对气举井是改变进气量；对抽油机井是改变冲程和冲次等），测量每一个工作制度下稳定的井底压力及产液（油）量、产气量、含水率、含砂量。这种试井方法称稳定试井，也叫系统试井。,不稳定试井,用改变采油井与注水井的工作制度，使井底压力发生变化，根据井底压力变化资料研究油井、气井、注水井控制范围内的地层参数、井底完善程度、推算目前地层压力、判断井附近断层的位置以及封闭状况等。因井底压力变化是一个不稳定的过程，这种试井方法称为不稳定试井。,等时试
2、井,等时试井是气井的一种产能测试方法。测试时使气井以某一稳定流量生产一段时间，然后关井使压力恢复到稳定状态，如此循环进行四个以上流量的测试。最后一个流量测试的生产时间应延长到稳定流状态。,干扰试井,干扰试井是指试井时，通过改变激动井的工作制度（如从关井转为开井生产，从开井生产改为关闭，或者改变激励井的产量等），使周围反映井的井底压力发生变化，并用高灵敏度的压力计连续记录下来，然后根据这些测试资料来确定地层的连通方向和断层的封闭程度，求出井间地层的流动系数，导压系数等参数。干扰试井亦称为多井不稳定试井，又称水文勘探。,脉冲试井,指试井时，周期性地改变激动井（脉冲井）的生产状况（开井与关井），使其
3、产生一系列短时压力脉冲，用高灵敏度的压力计连续记录反映井由压力脉冲引起的压力变化。根据压力变化资料，可以确定油层连通情况、油层导压系数、流动系数和储能系数的分布状况。,探边测试,指用较长的测试时间，使流体达到拟稳定流状态，以获得拟稳定压力降落数据的一种压力降落试井方法。它可以计算单井控制地质储量和井到封闭边界的距离，判断是否存在断层等。,目 录,试井仪表,试井工艺,试井设计,稳定试井分析,不稳定试井的原理和有关概念,试井仪表,井下电子压力计测试系统是试井设备的主要组成部分，井下电子压力计测试系统除井下压力传感器外，还配有信息转换、计算机、绘图仪、打印机等。按其工作方式可分为地面直读式电子压力计
4、测试系统和井下储存式电子压力计测试系统。,试井仪表,试井仪表,试井设计是有效地进行试井的必要程序，根据勘探、开发工作的实际需要和油田地质、油藏工程技术人员提出的试井要求编制而成。试井设计是测试部门编制试井工艺设计、进行现场施工的依据。制定一个合理的试井方案应遵循以下几个原则：,试井设计,试井设计,1）以最经济的方式取得最完善的试井测试数据，执行设计确定的试井方式、试井时间和适宜的测试仪表性能。 2）有效的论证分析方法。把采集的数据转换为尽可能多而切实可信的地层参数。 3）提供切实可行的测试方法和工艺技术。,稳定试井也可称为系统试井，其具体做法是：依次改变井的工作制度，待每种工作制度下的生产处于
5、稳定时，测量其产量和压力以及其它有关的资料；然后根据这些资料绘制指示曲线、系统试井曲线；得出井的产能方程，确定井的生产能力、合理工作制度和油藏参数。,稳定试井分析,稳定试井的分析,稳定试井的分析,一、稳定试井原理和测试方法,1、原理,达西定律告诉我们：平面径向流的井产量大小主要决定于油藏岩石和流体的性质（即 ），以及生产压差。因此，测出井的产量和相应压力，就可以推断出井和油藏的流动特性，这就是稳定试井所依据的原理。,稳定试井的分析,2、测试方法,（1）工作制度的测点数及其分布每一工作制度以45个测点较为合适，但不得少于三个，并力求均匀分布。 （2）最小工作制度的确定原则在生产条件允许情况下，使
