試井分析及理論基礎(chǔ)

1、第三章 油藏動態(tài)檢測原理與方法 油藏工程原理與方法1本章主要內(nèi)容 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)測井分析方法第三章 油藏動態(tài)檢測原理與方法2試井與試井分析第三章 油藏動態(tài)檢測原理與方法3一、 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。 試井屬于油藏工程一個分支，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。一 試井的概念4P(t)Q(t)礦場測試示意圖PrPiP = P(r,t)一 試井

2、的概念5壓力測試：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)。 當(dāng)開井生產(chǎn)或關(guān)井測壓時(shí)，油層壓力將發(fā)生有規(guī)律的變化，并且像水波一樣地向各方向傳播，在其波及范圍內(nèi)，壓力對各點(diǎn)油層的微觀與宏觀結(jié)構(gòu)作了一次“掃描”，依據(jù)獲取的“掃描”信息，來判斷“掃描”范圍內(nèi)油層的宏觀特征以及有關(guān)參數(shù)。 井的流動特性包含了井身固有的流動特性與井身連通的油氣藏的流動特征，包括油氣藏的壓力溫度、滲流特性、邊界形態(tài)、儲量大小和井的完善程度等信息。試井分析：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

3、油田實(shí)際的重要方法。一 試井的概念6 試井分析過程：將試井中記錄的信息進(jìn)行分析處理，獲取由這些信息反映出的地層特性。 對于不同的試井手段獲取的信息將有不同的分析手段，即所謂不同的試井分析方法。 對地層的描述不同，建立的數(shù)學(xué)模型不同，也將產(chǎn)生不同的試井分析方法。盡管地下油藏形狀各異、性質(zhì)千差萬別，但是由于油藏系統(tǒng)是一個未知系統(tǒng)，而對未知系統(tǒng)的分析總是按固定的模式去進(jìn)行的。因此，從系統(tǒng)分析的角度來看，不同試井分析方法所遵循的解決問題的過程實(shí)質(zhì)上是固定的。 油藏黑箱 輸入信號 響應(yīng)信號圖 11二、試井的理論7(1)正問題:首先假設(shè)未知系統(tǒng)屬于某一系統(tǒng)；其次建立這類系統(tǒng)相應(yīng)的物理和數(shù)學(xué)模型，最后求解得

4、出一系列表征該系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)信息(數(shù)據(jù)表、曲線等)，即可求出各自的特征。(2)反問題:需對一未知油藏系統(tǒng)進(jìn)行分析，由于油藏系統(tǒng)的有限性，盡管目前其性質(zhì)未知，但它必定屬于已知(并求出了其特性)的那些系統(tǒng)中的某一種。如何來判斷它屬于哪種已知系統(tǒng)，這就是一個反問題的過程。具體地說，首先應(yīng)該對該未知系統(tǒng)施加一定的信號(試井：改變產(chǎn)量或壓力)，然后得出反映該未知系統(tǒng)特性的輸出信息(壓力或產(chǎn)量變化歷史)。 一般說來，對于一個系統(tǒng)，施加某一輸入，一定能得到某一輸出。但對于不同的系統(tǒng)施加同樣的輸入，一般將得到不同的輸出。因此，可以用不同系統(tǒng)對于一定的輸入的反映(已經(jīng)知道)即輸出來識別系統(tǒng)本身，將得到的未知系統(tǒng)的反

5、映信息和已知系統(tǒng)的那些標(biāo)準(zhǔn)信息相比較(計(jì)算、擬合等)，最后確定出未知系統(tǒng)屬于哪一類已知系統(tǒng)，從而求得未知系統(tǒng)的性質(zhì)參數(shù)。二、試井的理論8回顧：試井分析理論屬性力學(xué) = 流體力學(xué) + 固體力學(xué) + 一般力學(xué)理論流體力學(xué)（L. Euler、1755）J. L. R. dAlembert（1752）達(dá)朗貝爾佯謬粘性流體力學(xué)（C. L. M. H. Navier（1821）& G. G. Stokes（1845）N-S方程）流體力學(xué)（I. Newton、1686、1687）內(nèi)摩擦定律、Newton三大定律經(jīng)驗(yàn)流體力學(xué) = 水力學(xué) L. Prandtl（1875-1953）邊界層理論滲流力學(xué)（H. Da

