弹性微可压缩液体的课件.ppt

第四章 弹性微可压缩液体的不稳定渗流理论,弹性不稳定渗流的物理过程,无限大地层弹性不稳定渗流数学模型典型解,弹性不稳定渗流的叠加和映射,圆形封闭地层中心一口井拟稳态时的近似解,有界地层弹性不稳定渗流数学模型典型解,油井的不稳定试井分析方法,第六节 油井的不稳定试井分析方法,序开井压力降落试井法 关井压力恢复试井法现代试井简介,改变工作制度测量井底压力,试井序,试井分析,油水井特征储层特性地层能量储层变化,油藏模型示意图,评价油气藏，为建立油藏模型提供基础资料,概念：利用油井以某一产量进行生产(或生产一定时间后关井)测得的井底压力随时间变化的资料来反求各种地层参数的方法称为不稳定试井方法，是在生产过程中研究储层静态和动态的一种方法,可以解决的问题,(1)确定井底附近或两井之间的地层参数，如导压系数，流动系数kh/等；(2)推算地层压力；(3)判断油井完善程度，估算油井增产措施的效果；(4)发现油层中可能存在的各类边界（如断层、尖灭、油水界面等）；(5)估算泄油区内的原油储量。,试井技术发展历程：,初期发展阶段： （20世纪2040年代） 常规试井阶段： （ 20世纪5070年代）现代试井阶段： （ 20世纪80年代至今）,技术环境的变化,年代 特征20年代 玻登管压力计、浮子1923 连续记录压力计1975 电子压力计1983 地面和井底同时测量压力和流量1983 非框架式试井解释软件1986 强有力的个人计算机促进试井解释迅速发展1990 水平井的广泛应用,试井技术发展历程：,试井解释的发展,20-40年代 试井资料应用开始阶段 油藏压力,20初玻登管压力计测油井压力、浮子、声波测液面31Amerada、Humble等连续纪录压力计 Millkan et al33利用试井资料确定渗透率 Moore35水井试泵不稳定压力分布（压力还原资料）Theis37利用不稳定试井资料确定平均压力 Muskat41干扰试井概念, 图版分析法Jacob41干扰试井资料解释Guyton46油井干扰试井资料（东德克萨斯油田等）Elkins42-46水文测试（美国地质调查局供水处）Wenzel Cooper Jacob,试井技术发展历程：,试井技术发展历程：,50-70年代初 常规试井分析方法阶段-半对数分析 均质油藏性质、平均压力,49 Laplace变换解决不稳定渗流问题 Van. Everdingen, Hurst49 压力恢复Arps Smith50 MDH法Miller, Dyes, Hutchinson51 Horner法Horner53 表皮系数Van. Everdingen, Hurst56 不同形状油藏平均压力的计算 Mattews,Brons, Hazebroek59 多相流问题Perrine 多相流问题Martin,试井技术发展历程：,70 Ramey图版Ramey70考虑C和S均质油藏试井模型解 Agarwal、 Ramey71续流影响资料的解释（McKinley图版） McKinley74垂向脉冲试井Falade 、Brigham74裂缝井解释模型Gringarten、Ramey、 Raghavan75各向异性油藏干扰试井Ramey75/77 裂缝方位的确定 （脉冲/干扰） Pierce/ Uraiet Raghavan77裂缝方位的确定（有限导流裂缝）Cinco-Ley78地球潮汐的影响Arditty Ramey78数值反演技术的应用 Sandal Horne79段塞流数据分析Shinohara Ramey80样板曲线拟合分析中生产时间的影响Agarwal,70-80年代 图版拟合分析 早期压力反映、油藏特性、非均质,试井技术发展历程：,80年代后 压力导数方法/解释系统 