6、该工作制度的稳定流压尽可能接近地层压力。 （3）最大工作制度的确定原则在生产条件允许情况下，使该工作制度的稳定油压接近自喷最小油压。 （4）其它工作制度的分布在最大、最小工作制度之间，均匀内插23个工作制度。,1）确定工作制度,稳定试井的分析,（1）、测地层压力试井前，必先测得稳定的地层压力。 （2）、工作制度程序一般由小到大（也可由大到小，但不常采用）依次改变井的工作制度，并测量其相应的稳定产量、流压和其它有关数据。 （3）、关井测压最后一个工作制度测试结束后，关井测地层压力和压力恢复。,2）一般测试程序,稳定试井的分析,1）指示曲线生产压差与产量的关系曲线称为指示曲线。 2）系统试井曲线产
7、量、流压、含水率、含砂量、生产油气比等与工作制度的各个关系曲线总称系统试井曲线。 3）流入动态曲线（IPR）流压与产量的关系曲线一般称流入动态曲线。,二、试井曲线,1、概念,稳定试井的分析,1）使用同一个地层压力当试井前、后测得的两个地层压力（设为PR1和PRn）的差别没有实际意义时，所有工作制度的生产压差可取同一个地层压力。 2）使用不同的地层压力当上述PR1和PRn的差别较大时，除第一和最后一个工作制度取实际值外，其余各工作制度的地层压力由下式确定：,PRi第I（i=1、2、3、n)个工作制度的地层压力，MPa,2、绘制试井曲线时地层压力的处理,Qpi第i(i=1、2、3、n)个工作制度末
8、的累积产量，m3,图1 指示曲线类型,稳定试井的分析,3、指示曲线类型 油井指示曲线型态可分为四种基本类型，如图1所。,1）直线型（曲线I）,2）曲线型（曲线）,3）混合型（曲线）,4）异常型（曲线）,稳定试井的分析,1）直线型（图1曲线I）,直线型指示曲线的特 征为：过原点的直线，其 成因是：单相达西渗流， 一般在较小生产压差条件 下形成。直线型指示曲线 并不永远存在，当工作制 度不断增大时，单相达西 流将逐渐转变为单相非达 西流或油气两相流。此时， 直线便发生弯曲，形成混 合型指示曲线。,图1 指示曲线类型,稳定试井的分析,2）曲线型（图1曲线）,曲线型指示曲线的特征为：过原点的曲线，且凹
9、向压差轴，其成因是：单相非达西流或油气两相渗流，一般在较大生产压差或流压小于饱和压力时形成。,图1 指示曲线类型,稳定试井的分析,图1 指示曲线类型,3）混合型（图1曲线）,混合型指示曲线的特征为：开始为过原点的直线，然后变成凹向压差轴的曲线。直线部分为单相达西渗流；曲线部分的可能成因：随着生产压差的增大，油藏中出现了单相非达西流，增加了额外的惯性阻力；随着生产压差增大、流压低于饱和压力、井壁附近地层出现了油气两相渗流，油相渗透率降低，粘滞阻力增大。,稳定试井的分析,4）异常型（图1曲线）,异常型指示曲线的特征为：过原点凹向产量轴的曲线，其可能成因是：相应工作制度下的生产未达稳定，测得的数据不
10、反映测试所要求的条件；新井井壁污染，随着生产压差增大，污染将逐渐排除；多层合采情况下，随着生产压差增大，新层投入工作。由上所述，异常型曲线并非一定是错误的，应根据具体情况分析。若为原因（1），则必须重新进行测试。,图1 指示曲线类型,稳定试井的分析,三、单相流稳定试井分析,1、线性产能方程及其确定图1直线型指示曲线I可用以下线性方程表示：,线性产能方程的确定：根据测试工作制度的产量和压力数据，作图于pp q的座标系上得直线，量出直线的斜率，其倒数即为J，于是便确定了方程（1）。,q=Jpp,(1),产量，m3/d,采油指数，m3/dMPa,生产压差，MPa,稳定试井的分析,2、指数式产能方程及
