油气井动态分析.ppt

,油气井生产动态主要是指油气从油藏流到井底的动态，油藏动态分析的主要任务就是较准确地预测油气从油藏流到井底的流量。,第四章油气井生产动态分析,油气井生产动态分析的主要任务就是依据单井试井测试资料作出油气井产能曲线，确定出油气井产油指数、产水指数、油井最大潜能、气井绝对无阻流量、油气藏的产能指数数据以及GOR和WOR等油气井生产数据，油气井试采过程中油气产量和地层压力的递减情况以及含水上升情况，并以此为基础预测油气生产动态、研究确定相应的开发措施。,油井生产动态分析 气井生产动态分析 产量递减规律分析,第四章油气井生产动态分析,一、产能指数,第一节油井生产动态分析,油井产能，即油井的产油能力，它有多种表示方法。石油勘探上一般用油井千米井深产量进行表示，油藏工程上一般用产能指数进行表示。1.油井产能指数 油井的产能指数是指单位生产压差下的油井产量，其定义式为：,式中：J产能指数，m3/(sPa),第一节油井生产动态分析,油井产能指数的另一种表示形式为：,式中：a采用不同单位制的换算系数；ko油层有效渗透率，m2。,从上式可以看出，影响油井产能的主要因素有：地层渗透率、油层厚度、流体粘度、泄油半径、油井半径、表皮系数。用流动系数(kh/)，地层系数(kh)，表示产能指数：,第一节油井生产动态分析,从上式可以看出，提高J的措施有：(1)提高油井的流动系数。油井的渗透率是不容易改变的，因此，只有通过提高油井的打开厚度和降低地层流体的粘度来实现。油井打开的油层厚度越大，油井的产能也就越高；通过向地层注入热能的方法可以减低原油的粘度，从而达到提高流动系数进而提高油井产量的目的。,(2)降低油井泄油区域的外、内半径比(re/rw)。,第一节油井生产动态分析,半径比有时也称作油井的无因次泄油半径。通过井底扩钻或井底爆炸技术，可增大井半径，因而达到提高油井产能的目的。但是，由于半径比位于分母的对数项内，它对产能的影响十分微弱，矿场上一般也不会通过改变半径的数值来提高油井的产能。(3)减小油井的表皮系数。根据表皮系数的定义式，ks，rs分别为油井污染带的渗透率和半径。减小地层污染带的厚度即减小污染带的半径，可以减小油井的表皮系数，矿场上通过屏蔽暂堵等多种技术实施钻井完井,第一节油井生产动态分析,过程中的储层保护，可以减小污染带的厚度；增大表皮渗透率也可以降低表皮系数，矿场上通过射孔、酸化、压裂等多种增产技术的实施来降低表皮系数，从而大幅度提高油井产能；增大油井的打开程度，即增大(hs/h)的数值，也可以减小油井的表皮系数，因此，在工程允许的条件下，应尽量将油层全部打开。,2.油层产能指数 为了解油层的产能大小，可以采用油层产能指数。把油层产能指数定义为油井完全打开时单位油层厚度的油井产能指数，计算公式为：,第一节油井生产动态分析,油层产能指数式每米油层厚度的产能指数，所以，油层产能指数也被称为米产能指数，它可以用来对比油层的产能情况。由于通常情况下油井都没有完全打开而只是部分打开，这种情况下，虽然可以确定油井的产能指数，但油层的产能指数却难以确定。,由于井点处存在打开厚度(hp)和油层厚度(h)两个参数，因此米产能指数就有了两种计算方法，一个以打开厚度为基础，用符号(Jm/b)表示；另一个以油层厚度为基础，用符号(Jm/h)表示。计算公式分别为：,第一节油井生产动态分析,由(1)式和(2)式可知，Jm/b随打开程度的增大而减小，Jm/h随打开程度的增大而增大(图3-1)，但二者的平均值几乎与打开程度无关，且等于油层的产能指数，即：,式中：b油层打开程度。