丰富解释模型-水平井、多层 压力流量资料的同时分析等,80双孔图版（拉氏解法）Bourdet 、Gringarten81有限导流裂缝Cinco-Ley 、 Samaniego83压力导数图版Bourdet et al84试井方法论Gringarten86井底压力、流量数据的同时分析Guillot、 Horne88拉氏空间中模型识别Bourgeois、 Horne88褶积与反褶积的直接算法Romboutsos、 Steward89人工智能在试井解释中应用Steward 、Du90初 水平井试井分析理论,试井技术发展历程：,国内试井应用状况,40年代玉门油田 压力测试50年代中 克拉玛依 恢复试井,可靠p、Kh/60年代初 大庆油田 无天然能量水驱60年代中 胜利油田 多套层系多套油水系统80年代初胜利开始引进地面直读高精度电子压力计测试系统85年胜利、大庆引进试井解释系统,现场施工,试井数据采集,试井分析过程,油气试井分析,=,测试油气井 + 解释测试资料,油气井测试：一口油气井钻穿或部分钻穿油层，并以定产量开采一段时间关井（输入信号I），此时具有一定物理、地质特征的油层（未知系统S）将自动恢复地层压力而到地层压力平衡而发生流体的渗流，用专门的压力测试设备连续测试油井井底压力（输出信号O）。,资料解释：根据油气井中测出的井底压力资料（输出信号O），与油气井所处的生产条件（输入信号I），利用数学解析式表示的油层渗流规律，经过一定的数学处理方法，可判断油层性质或地质特征（未知系统S）,S,I,O,I(输入)S（系统 ） O（输出）,渗流理论(正问题),I（输入） / O（输出） S（系统）,试井解释(反问题),试井分析过程,按测试方法分：利用油井以某固定产量生产时井底压力随时间降落的资料进行分析，这种方法称为压力降落试井法；利用油井关井后井底压力随时间不断恢复的实测资料来分析求参数，称为压力恢复试井法。按资料的处理方法分：常规试井分析法现代试井分析法。,分类：,一、开井压力降落试井法,1.不稳定早期压降分析及应用,有界封闭地层开井生产井底压力降落曲线可分为三段：第I段称为“不稳定早期”，是指压降漏斗没有传到边界之前的弹性第一阶段；第段称为不稳定晚期（即压降漏斗传到边界之后）；第段称拟稳定期（此阶段地层中任一点压降速度相同）,在不稳定早期地层中任一点压力(无限大地层弹性液体渗流典型解),井底压力,0.01可近似,简写为,若以Pwf (t)为纵坐标,以 lgt为横坐标,在半对数坐标系中,Pwf(t)-t关系曲线为一条直线，其斜率为m，截距为A，,利用其斜率、截距可反求地层参数。地层流动系数为：,2.拟稳定期压降曲线分析和应用,拟稳定期井底压力,直角坐标系中Pwf (t)t关系曲线为一直线,利用拟稳定期压降曲线的斜率m，可求出地层的储量。,二、关井压力恢复试井法,压力恢复试井是目前油田上最常用的一种试井方法。它的原理是油井以恒定产量生产一定时间后关井，测取关井后的井底恢复压力，对此压力资料进行分析并求地层参数，,1.压力恢复试井的基本公式赫诺公式,关井t时间后的井底压力可以看成是油井以产量Q连续生产T+t时间和从T时开始以产量Q注入t时间的井底压力降之叠加，即：,Pws(t)为关井t时间的井底压力值，T为油井稳定生产时间。,(1),若用对数表达式近似表示Ei函数,在Horner曲线中，利用其直线段斜率可求地层参数，外推直线段到所对应的压力即为原始地层压力Pi,2.压力恢复试井的简化公式MDH公式,油井的工作制度是经常变化的，关井前稳定生产时间T不易确定；如果关井前生产时间越长，它继续生产引起的压降影响就越小。