11、其确定 1）指数式产能方程其指示曲线如图1中的曲线，各测点流压均高于饱和压力。曲线可用以下指数式方程表示。当n=1时，式（2）变为式 q=Jpp ，此时 C=J。 2）系数C、n的确定在双对数坐标系中，以q为纵轴，、（pR - pwf）为横轴作图得一直线，称指数式特征曲线。读得该直线在纵轴上的截距为C，斜率为n，于是便确定了方程（2）。,(2),q=C(pR-pwf)n,系数,指数，n1,地层压力，MPa,流压，MPa,稳定试井的分析,其指示曲线如图1中的曲线，各测点的流动条件同上。曲线除上述用指数式方程表示外，还可用二项式方程表示：pp=aq+bq2 (3) 式中 a和b为二项式系数；系数a
12、、b的确定：将方程（3）变为二项式特征方程pp/q=a+bq (4)以pp/q为纵轴、q为横轴，在直角坐标系上作图得一直线，称二项式特征曲线，量得该直线在纵轴上的截距为a，斜率为b，于是便可确定方程（3）。,3、二项式产能方程及其确定,稳定试井的分析,1）整理试井资料（1）试井数据列表：将各工作制度下取得的数据列表。（2）绘制试井曲线绘制系统试井曲线，利用这一曲线可确定油井的合理工作制度。绘制指示曲线，根据生产压差pp和产量q作ppq图。,4、单相流稳定试井资料解释,稳定试井的分析,2）确定产能方程由绘制的指示曲线，判断指示曲线类型；由各所属类型确定产能方程。如果指示曲线类型属于图1中曲线，则
13、这种混合型指示曲线的直线部分和曲线部分的产能方程要按上述方法分别确定。 3）计算油藏参数（1）直线型指示曲线当油藏中流体处于单相（液相）达西流动时，指示曲线为直线，以此直线可计算以下参数：,稳定试井的分析,采油指数J。在直线上任取一点（q，pp），按式（1）求得采油指数： J=q/pp油层渗透率。利用求得的采油指数J，由拟稳态流动方程求得平均渗透率KJ,（5）,稳定试井的分析,估算地层压力 将式（1）整理可得。,由pwf和q数据作曲线，将直线外推至q=0处，对应的pwf读数即是地层压力pR。,稳定试井的分析,当油藏中流体处于单相非达西流动，其指示曲线为曲线型。此时，可计算以下地层参数：,式中
14、S表皮系数，由不稳定试井法求得或类比法近似估计；, 地层渗透率。,（6）,（2）曲线型指示曲线,稳定试井的分析,稳定试井的分析,当测试期间开始为单相达西流，而后逐渐转变为单相非达西流动时，其指示曲线为混合型。此时，地层参数的计算在直线部分和曲线部分分别依照上述方法求解。,（3）混合型指示曲线,稳定试井的分析,4）确定井的合理工作制度,在混合型指示曲线上找出直线部分与曲线部分的切点（即直线部分的终点或曲线部分的起点），该点所对应的产量和生产压差称合理产量和合理生产压差；以此合理产量或压差在系统试井曲线上所对应的工作制度（或油嘴）称合理工作制度（或合理油嘴）。在此工作制度下，如果系统试井曲线的其它
15、参数不太合理，则应重选合理的产量和压差，直至系统试井曲线的含砂量（Sct）不超过标准，含水率（fw）也无明显上升（在油气两相流动时，还应观察生产油气比的变化）。如果指示曲线为直线型或曲线型，则合理工作制度应在系统试井曲线图中确定。,稳定试井的分析,5）定性判断井壁污染和流动状况,由二项式方程的特征曲线的形态可定性地判断井壁存在污染的程度，井壁附近的紊流强弱和地层渗透性好坏。,四、油气两相流稳定试井分析方法（略）,当油藏中流体的流动处于平衡状态（静止或稳定状态）时，若改变其中某一口井的工作制度即改变流量（或压力），则在井底将造成一个压力扰动，此扰动将随着时间的推移而不断向井壁四周地层径向地扩展，
