水平井試井分析方法講座

水平井試井分析方法講座第一頁，共六十二頁，2022年，8月28日國內外發(fā)展現(xiàn)狀水平井技術的應用水平井試井分析水平井產能分析水平井的優(yōu)點和局限性CONTENTS第二頁，共六十二頁，2022年，8月28日水平井指鉆入儲集層部分的井眼軌跡呈水平狀態(tài)的井。水平鉆井屬定向鉆井之列而又獨具特色的一種鉆井技術。就鉆井工藝而言，井斜角分別大致為60o～85o、90o左右和90o以上到120o或更大斜度井、水平井和上翹井應屬同一范疇。隨著水平井技術的進步，水平井已成為提高油氣產量和采收率，解決了一些直井不能解決的問題，對提高動用現(xiàn)有一些特殊和難以應用的地質儲量，是一項技術上的突破，是對現(xiàn)有直井開采技術的補充和發(fā)展。第三頁，共六十二頁，2022年，8月28日國內外發(fā)展現(xiàn)狀

水平鉆井工藝在定向鉆井方法剛一萌芽時即已提出，并隨定向鉆井技術的發(fā)展而漸趨成熟。

1882年，美國加州在圣巴巴拉一口豎井中側鉆井眼，這大概是最早分支水平井的雛形。

1954年，前蘇聯(lián)打成第一口93o的分支水平井。50年代蘇聯(lián)共鉆43口水平井進行試驗。結論是技術上可行，但無經(jīng)濟效益。1、國外發(fā)展現(xiàn)狀第四頁，共六十二頁，2022年，8月28日50年代中期至60年代中期，曾是水平鉆井比較流行的時期，由于當時技術條件的限制，與壓裂處理相比，這種鉆井方法不經(jīng)濟。

60年代后期至70年代中期水平鉆井急劇減少，僅在美國和蘇聯(lián)少數(shù)油田鉆了一些水平井。70年代末期，隨著許多地區(qū)最好油氣藏的枯竭和石油價格上漲，促使對水平鉆井方法重新認識。第五頁，共六十二頁，2022年，8月28日80年代隨著大斜度井和水平井鉆井、完井工藝不斷改進，水平鉆井變得比較容易實施，顯示出很大的經(jīng)濟效益。水平井成為對勘探開發(fā)具有革命性變革意義的一項技術，并進入工業(yè)性應用的發(fā)展階段。1984年以來，出現(xiàn)了水平鉆井以指數(shù)級加速增長的趨勢。80年代初以來，全世界利用水平井進行開發(fā)的油氣井已超過1700口，其中1988年和1989年分別鉆200口和250口水平井，1990年近1000口。迄今，美國鉆水平井最多，目前陸上鉆水平井占10%。第六頁，共六十二頁，2022年，8月28日