因此关井前生产时间较长，而关井时间不太长(Tt)时，可以用关井时刻井底压降值代替油井生产T+t时间的井底压降值，即式(1)中P1，可近似地写为：,Pwf(0)为关井瞬时井底压力,Pws(t),所以,即为MDH公式,利用其斜率m可求地层参数,作业：43,三、现代试井基本原理,现代试井以原有的试井方法为基础，在许多方面又发展了新理论、新方法。应用现代试井技术，不仅可取得一般常规试井方法所获得的油藏资料，而且可以对油藏的储集类型、平面上的变化、边界等情况作出分析判断。,现代试井主要有以下4个方面的内容：应用高精度的、可以在井下长期工作的、数据采集间隔小到秒计的井下仪器来录取压力资料。主要代表仪器为地面直读式或井底储存式电子压力计。与高精度配套的井下开关工具和其他测试仪器以图版分析方法为中心的试井解释理论和方法实现上述理论和方法的试井解释软件,无因次量的表达式及其解，不受油藏物性，油井产量等条件的限制，更具广泛的适用性。,无因次量是用相对的概念来代替物理量的绝对值。,无量纲化,无因次压力是一个压力降的概念，而不是压力的概念，是用油藏地质参数与油井产量的倍数来代替实际油层压降。,无因此时间以油藏地质参数为倍数的时间来代替实际时间,无因次距离是以井径的倍数来表示实际距离的大小。,线源解无量纲形式,无量纲表达式：,由于实际井筒半径相对于所探测的面积来说尺寸很小，所以当以下两个条件之一得到满足时，以上解是实际井筒精确解的严格近似解。,线源解近似表达式,最简单的一种模型,试井模型内边界+油藏模型+外边界,现实：常用油藏物理模型,现实：井筒模型,井筒几何描述直井完善 部分射开 垂直裂缝 水平裂缝定向井 斜井 完善 部分射开 垂直裂缝 水平裂缝水平井 完善 部分射开 垂直裂缝 水平裂缝复杂结构井多分枝井井筒动力学效应常产量 变流量 井筒存储 井筒相再分配,现实：边界、断层、交界面模型,无穷延伸边界封闭边界圆形 矩形 任意形状定压边界圆形 矩形 任意形状直线边界断层 水 直线补给边界交界面完全连通 半透壁由DARCY定律直接给出数学表达式,试井解释模型,(井筒储存+表皮效应)内边界+均质油藏(油藏模型)+无限大外边界(外边界),井筒储存效应与井筒储存系数：在测试过程中，由于井筒中的流体的可压缩性，关井后地层流体继续向井内聚集，开井后地层流体不能立刻流入井筒，这种现象称为井筒储存效应。描述这种现象大小的物理量为井筒储存系数，定义为与地层相通的井筒内流体体积的改变量与井底压力改变量的比值。,试井基本原理,井筒储存系数,无量纲井筒储集系数 也是以油藏参数为倍数的井筒储存来代替实际井储系数,试井基本原理,井筒储存系数,无量纲压力导数,一般定义为,试井基本原理,表皮系数,表皮效应与表皮系数：由于钻井、完井、作业或采取增产措施，使井底附近地层的渗透率变差或变好，从而引起附加流动压力的效应，称为表皮效应。表示表皮效应大小的无量纲参数称为表皮系数，表皮系数由下式定义,试井基本原理,试井基本原理,表皮系数,基本假设（Gringarten图版）,在均匀等厚、无穷延伸各向同性单一刚性储层中心一口油井以常产量产出常粘度微可压缩单相流体，发生等温DARCY渗流，不计重力和毛管效应。,试井基本原理,具有C，S均质无限大油藏,数学模型,试井基本原理,具有C，S均质无限大油藏,对上式进行LAPLACE变换，求其拉氏空间解：,K0、K1为修正的零阶和一阶第二类贝塞尔函数。为拉氏变量。