16、最后达到一个新的平衡状态。这种压力扰动的不稳定过程与油藏、油井和流体的性质有关。因此，在该井或其他井中用仪器将井底压力随时间的变化规律测量出来，通过分析，就可以判断和确定井和油藏的性质。这就是不稳定试井的基本原理。,不稳定试井原理和有关概念,不稳定试井的原理和有关概念,不稳定试井的原理和有关概念,2、试井分析中的有关概念,(1) 井筒储存效应试井的早期资料总是或多或少受井筒储存效应影响，现举液体充满井筒情形的压降试井为例进行解释。开井时，设井口产量为q,由于井筒中的流体具有弹性，井口开井效应传至井底要经历一定的时间；在开井后的一段短时间t1内，产出的原油完全是由于井筒中受到压缩的原油膨胀的结果
17、，油藏中并无流体流入井内，即井底产量qsf=0。只有当井口开井效应传至井底，qsf才由0逐渐上升，再经过t2时间才达到q（图4）。,图4井筒卸载效应示意图,不稳定试井的原理和有关概念,在t2这段时间产出的原油一部分是由于油藏中原油流入井筒的结果，而另一部分仍是由于井筒流体的弹性膨胀。这种现象称为井筒卸载效应。在压力恢复情形，关井时虽然井中产量立即变为0，但油藏中仍有流体继续流入井内，即井底产量qsf并不为0，而是在t1的短时间内逐渐由q下降至0（图5）。这种现象叫井筒续流效应。如同井筒卸载现象一样，它也是井筒流体的弹性或压缩性引起的。,图5 井筒续流效应示意图,不稳定试井的原理和有关概念,井筒
18、卸载效应和井筒续流效应统称为井筒储存效应，可用井筒储存系数C（或称井筒储集常数）来表示：,（18）,井筒储存系数，m3/MPa,井筒中流体体积的变化,井底压力的变化，MPa,不稳定试井的原理和有关概念,当井筒中充满单相流体时：,当井筒中存在两相界面时（即液面不到井口）：,（19）,井筒中弹性流体容积（井筒容积），m3,井筒条件下的流体压缩系数，MPa-1,单位长度井筒的容积，m3/m,井筒条件下流体的密度，t/m3,井筒储存系数C的计算公式可表示为：,不稳定试井的原理和有关概念,(2)表皮效应,在钻井和完井作业中，产层井壁受完井液（如泥浆、水泥浆、射孔液和压井液等）侵入的影响，井壁附近地层的渗
19、透率受到损害，流动阻力增大，形成一个与原地层特性不同的“表皮”区。当流体通过这一“表皮”区时，便产生一个正的附加压降ps（图6）。,图6 正表皮时的压力分布,不稳定试井的原理和有关概念,反之，另一些井采用深度射孔、酸化或压裂等措施，使井壁附近的地层的渗透率变大，流动能力增强，形成所谓负“表皮”。当流体通过负“表皮”区时，产生一个负附加压降ps（图7）。,图7 负表皮时的压力分布,不稳定试井的原理和有关概念,上述这两种现象通称表皮效应。表皮效应用表皮系数S来度量，其定义为：,（20）,不稳定试井的原理和有关概念,不稳定试井的原理和有关概念,流动效率,流动效率也是表征井壁附近区域污染情况的一个参数
20、。它定义为实际采油指数Joa与理想采油指数Joi 之比：,（23）,或,（24）,泄油面积内平均油藏压力，MPa,霍纳直线段外推压力，MPa,不稳定试井的原理和有关概念,表8 均质油藏完井质量评价,从Ps、FE、DR和rwe的计算公式可知，它们都与S值有关。,堵塞比DR堵塞比（DR）也是表征井壁附近区域污染情况的一个参数。其定义是理想采油指数Joi与实际采油指数Joa之比（即流动效率FE的倒数）：,表8给出了完井质量的评价参数。,（25）,不稳定试井的原理和有关概念,（3）探测半径ri,探测半径是不稳定试井设计和分析中的一个重要概念，我们可简单地理解为：当井的产量（或注入量）瞬时改变后，在某一