6、rcy、1852-1855）多孔介質(zhì)（連續(xù)性假設(shè)）試井分析（1920-2008）三 試井的發(fā)展概況9回顧：2040年代試井分析18521855 H. Darcy確立Darcy實(shí)驗(yàn)定律，后來被流體力學(xué)理論證實(shí)。20s，測量井內(nèi)最高壓力儀器，用浮筒、回聲儀測液面。30s，連續(xù)測量井底壓力儀器，用晚期資料確定PR、K C. V. Theis（1935）發(fā)表“水井干擾不穩(wěn)定流動模型” R. D. Wyckoff & H. F. Botset（1936）提出相對滲透率的概念 M. Muskat & M. Merese（1937）飽和度概念，將Daycy定律推廣到多相滲流中 M. Muskat（1937）

7、：The Flow of Homogeneous Fluid Through Porous Media三 試井的發(fā)展概況10回顧：2040年代試井分析 40s，井間干擾資料研究儲層連通性，在不穩(wěn)定滲流中引入Laplace變換解法 C. R. Jacob（1941）礦場水井干擾試驗(yàn)、表示高速非達(dá)西影響的表皮因子思想 M. C. Leverette & Lweis（1941） 氣水兩相試驗(yàn) S. E. Buckley & M. C. Leverette （1942）非活塞式兩相驅(qū)替理論 H. S. Carslaw & J. C. Jaeger （1946）出版Conduction of Heat

8、in Solids。 A. F. Vaneverdingen & W. Hurst （1949）Laplace變換方法研究不穩(wěn)態(tài)水侵 M. Muskat（1949）在產(chǎn)能計(jì)算中給出表皮流量模型三 試井的發(fā)展概況11回顧：5060年代試井分析50s，常規(guī)試井分析起步、發(fā)展 C. C. Millor, A. B. Dyes & C. A. Hutchinson（1950）提出MDH D. R. Horner（1951）壓力恢復(fù)徑向流半對數(shù)直線段 (1952)出版地下水力學(xué)原理 A. F. Vaneverdingen（1953）提出油藏工程中的薄表皮模型 C. S. Matthews, F. Bro

9、ns & P. Hazebroek（1954）提出MBH R.L. Perrine（1956）& J. C. Martin（1959）提出P-M近似三 試井的發(fā)展概況12回顧：5060年代試井分析60s，常規(guī)試井分析方法發(fā)展、完善、成熟 G. I. Barenblatt （1960）提出雙重介質(zhì)滲流數(shù)學(xué)模型 J. E. Warren & P. J.Root（1963）改進(jìn)雙重介質(zhì)滲流數(shù)學(xué)模型解式 中國科學(xué)院蘭州地質(zhì)所（1963、1964）滲流力學(xué)集刊 C. R. Johnson（1966）提出脈沖試井方法 C. S. Matthews & D. R. Russell（1967）出版油層壓力恢復(fù)

10、和油氣井測試 R. A. Wallenbarager & H. Y. Ramey（1968）研究垂直裂縫氣井常規(guī)試井分析三 試井的發(fā)展概況13回顧：7080年代試井分析 70s，現(xiàn)代試井分析方法起步、發(fā)展 H. Stehfest（1970）提出了Laplace變換數(shù)值反演方法。 R. G. Agarwall & H. J. Ramey（1970）發(fā)表壓降Ramey型圖版：PD-tD G. W. Govier（1975）出版氣井試井理論與實(shí)踐 R. C. Earlougher（1972）計(jì)算機(jī)輔助試井分析（1977）試井分析方法 童憲章（1977）壓力恢復(fù)曲線在油田開發(fā)中的應(yīng)用 R. M. Mc

11、kinley（1971）Mckinley圖版：5.6146CP/QB-t A. C. Gringarten Ph.D. from Stanford U.（1971）：G圖版（1975）三 試井的發(fā)展概況14回顧：7080年代試井分析 80s，現(xiàn)代試井分析方法發(fā)展、完善，拓寬 W. B. Fair（1980）井筒相變模型 D. Bourdet（1983）壓力導(dǎo)數(shù)圖版 P. A. Goode & Thambynayagam（1985 水平井） E. Ozkan, R. Raghavan，水平井試井理論 F. J. Kuchuk，水平井試井理論三 試井的發(fā)展概況15回顧：90年代以來試井分析90s，