,通过stehfest数值反演，得到无因次压力随无因次时间变换关系，绘制成曲线：,均质油藏典型曲线,曲线特征,均质油藏试井,试井基本原理,具有C，S均质无限大油藏,CD*e2s,双对数拟合分析,均质油藏试井,均质油藏试井,双对数拟合分析,曲线拟合参数计算,均质油藏试井,双对数拟合分析,曲线拟合参数计算,均质油藏试井,双对数拟合分析,曲线拟合参数计算,均质油藏试井,双对数拟合分析,均质油藏试井,斜率m,半对数分析,中期段参数计算,均质油藏试井,半对数分析,均质油藏试井,压力恢复试井,Log(Dt+tp)/ Dt),Horner分析图,外推压力,均质油藏试井,外推压力,不同油藏模型的曲线特征,0.5直线,斜率为1,小结,曲线特征,END,复合油藏,径向复合油藏,多井试井,概念,多井试井,干扰试井,脉冲试井,多井试井目的是确定井间连通情况和求解井间地层特性,垂向干扰试井,垂向脉冲试井,多井试井,概念,多井试井,在观测井中下入高精度电子压力计，测出观测井的井底压力变化。如果条件许可，将激动井和观测井提前关闭，形成一个稳定压力分布，这将使试井资料解释较为容易。 改变激动井的工作制度。为使观测井能接收到尽可能大的压力变化值（常称“压力干扰值”），应尽可能增大激动井的产量变化值（常称作“激动量”）。激动井改变工作制度可以只改变一次，也可以改变二次，以重复观测压力干扰的变化。,干扰试井,多井试井,干扰试井,多井试井,直接检验井间是否连通。如果连通，可求解诸如导压系数，流动系数 (或渗透率K)和弹性储能系数 Ct h等。检验井间断层是否密封。可求出不同方向的渗透率（要求在一口激动井的周围不同方向上设置多口观测井）。对于裂缝性地层（或水力压裂地层），可确定裂缝的走向。对于双重孔隙系统地层，可确定两种孔隙介质的弹性储容比和窜流系数。,干扰试井,多井试井,干扰试井分析,多井试井,从压力拟合值求流动系数,从时间拟合值求地层孔隙弹性系数,干扰试井分析,小结：1、无因次量（压力，时间，井距），井储，表皮系数等的定义2、试井模型（油藏模型，内外边界条件）3、线源井得数学模型及其解4、均质油藏数学模型及其解5、试井解释的两大方法（赫诺及图版拟合）6、多井试井（干扰）,试井解释结果是油藏在动态条件下的真实反映,四、在勘探开发中的应用,在开发方案调整中的应用,在增产措施效果评价中的应用,在稠油热采及三产中的应用,试井技术在勘探开发中的应用,在勘探开发早期的应用,在编制开发方案中的应用,四、在勘探开发中的应用,在勘探开发早期的应用在编制开发方案中的应用在开发方案调整中的应用在增产措施效果评价中的应用在稠油热采及三采中的应用,在勘探开发早期的应用,落 实 油 藏 外 边 界判断油藏储层储集类型判断储层裂缝发育方向,四、在勘探开发中的应用,落实油藏外边界,不渗透边界等压边界流压探边复合油藏,四、在勘探开发中的应用,（1）单一直线不渗透边界,埕北12井双对数拟合图,不渗透边界153m,单一直线不渗透边界实例,埕北12构造井位示意图,150m左右,断层距离分别为: 687.0m和312.0m。,（2）两条不渗透边界,夏326井双对数拟合图,夏326井位构造图,两条不渗透边界实例,孤北30井双对数图,（3）多条不渗透边界,为确定断块规模指导井位部署，93年10月进行探边测试。,图12 孤北30新构造图,估算面积0.18km2上报面积0.2km2估算储量41万吨 上报储量53万吨,多条不渗透边界实例,盐16井双对数图,（4）全封闭边界,盐16块是94年发现的砂三中水下扇体，为确定其规模，95年进行恢复探边测试。,图6 盐16块构造井位图,全封闭边界实例,落实油藏外边界,不渗透边界等压边界流压探边复合油藏,四、在勘探开发中的应用,等压边界反映,1998年9月测试，解释等压边界距离为299.0m,（1）单一等压边界,义941井双对数拟合图,义941构造井位示意图,单一等压边界实例,R=850m,利371双对数拟合图,利371井是郑南S4砂砾岩扇体上第一口探井，为确定其规模，指导下步滚动部署，92年12月，进行探边测试。