,(1),(2),图3-1,第一节油井生产动态分析,由于Jm/b和Jm/h之间满足：,因此，在无法测量到油层产能指数的情况下，可以通过下面的公式进行计算：,或,第一节油井生产动态分析,若一口新井钻开的油层厚度为h，且油层全部打开，则可以用下式对油井的产能指数进行预测：若一口新井钻开的油层厚度为hp，且打开程度为b，则可以用下式对油井的产能指数进行预测：,Jm的单位为m3/(sPam)。,第一节油井生产动态分析,二、生产动态曲线 1.产能曲线测试 将产能指数定义式变形：(3)由(3)式可以看出，对于特定的油井，油井的产量与井底流压呈线性关系。因此只要测试到了产量与流压之间的关系曲线，就可以确定油井的产能指数。,第一节油井生产动态分析,由(3)式可以看出，对于特定的油井，油井的产量与井底流压呈线性关系。因此只要测试到了产量与流压之间的关系曲线，就可以确定油井的产能指数。油井的产能测试是通过不断改变油井产量来实现的，油井的产量是通过井口设置的流量调节阀(油嘴)来实现的。当油井在某个工作制度(油嘴)下的生产达到稳定状态后，计量处油井的稳定产量，并把压力计下入井底，测量出稳定的流压。然后再改变油嘴的大小，重复上述过程。一般测量34组数据之后，就可以绘制出图(3-2)的关系曲线。,第一节油井生产动态分析,由于通过生产指示曲线可以确定出油井的产能指数，因此该曲线也成为油井的产能曲线。只要确定出产能指数J，就可以根据下式对油井进行配产。,图 3-2,第一节油井生产动态分析,油井潜能：根据差能指数定义式，只要降低井底流压，就可以提高油井的产量。当井底流压降为0时的油井产量时，对应的油井产量就是油井潜在最大产量。,油井的潜能一般是通过延长实测产能曲线得到的(图3-3)。则油井的潜能为：,2.油井潜能,图3-3,第一节油井生产动态分析,3.产能曲线确定,油井的产能曲线一般分为直线型、下凹型和上凹型三种。一般正常黑油油藏的油井产能曲线为直线型(如图3-1)。上凹型的产能曲线多数是由于测试未达到稳定状态所致。图3-4为油井开井之后的井底流压变化曲线，油井生产在ts时刻才达到稳定状态，但是在t时刻就测量了井底压力，结果就导致了图3-5中的上凹型产能曲线。因此，产能测试或稳定试井的一个关键因素就是要确保油井生产进入稳定状态。油井进入稳定状态的压力特征是井底流压不随时间变化。,第一节油井生产动态分析,下凹型产能曲线是矿场上十分常见的曲线类型，它是因为地层脱气所造成的。当井底流压降到原油的泡点压力以下时，地层中就会脱气形成两相流(图3-6)。由于两相流的阻力大于单相流，因而导致产能曲线向下弯,图3-4,图3-5,第一节油井生产动态分析,曲，形成下凹型的产能曲线。曲线弯曲点所对应的压力近似为原油的泡点压力，泡点压力所对应的地层范围为原油的脱气区(图3-7)。,图3-6,图3-7,第一节油井生产动态分析,地层产生脱气，即进入了溶解气驱。由于脱气会消耗较多的地层能量，因此，曲线才会向下弯曲。矿场上通常采用注水保压或降低油井产能的办法，尽量避免地层脱气现象发生。另外一个产生下凹型产能曲线的原因就是地层中的非达西流动。如果地层流体的流速极高，并且超过了达西流动的速度范围，则地层中的高速非达西流动将引起附加的压力损失，致使产能曲线下凹。但是这中情况对油井很少发生，对气井却十分普遍。,下凹型产能曲线的方程通常用Vogel方程描述，有因次形式为：,第一节油井生产动态分析,式中：qb弯曲点即泡点压力下的油井产量，m3/d。,联合(3)式和(4)式，得溶解气驱的油井潜能计算公式：,(4),当地层为多相流动时，油井的产能曲线会变得更加复杂。,4.