21、给定时间内压力扰动前缘所达到的距离，用ri 表示。其大小由压降测试时间和油藏岩石和流体的性质决定，并与测试仪表的分辩率有关，但与产量或注入量的大小无关。对于均质圆形油藏一口井的情况，探测半径可用下式计算：,(26),探测半径，m,孔隙度，小数,压降测试时间，h,总压缩系数，MPa-1,不稳定试井的原理和有关概念,应该注意：探测半径是一种不稳定流动属性，所以不应超出泄油半径的范围。对于井不在圆形油藏的中心或非圆形油藏边界的情形，探测半径小于井离最近边界的距离。一旦见到油藏边界反应之后，式（26）就不再适用了。这就是说，ri必满足：rire 或 rid式中 re位于圆形油藏中心的井的泄油半径，m；
22、d井离最近边界的距离，m。,不稳定试井的原理和有关概念,（4）不稳定流动、拟稳定流动和稳定流动,实际油藏中存在两种流动状态：不稳定流动和拟稳定流动。油井开井后的一段时间，压力扰动是瞬时变化的，油在油藏中成不稳定流动。当压力扰动扩展到了油藏的整个封闭边界以后，就出现了拟稳定流动。拟稳定流动的特征是压力Pwf随时间匀速下降,它们在直角坐标系上呈一条直线。稳定流动的特征是，压力与时间无关。显然这是一种理想情况，实际上是不存在的,即使保持严格的注采平衡，稳定流动也很难实现。除非油藏处于所谓的纯刚性驱动。,不稳定试井的原理和有关概念,不稳定试井的原理和有关概念,这里只介绍用于压力降落和恢复试井解释的图版
23、。常见的试井解释图版有雷米（Ramey）解释图版、格林加坦（Gringarten）解释图版等。格林加坦等人研制成功的多种模型解释图版，具有较多的优点，并且已经在我国推广使用。这里仅以均质格林加坦（Gringarten）解释图版为例做以简要介绍。,2、解释图版及其应用,不稳定试井的原理和有关概念,（1）图版说明,不稳定试井的原理和有关概念,下面以大庆油田一口油井的压力恢复数据为例进行分析, 地层基础数据见表12，原始压力数据略。,表12 地层基础数据表,实例分析, 在同一张双对数坐标纸上，画出p-t曲线和的导数曲线，并与 压力和导数图版相 拟合。,不稳定试井的原理和有关概念,双对数压力和导数拟合
24、图,第一步：初拟合, 计算压差： 和 ,见图,不稳定试井的原理和有关概念,图29、图30分别是纯井筒储存阶段和径向流动阶段的特征直线，计算的参数为：p*=11.435Mpa C=0.4795 K=0.0248 S=-3.8064,图29 井筒存储分析图,图30 半对数分析图,第二步：特征直线分析,不稳定试井的原理和有关概念,双对数压力和导数拟合图,第 三 步：终 拟 合,结 果 见 图，双 对 数 解 释 结 果 为：,不稳定试井的原理和有关概念,图31 无因次双对数检验图,第四步：结果一致性检验,一致性检验图见图31、图32、图33。,图32 无因次压力叠加图,图33 压力历史拟合图,不稳定试井的原理和有关概念,有关其它模型（双重孔隙介质、复合油藏、双渗油藏、水平裂缝以及垂直裂缝模型等）的试井分析过程与上述方法类似，不在赘述。,由一致性检验图可知此次解释拟合良好，解释结果见表13。,表13 试井解释结果,谢谢！,