,（2）圆形等压边界,2080m,油水边界在2080 2073 等深线上圈闭面积为2.26km2 1.8 估算储量279万吨 223,图3 利371构造井位图,圆形等压边界实例,落实油藏外边界,不渗透边界等压边界流压探边复合油藏,四、在勘探开发中的应用,3）流压探边,埕科1构造上属埕东凸起东北坡埕110鼻状构造主体部位，目的层为上二迭系含砾砂岩和侏罗系粉细砂岩，油层以27倾角向东北方向倾斜,图13 埕科1井油藏剖面图,1、落实油藏外边界,3）流压探边,10mm油嘴生产2个月,连通空隙体积11.8106m3,图14 埕科1井流压探边测试曲线,1、落实油藏外边界,落实油藏外边界,不渗透边界等压边界流压探边复合油藏,四、在勘探开发中的应用,1994年5月7 日对沙三上试井交界面的距离为144.0m，内外区流度比Mc 0.047,唐4-1井双对数拟合图,复合油藏,线性复合油藏实例,唐4-1构造井位示意图,o=5.35 mPasw=0.25 mPasMc=0.047,线性复合油藏实例,四、在勘探开发中的应用,在勘探开发早期的应用,落 实 油 藏 外 边 界判断油藏储层储集类型判断储层裂缝发育方向,2、判断油藏的储集类型,老30井是桩古18块上的一口详探井，为落实奥陶系灰岩储层的储集类型，91年11月进行测试,图15 老30井双对数图,双重介质特征,（一）在油田勘探开发早期的应用,四、在勘探开发中的应用,在勘探开发早期的应用,落 实 油 藏 外 边 界判断油藏储层储集类型判断储层裂缝发育方向,3、判断火成岩油藏裂缝发育方向,图16 商741断块井位构造图,（一）在油田勘探开发早期的应用,3、判断火成岩油藏裂缝发育方向,压力变化明显,图17 商741商743干扰试井曲线,（一）在油田勘探开发早期的应用,3、判断火成岩油藏裂缝发育方向,压力未见明显变化,图18 商74-8商743干扰试井曲线,（一）在油田勘探开发早期的应用,3、判断火成岩油藏裂缝发育方向,测 试 结 论： 东西向连通性好, 南北向不连通或连通性很差。,该结论与测井解释及地质综合研究结果一致，为井位部署、方案设计提供了重要决策依据,（一）在油田勘探开发早期的应用,四、在勘探开发中的应用,在勘探开发早期的应用在编制开发方案中的应用在开发方案调整中的应用在增产措施效果评价中的应用在稠油热采及三采中的应用,（二）在编制开发方案中的应用,压力温度系统确定储层有效渗透率确定油井产能评价,四、在勘探开发中的应用,以在埕岛油田开发方案编制中的应用为例,（二）在编制开发方案中的应用,1、压力、温度系统确定,图19 埕岛馆陶组压力深度关系图,25井51层次统计回归：埕岛馆陶组压力系数0.97,1、压力、温度系统确定,图20 埕岛馆陶组温度深度关系图,25井51层次统计回归： 温度梯度3.85/100m,（二）在编制开发方案中的应用,四、在勘探开发中的应用,（二）在编制开发方案中的应用,压力温度系统确定储层有效渗透率确定油井产能评价,2、储层参数定量分析,表1埕岛油田渗透率的统计表,8井14层次,（二）在编制开发方案中的应用,2、储层参数定量分析埕岛油田地层渗透性的平面分布特征,埕岛馆陶组上升盘储层具有高渗、高流动能力特点，下降盘储层平均有效渗透率明显低于上升盘。高渗透区位于埕北断层上升盘南部，以胜海4及胜海1为其高渗透中心，向外延伸。,（二）在编制开发方案中的应用,2、储层参数定量分析,表2 渗透性的垂向变化特征,1. 各井都存在着较强的垂向非均质性，下降盘(胜海7)非均质性强，上升盘的非均质性较弱。2. 上升盘南部，构造低部位（胜海6）均质性比高部位（胜海4）好。