1989年加拿大鉆了41口水平井，1990年增至100口，主要用于開發(fā)重油油藏。1986年，在油價下跌和成本增加的形勢下，5年來在歐洲西北部平均每年鉆600口井中，20％為水平井。拉丁美洲1989年共鉆15口水平井，1990年在阿根廷、玻利維亞、巴西和智利鉆水平井估計可達25口。非洲是人們公認的高成本作業(yè)區(qū)之一，一些歐洲的經(jīng)營者嘗試采用水平鉆井開發(fā)具有錐進問題的薄油層。1989年鉆了3口水平井，1990年達15口。第七頁，共六十二頁，2022年，8月28日我國從1955年開始打定向井，50年代和60年代曾打過三口大斜度井（最大井斜分別為60.5o、80o和64o）、一口水平井和一口上翹井。1965年完井的磨－3水平井，垂深1368m，斜深1685m，水平位移444m，在油層內延伸204.5m，90o～92o的水平井段長度為160m。該井摸索了一些用短渦輪鉆具帶彎接頭造斜和用渦輪鉆具鉆水平井段的經(jīng)驗。1967年完鉆的巴－24上翹井，原設計最大井斜70o，由于鉆至1560m深處無氣顯示，在1315～1365m井段內打水泥塞，從套管鞋底下側鉆第二井筒到斜深1705m處，井斜達119o。全井水平位移538m，90o～119o的上翹井段長68m。2、國內發(fā)展現(xiàn)狀第八頁，共六十二頁，2022年，8月28日80年代初以來，幾乎全國所有的油田都進行了定向井的研究和實踐。一些油田開展了水平井的研究和實踐，在井眼軌跡設計方面已普遍應用二維設計，并逐漸應用三維設計。1988年南海油田完鉆的流花11－1－5井，垂深1263m，水平位移1926m。采用了世界先進的泥漿凈化系統(tǒng)和尾管固井技術等，大大提高了井眼軌跡精度及鉆井時效。第九頁，共六十二頁，2022年，8月28日四川石油管理局與西南石油學院共同承擔的“七五”國家攻關項目《定向井鉆井技術研究》的重點試驗井隆40－1井于1989年完鉆，垂深2292m，水平位移1459m。該井為井眼軌跡控制、鉆屑攜帶、井壁穩(wěn)定、水平井固井等技術提供了經(jīng)驗。勝利油田1990年9月開鉆，1991年1月完鉆的埕科1井，井深2650m，垂深1882m，水平段長505m，最大井斜角93o，經(jīng)電測解釋，水平段共有油氣層19層，厚達211m。經(jīng)試油從井深2579、2597m（一層18m）的油層通過16mm油嘴放噴，獲產油量268m3／d，產氣量11551m3／d。第十頁，共六十二頁，2022年，8月28日

80年代，水平鉆井技術水平迅速提高和完善配套，可適應在各種類型油氣藏鉆水平井的需要，技術指標不斷刷新。Unocal公司在加利福尼亞海上鉆的長半徑水平井，最大井斜87.5o，水平井段長達1751m，總水平位移3883m，井斜大于80o的井段長達3048m。Shell石油公司在荷蘭鉆的FD－108水平井，垂深達3501m，最大井斜83o。據(jù)初步調查，已在厚度小于2.2m的油層內鉆成了水平井，在厚度為0.3～2.44m的巴肯頁巖油層尖滅帶鉆成水平井。3、日臻完善的水平井技術第十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日

80年代水平井鉆井技術有了重大突破，已形成一套完善的現(xiàn)代水平井鉆井技術：水平井優(yōu)化設計先進的導向鉆井系統(tǒng)和連續(xù)控制井眼技術

隨鉆測量技術的發(fā)展提高了井眼軌跡控制精度

優(yōu)質鉆井液和完井液可以滿足水平井鉆井的要求

水平井完井技術取得了突破性進展水平井固井技術第十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日分支水平井開發(fā)老油田或枯竭油藏低滲透油氣藏裂縫性油氣藏無經(jīng)濟開采價值的薄層油氣藏有水錐或氣錐問題的油藏改善水驅或注水效果減緩出砂多層型油藏（階梯型）改善蒸汽驅機理，開發(fā)稠油油藏水平井技術的應用第十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日§1水平井壓力變化特性§2水平井試井解釋步驟§3水平井試井典型曲線特征

水平井是提高單井產量、延遲底水或氣頂氣錐進，提高開發(fā)效果和采收率的重要途徑。水平井試井解釋第十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日水平井物理模型第十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日

在水平、等厚、頂和底部部均為不滲透隔層所密封的油層中有一口水平井。油層厚度為h(m)，垂直滲透率為kV(m2)，水平滲透率為kH(m2)，水平井的長度為L(m)，井筒符合無限導流特性，不考慮重力的影響。

以油層的底面為x-y平面，z軸通過水平井的中點，水平井與油層底面的距離為zw(m)§1、水平井壓力變化特性

假設條件坐標系第十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日無因次定義第十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日水平井無因次試井解釋模型第十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日無因次滲流模型的解式中：第十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日流動段特征第二十頁，共六十二頁，2022年，8月28日流動段特征第二十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日初期徑向流第二十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二初期徑向流第二十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日中期線性流如果井長與油層厚度相比足夠長，則當壓力波傳到頂?shù)撞粷B透邊界之后，該井的滲流可能出現(xiàn)中期線性流。第二十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日