12、發(fā)展計(jì)算機(jī)輔助試井分析測量井底流量，試井設(shè)計(jì)利用試井資料反求物性分布、飽和度分布生產(chǎn)井壓力監(jiān)測數(shù)值試井模擬器。三 試井的發(fā)展概況16回顧：試井分析理論發(fā)展路線 直接途徑創(chuàng)立理論概念，解決潛在問題； 礦場需求出新問題； 專家學(xué)者歸納總結(jié)出版高水平論著；既為后來者鋪陳又供同代人參考 與發(fā)展的現(xiàn)代化手段相結(jié)合，深化已有研究成果；面向礦場實(shí)際 與其他邊緣學(xué)科積極結(jié)合，交叉滲透、推陳出新。三 試井的發(fā)展概況17回顧：試井分析專著Pressure Buildup and Flow Tests in Wells1967Theory and Practice of Gas Well Tests1975Adva

13、nces in Well Test Analysis1977壓力恢復(fù)曲線在油田開發(fā)中的應(yīng)用1977試井分析理論基礎(chǔ)1987Modern Well Test Analysis1992Well Test Analysis1993Pressure Transient Analysis 1989非均質(zhì)地層試井 其他三 試井的發(fā)展概況18四 試井的目的（試井解決的問題） 試井是了解油藏動態(tài)的重要手段，其目的就是通過油氣井的測試資料來評價(jià)油氣井或油藏的生產(chǎn)動態(tài)，獲取地層參數(shù)。1、推算地層的原始壓力或平均地層壓力。2、確定流體在地層中的流動能力，求地層流動系數(shù)kh/u,地層系數(shù)kh，地層的滲透率k等。3、判

14、斷地層的污染情況或改善情況，求表皮系數(shù)S.4、油氣井進(jìn)行增產(chǎn)措施后，判斷其增產(chǎn)效果。5、認(rèn)識油藏的形狀，評價(jià)油藏能量作用范圍，如邊界性質(zhì)、油水邊界、尖滅等。6、估算油藏地質(zhì)儲量或單井的可采儲量。19五 試井分類類型 地層 目標(biāo)井 流體 壓力 時(shí)間 發(fā)展歷程F（分類）=201、評價(jià)本井控制地層特性的試井分類壓力降落試井（Drawdown well test）:油氣井以定產(chǎn)量生產(chǎn)，油氣井井底壓力不斷降低，記錄壓力隨時(shí)間的變化。（適用于新開發(fā)井或探井或油氣井關(guān)井時(shí)間長已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定后）。壓力恢復(fù)試井（Buildup well Test）：油氣井生產(chǎn)一段時(shí)間之后，突然關(guān)井，記錄關(guān)井后井低壓力隨時(shí)間的變化

15、關(guān)系。中途測試（Drill stem test）：在完鉆之后，固井之前利用鉆桿攜帶測壓儀器，開井生產(chǎn)短時(shí)間后關(guān)井，并同時(shí)記錄開井和關(guān)井壓力的歷史。五 試井分類212、確定井間之間的連通性分類干擾試井（Interference well test）:在A井（激動井Active well）施加一信號，記錄B井（觀察井，Observation well）的井底壓力的變化，分析判斷A、B井是否處于同一水動力系統(tǒng)。主要目的是確定井間的連通性。脈沖試井（Impulse well test）:A井產(chǎn)量以多脈沖的形式改變，記錄B井的井底壓力隨時(shí)間的變化信息。五 試井分類22實(shí)例：樁107-5井，油層井段282

16、9.02839.6m，油層中部深度2834. 3m，根據(jù)地震解釋資料，樁107-5井與其相鄰的注水井樁107一7井之間存在一條斷層，兩者井距440m。 為了了解樁107-5井與樁107-7井之間斷層的密封性，進(jìn)行干擾試井測試。本次測試注水井樁107-7并為激動井，油井樁107-5井為觀測井，可見斷層并不封閉。樁107-5井壓力觀測曲線（羅水發(fā)，1994）圖 130107-7107-5107-5五 試井分類233、根據(jù)試井所采取的技術(shù)分類常規(guī)試井分析（Conventional well test）:以Horner半對數(shù)分析法為代表利用直線段的斜率和截距反求地層參數(shù)的試井方法，多分析中后期壓力資料

17、。（Horner壓降和壓力恢復(fù)法，MDH法，MBH法，Y函數(shù)法等）五 試井分類243、根據(jù)試井所采取的技術(shù)分類現(xiàn)代試井分析（ Modern well test ）：從原始的物理模型出發(fā)，將物理模型建立在更接近實(shí)際的基礎(chǔ)上，考慮各種內(nèi)外邊界的數(shù)學(xué)模型，用解析法或數(shù)值法求出數(shù)學(xué)模型的解，并繪制分析用的理論圖板。主要 以Gringarten-Bordet圖板為基礎(chǔ)的雙對數(shù)方法求取地層參數(shù)的試井方法，可以分析早期壓力資料。五 試井分類25（4）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（5）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)