,（二）在编制开发方案中的应用,四、在勘探开发中的应用,（二）在编制开发方案中的应用,压力温度系统确定储层有效渗透率确定油井产能评价,3、油藏产能评价,图20 埕北151产能测试曲线,（二）在编制开发方案中的应用,3、油藏产能评价,图21 埕北151采油指数曲线,（二）在编制开发方案中的应用,3、油藏产能评价,埕岛地区馆陶组共测取9口井17层次产能资料 平均采油指数为47.35 t/MPa d 平均比采油指数为4.38 t/MPa d m该资料是确定埕岛油田主体部位馆陶组产能 的主要依据,（二）在编制开发方案中的应用,在勘探开发早期的应用在编制开发方案中的应用在开发方案调整中的应用在增产措施效果评价中的应用在稠油热采及三采中的应用,四、在勘探开发中的应用,（三）在开发方案调整中的应用,图22 桩107断块构造井位图,92年桩西厂为完善该块井网，初定在桩107-7与107-5之间部署一口加密井，但对两井之间断层是否密封难以确定，为此在 两井之间进行干扰测试。,四、在勘探开发中的应用,（三）在开发方案调整中的应用,图23 桩107-5与107-7干扰测试曲线,压力变化明显,四、在勘探开发中的应用,（三）在开发方案调整中的应用,图22 桩107断块井位图,四、在勘探开发中的应用,在勘探开发早期的应用在编制开发方案中的应用在开发方案调整中的应用在增产措施效果评价中的应用在稠油热采及三采中的应用,四、在勘探开发中的应用,1、油井完善性评价标准,裂 缝 性 油 藏： S-3 不完善 S=-3 完善 S-3 超完善,均 质 油 藏： S0 不完善 S=0 完善 S0 超完善,四、在勘探开发中的应用,（四）在增产措施效果评价中的应用,（四）在增产措施效果评价中的应用,2、酸化效果评价,图24 桩34井酸化前双对数图,桩34井位于桩桩31块，层位沙一段，岩性为生物白云岩。,2、酸化效果评价,图25 桩34酸化后双对数图,（四）在增产措施效果评价中的应用,2、酸化效果评价,（四）在增产措施效果评价中的应用,3、压裂效果评价,图26 营11-34井压裂前双对数图,（四）在增产措施效果评价中的应用,3、压裂效果评价,图27 营11-34压裂后双对数图,（四）在增产措施效果评价中的应用,3、压裂效果评价,（四）在增产措施效果评价中的应用,在勘探开发早期的应用在编制开发方案中的应用在开发方案调整中的应用在增产措施效果评价中的应用在稠油热采及三采中的应用,四、在勘探开发中的应用,1、在稠油热采中的应用,表5 利用温度梯度计算的广13井导热系数,利用温度梯度确定导热系数是一种新方法，其特点是快速、经济、代表性强。,四、在勘探开发中的应用,（五）在稠油热采及三采中的应用,2、在三采中的应用,图28 孤东7-井组井位图,7-26-375,（五）在稠油热采及三采中的应用,2、在三采中的应用,图29 孤东7-26-375井干扰测试曲线,（五）在稠油热采及三采中的应用,2、在三采中的应用,（五）在稠油热采及三采中的应用,2、在三采中的应用,图30 孤东7区流度分布示意图,（五）在稠油热采及三采中的应用,小结：试井技术在油田勘探开发早期评价研究、井位部署、方案编制、方案调整、增产措施效果评价、稠油热采、三采方案编制等研究工作中，都是不可缺少的重要技术手段之一；其应用已贯穿于油田的整个勘探开发过程,是油藏工程师认识地下的眼睛。,本章要点,一、基本概念,弹性驱动； 压力波传播的第一、二阶段； 拟稳态； 导压系数； 不稳定试井。,二、内容,1、弹性不稳定渗流的物理过程。,2、弹性不稳定渗流的无限大地层典型解,解,3、圆形封闭地层中心一口井拟稳态时近似解,解,习题33：解,综合压缩系数：,原始储量：,弹性储量：,34题：,35题：,36题:,查表并插值得:,39题：,T,t,Q1,Q2,生产状况图,43题:,根据已知数据，绘图如下,由MDH法,弹性驱动油藏中，某井以Q产量生产t1时间后关井，至t2时刻有开井以Q生产，试推导再生产t时间的井底压力表达式。,例：,解：由压力迭加原理,所以井底压力表达式：,