當油層中流體的流動范圍擴大到水平井范圍之外，即|x|>L/2的地方，“壓降漏斗”沿著油層平面（水平面方向）近似于徑向地向外擴大。這個流動階段稱為晚期擬徑向流階段。晚期擬徑向流第二十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日初始徑向流第二初始徑向流常規(guī)試井分析公式第二十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日中期線性流晚期擬徑向流結合初始徑向流第二十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日1、繪制分析圖形繪制壓力或壓差的半對數(shù)圖繪制與圖版坐標尺寸相同的壓差雙對數(shù)圖§2、水平井試井解釋步驟第二十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日繪制與圖版坐標尺寸相同的壓導雙對數(shù)圖繪制與圖版坐標尺寸相同的重整壓力雙對數(shù)圖第二十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日繪制重整壓力的半對數(shù)圖

重整壓力半對數(shù)圖與壓力導數(shù)曲線雙對數(shù)圖的時間坐標最好取相同尺寸，以便對比。

重整壓力雙對數(shù)圖與壓差曲線雙對數(shù)圖的坐標也應取相同尺寸，以便進行擬合。第三十頁，共六十二頁，2022年，8月28日2、綜合分析判斷和確定流動段由壓力導數(shù)曲線早期水平線、重整壓力半對數(shù)曲線早期1.151斜率直線、結合壓力或壓差半對數(shù)直線段檢驗初始徑向流動階段。lgtlg(t.p’)lgtp/(2t.p’)m=1.151lgtp第三十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日由壓力導數(shù)曲線后期水平線；重整壓力雙對數(shù)曲線與壓差雙對數(shù)曲線在晚期具有完全一致的形狀，或能在時間坐標相重合的條件下完全互相擬合的特性；結合壓力或壓差晚期半對數(shù)直線段檢驗晚期擬徑向流動階段。lgtlg(t.p’)lgtlgp,lg[p/(2t.p’)]lgtp第三十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日3、量出半對數(shù)直線段的斜率和截距，用相應的公式計算參數(shù)初始徑向流中期線性流第三十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日晚期擬徑向流結合初始徑向流第三十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日4、進行圖版擬合分析

選擇適用的圖版。進行壓力—壓力導數(shù)—重整壓力曲線擬合，得曲線擬合值(LD)擬合、壓力擬合值

(PD/p)擬合、時間擬合值(tD/t)擬合。第三十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日流動階段初始徑向流擬徑向流可同重整壓力雙對數(shù)曲線完全擬合可同壓差雙對數(shù)曲線完全擬合重整壓力各種曲線在初始徑向流和擬徑向流階段的特性第三十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日§3水平井試井典型曲線特征第三十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日第三十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日39第三十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日第四十頁，共六十二頁，2022年，8月28日41第四十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日第四十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日水平井產能分析

長度為L的水平井穿過水平滲透率和垂向滲透率分別為Kh和Kv的油藏，水平井形成橢球形的泄流區(qū)域。其泄流區(qū)域的長半軸為a與水平井長度有關，大大增加了井眼與油藏的接觸面積。第四十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日基于Joshi(1988)的研究成果，位于油層中部水平井在穩(wěn)態(tài)流動條件下的采油指數(shù)為:

式中：設定水平井泄油面積為A，不同學者給出了不同的Re

、Rp

、rb

的表達式。第四十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日

β——油層滲透率各向異性的系數(shù)

Kh、Kv——油層水平、垂向方向的滲透率；

a——長度為L的水平井所形成的橢球形泄流區(qū)域長半軸；

L——水平井段長度（簡稱井長）；

Sh——水平井表皮系數(shù)；

reh——水平井的泄流半徑;A——水平井控制泄油面積，m2。泄流區(qū)域幾何參數(shù)要求滿足以下條件：

L>βh且L<1.8reh

第四十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日與單位有關的系數(shù)C

單位制參數(shù)系數(shù)C

產量q

滲透率K0

厚度h粘度

壓力p

達西

cm3/s

D（達西）

cmcp(厘泊)

atm(大氣壓)