多相流产能曲线,对于多相流动，油水同产，油井的产能指数(Jo)为：,(5),第一节油井生产动态分析,油井的产水指数(Jw)为：,油井的总产液量为qL=qo+qw，因此，油井的产液指数(JL)为：,(7),(6),从(5)()式可以看出，不管是产油指数还是产水指数，它们都不是常数，而是随流度(=k/)变化的量。,第一节油井生产动态分析,随含水率的增大，油井的产油量将减小，产水量将增大，因而产油指数将减小，产水指数将增大。由于流度与含水饱和度有关，含水饱和度又与含水率有关，因此，在矿场上常常绘制油井产能指数随含水率变化的关系曲线(图3-8)。,图3-8,第一节油井生产动态分析,为了便于应用和预测，又常常把这些曲线拟合成各种形式的数学公式，常用的数学公式主要有：,(1)指数型：,(2)多项式型：,油井生产动态分析 气井生产动态分析 产量递减规律分析,第二节气井生产动态分析,一、气井的产能方程,气井的产能：即气井的产气能力，是指在特定的压力条件下气井的日产气量，包括气井的绝对无阻流量和不同井底压力下的产量。,要确定气井的产能，首先必须确定气井的产能方程。气井产能方程指气井产量与气井压力之间在稳定条件下的关系方程。,由于气体渗流一般服从非线性渗流规律，所以可分别按二项式和指数式公式来整理试井资料。因此，常用的气井产能方程有两种基本的形式：二项式和指数式。,第二节气井生产动态分析,1.二项式气井产能方程的二项式形式可以表达为：,根据上式，井底稳定流压与稳定产量之间的关系曲线如图3-9所示，该曲线称作气井的生产指示曲线。对于气体渗流问题，由于非达西项的存在，生产指示曲线一般都不是直线，而是下凹型曲线。由图中曲线可以看出，井底流压越低，气井的产量就越高。,(8),气井绝对无阻流量：井底流压为0时对应的油井最大产量，用qAOF表示。,第二节气井生产动态分析,确定了气井的二项式产能方程式之后，可计算qAOF:,图3-9,第二节气井生产动态分析,(2)当b特别大以致于达西渗流项可以忽略时，表明整个流动完全为非达西渗流，产能方程和qAOF分别为：,讨论：(1)当b=0时，表明整个流动完全为达西渗流，此时的产能方程和qAOF分别为：,第二节气井生产动态分析,2.指数式 产能方程形式为：式中：c产能曲线常数；n产能曲线指数。指数n的取值范围在0.51之间，n值越大，表明气体的达西流动成分越多；n值越小，表明气体的非达西流动成分越多。,在确定了气井的指数式产能方程式之后，则很容易计算出气井的qAOF，计算公式为：,第二节气井生产动态分析,讨论:(1)当n=1时，表明整个流动完全为达西渗流，此时产能方程和qAOF分别为：(2)当n=0.5时，表明整个流动完全为非达西渗流，此时产能方程和qAOF分别为：,二、常规产能试井 在进行试井之前，需做产能试井设计。设计内容包括测试程序和测试时间等内容。图3-10为气井正序测试的产量和井底压力变化曲线。,第二节气井生产动态分析,图3-10,第二节气井生产动态分析,正序测试的程序为：(1)让气井以较小的气嘴生产，待井底压力稳定后进入下一步测试；(2)把气井换成较大的气嘴继续生产，待井底压力稳定后进入下一步测试；(3)重复(1)和(2)进行3步。测试完成后关井。关井时间可以选择进行一次压力恢复试井测试。待测试完毕之后，从井底取出压力计。,第二节气井生产动态分析,把测试的稳定产量和稳定井底流压，按照二项式产能方程进行整理。,绘制气井的二项式产能曲线，得到一条直线(3-11)。,图3-11,(9),第二节气井生产动态分析,确定出斜率b和截距a代回式(9)即可得到产能方程，还可以求解无阻流量。,2.指数式,对指数式产能方程两边取对数，得到：,在双对数坐标系中绘制气井的指数式产能曲线，将得到一条直线(3-12)。