18、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（6）按井類別分類五 試井分類26六 現(xiàn)代試井分析軟件國產(chǎn)軟件商業(yè)化包裝、流程、輸入輸出、可持續(xù)性發(fā)展國外軟件應(yīng)用問題漢化、流程、實(shí)用性解釋人員素質(zhì)問題基本概念、基礎(chǔ)理論、經(jīng)驗(yàn)解釋結(jié)果應(yīng)用動態(tài)特性、正確對待、綜合對比分析開發(fā)特色軟件不要大而全、但求有特色27七 展望：試井分析前沿課題凝析氣井試井分析煤層氣井試井分析高溫高壓氣井試井分析壓敏介質(zhì)油氣藏試井分析多相流試井分析非牛頓流試井分析低滲透介質(zhì)試井分析水平井及分支水平井試井分析四維試井?dāng)?shù)值試井28 (1)、它能使公式簡化，易推導(dǎo)、記憶和應(yīng)用； (2)、導(dǎo)出公式不受單

19、位制的限制，使用方便； (3)、使得結(jié)果具有普遍意義。（一）無因次量(Dimensionless Variables) 一般物理量都有因次(即量綱)，并用基本因次表示，例如面積，a=L2。Q=L3/T等。 也有一些無因次量。如：B， S0， ， Kr，S 為了一定目的常把有因次量無量因次化，用下標(biāo)D表示。試井中大量采用無因次量。其優(yōu)點(diǎn)在于：八 幾個基本概念29試井中常用的無因次量：1、無因次壓力(Dimensionless Pressure)2、無因次時(shí)間(Dimensionless Time)3、無因次井筒儲存系數(shù)：4、無因次距離：八 幾個基本概念30（二）井筒儲存系數(shù) （1）生產(chǎn)過程中，環(huán)

20、形空間沒有充滿液體，關(guān)井后繼續(xù) 流入井中，液面上升。 （2）井筒中充滿液體，關(guān)井后受壓縮，繼續(xù)流入井中。 油井剛開井或關(guān)井時(shí)，由于原油具有壓縮性等多種原因，地面與井底產(chǎn)量不等，在進(jìn)行壓力恢復(fù)試井時(shí)，由于地面關(guān)井，因此關(guān)井一段時(shí)間內(nèi)地層流體繼續(xù)流入井筒，簡稱續(xù)流Afterflow)其原因： 八 幾個基本概念31 開井生產(chǎn)時(shí)，將先采出井筒中原來儲存的被壓縮的流體，簡稱為井筒存儲。 井筒存儲和續(xù)流的影響近似是等效的，稱為井筒存儲效應(yīng)。在壓力降落與壓力恢復(fù)曲線分析時(shí)都可用存儲效應(yīng)與相應(yīng)的井筒存儲系數(shù)表征。 用井筒儲存系數(shù)表示井筒存儲效應(yīng)的強(qiáng)弱程度，用C表示： 即井筒原油的彈性能所儲存或釋放的原油能力。

21、 C的物理意義：壓力每改變單位壓力井筒所儲存或釋放的流體 的體積。八 幾個基本概念32若原油是單相的(并充滿井筒) ，則：式中C0為井筒中原油的壓縮系數(shù)， V為井筒有效容積。 上式計(jì)算的C稱為“由完井資料計(jì)算的井筒存儲系數(shù)”，記作C完井。 它是在井筒中充滿單相原油，封隔器密封，井筒周圍沒有與井筒相連通的裂縫等條件下算得的。 因此C完井是井筒存儲系數(shù)的最小值。八 幾個基本概念33由于下列原因，實(shí)際C往往大于這個數(shù)值：、井筒中具有自由氣時(shí)，由于CgC0值將增大；、若封隔器不密封，井筒有效容積值將大大增加，所以C 值將增大；、雙孔介質(zhì)油藏，有效井筒容積由于與井筒連通的裂縫 的影響面積大，所以C值增大；、液面不到井口(井筒不充滿液體)的情形， C值會更大。 八 幾個基本概念34井筒存儲過程中地面與地下流量的變化 井筒存儲階段；q2 = q (關(guān)井情形)，q2=0(開井情形)的那一時(shí)間階段稱為“純