2π

國際SI

m3/s

m2

m

Pa·s

Pa

2π法定

m3/d

10-3μm2

mmPa·s

MPa

0.543英制bbl/d(桶/日)mD(毫達西)ft（英尺）

cppsig(磅/英寸2)0.0078第四十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日Borisov公式Borisov系統(tǒng)總結了水平井的發(fā)展歷程和生產原理，提出了下列假設水平井產能的理論模型：①穩(wěn)態(tài)流動；②單相流，流體可壓縮；③各向同性的均質油藏，不考慮地層傷害；④水平井位于油層中心,泄油區(qū)域為橢圓。該模型假水平井位于箱體油藏中,利用數(shù)學方法推導出水平井穩(wěn)態(tài)產能解析公式：第四十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日Giger公式法國的Giger等根據(jù)Borisov公式利用電模型研究了水平井的油藏問題，提出了位于油層中心的水平井產能公式：第四十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日Renard-Dupuy公式Renard和Dupuy總結了Joshi和Giger的水平井產能方程，推導得到了Renard和Dupuy公式：第四十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日程林松公式程林松等綜合應用數(shù)學分析方法（保角變換、鏡像反映、疊加原理、等值滲流阻力）和物理模擬方法（電解模型），對水平分支井穩(wěn)定滲流進行了較系統(tǒng)的研究，推導了n分支水平井的流場分布和產能計算公式：第五十頁，共六十二頁，2022年，8月28日在相同條件下（均質地層β=1，假設泄油半徑reh相同），水平井與直井的采油指數(shù)比值為:（

產層厚度對水平井產能的影響垂直井單相油流采油指數(shù)(穩(wěn)態(tài))：第五十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日油層厚度對水平井與直井產能比的影響

在均質地層穩(wěn)態(tài)流動條件下，水平井與直井的產能倍比隨油層厚度h的增加趨于下降。因此，在較薄的油層中用水平井對提高油井產能更具有重要意義。第五十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日各向異性指數(shù)和油層厚度對水平井產能比的影響L,m

水平井長度對水平井產能的影響

常規(guī)直井的產能與K和h的乘積成正比，即低的滲透率或薄油層（或二者兼而有之）將導致低的產能。由水平井產能公式，水平井KL的值和直井Kh的值具有類似的作用。因此，隨水平井長度L的增大，將有利于提高油井的泄油面積，從而提高油井產能。如圖所示，當其它參數(shù)一定，隨L值的增大，比值Jh/Jv趨于增大。第五十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日各向異性指數(shù)和儲層厚度對水平井產能比的影響Lm滲透率各向異性對水平井產能的影響

對于水平井，油層垂向滲透率對產能有更重要的影響，其值的減小會引起垂向流動阻力的增加和產油量的下降。一般用β作為油層滲透率各向異性的度量。在砂巖儲層中，由于常含有頁巖夾層，表現(xiàn)出明顯的滲透率各向異性，通常認為大多數(shù)砂巖儲層的β值在3左右。圖中曲線表現(xiàn)出兩個明顯變化趨勢：儲層滲透率各向異性指數(shù)β越高，水平井與直井的采油指數(shù)比值越??；儲層越厚，水平井受儲層β值的影響越大。第五十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日

偏心距對水平井產能的影響

位于垂直平面內水平井偏心情況如圖。通常用偏心距表示井的偏心程度，對于滲透率各向異性的油層，水平井的采油指數(shù)為：

式中δ——水平井的偏心距，m。第五十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日

水平井偏心距對水平井產能的影響

當其他參數(shù)一定時,若δ=0,即水平井段位居儲層中部時,水平井產能最大。由于δ處于對數(shù)項中，因此，相對于其他參數(shù)來說，它對產能的影響較小。如圖所示，隨著δ的增大,Jh值僅略有下降。此外，由圖可知，增大L/h值可以減小井偏心對產能的影響。第五十六頁，共