,图3-12,(10),第二节气井生产动态分析,把该直线方程回归可求出产能曲线常数c和产能曲线指数n。然后把c和n代入公式(10)就可以得到气井的指数式产能方程，由此可以计算出气井的绝对无阻流量。,等时试井要求每一个气嘴开井生产的时间相等。图3-13为气井等时试井的产量和井底压力变化曲线。方法与常规试井方法类似，但要求每一次测试都要更换油嘴，在关井之后必须恢复到原始状态在进行测试。最后一个流量被称作延时流量，延时流量测试时间最长。测试完之后关井。,三、等时试井,第二节气井生产动态分析,图3-13,第二节气井生产动态分析,根据测试的点绘制出产能曲线，(3-14)。得到斜率b和截距a1，由于前4组测试点并没有稳定，因此，此时得到的并不是真正的产能方程。,1.二项式,把前4组测试点数据得到的产能曲线平移到第5个测点。两条直线只有截距发生变化，而斜率不发生变化，根据第5个测点确定截距a，将a和b回代，即可得到二项式产能方程。,图3-14,第二节气井生产动态分析,根据测试的点绘制出产能曲线，(3-15)。得到产能常数c1和产能曲线指数n，由于前4组测试点并没有稳定，因此，此时得到的并不是真正的产能方程。,2.指数式,把前4组测试点数据得到的产能曲线平移到第5个测点。两条直线只有截距发生变化，而斜率不发生变化，根据第5个测点确定产能曲线常数c，将c和n回代，即可得到指数式产能方程。,图3-15,第二节气井生产动态分析,修正等时试井要求每一个气嘴开井生产的时间相等，关井恢复压力的时间也相等，但是开、关井时间可以不相等，一般情况下关井的时间长于开井生产的时间，但开井的时间必须足够长，以消除井筒储存效应的影响。图3-16为气井修正等时试井的产量和井底压力的变化曲线。,四、修正等时试井,二项式和指数式的产能方程的求解方法与等时试井类似。,第二节气井生产动态分析,图3-16,油井生产动态分析 气井生产动态分析 产量递减规律分析,第三节 产量递减规律分析,就油田开发全过程而言，任何油田的开发都要经历产量上升、产量稳定、产量递减三个阶段（如图3-18所示）。,一、产量变化规律,图3-18,第三节 产量递减规律分析,油田三个开发阶段的时间、长短、产量水平及变化规律受油藏类型、地质条件、开发政策、开发措施、工艺技术水平等的不同而不同。一般油田越大，全面建成生产能力时间越长，稳产速度要求越高，则产量上升阶段越长；天然能量充足或保持压力水平开采，稳产速度较低，则产量稳产阶段越长；能量不充足，稳产速度高，则产量稳产期短。,第三节 产量递减规律分析,根据统计资料表明，水驱开发油田，当采出油田可采储量的60左右，即进入产量递减阶段。稳产期的采油速度越高，产量递减会越快；封闭型弹性驱动油藏、重力驱动油藏产量递减快。产量递减分析方法是针对已处于产量递减阶段的油田，预测和分析油藏动态的一种数理统计方法。,二、产量递减的几个基本概念,图3-19,1、产量递减率 油、气田产量递减阶段，产量递减的大小通常用递减率表示，即单位时间内的产量递减分数，见图3-19，其表达式为：,式中：D瞬时递减率。,第三节 产量递减规律分析,第三节 产量递减规律分析,阿普斯研究认为瞬时递减率与产量变化遵循下面的关系：,式中：K比例系数；n递减指数。,由此可以得出，任一时刻的递减率和产量与初始递减率和初始产量满足如下关系：,式中：Do初始递减率；Qo初始产量。,递减系数()递减率的关系：,(11),第三节 产量递减规律分析,三、产量递减分类,n0且n1时为双曲递减，但通常双曲递减指0n1；n=0时为指数递减；n=1时为调和递减。,根据递减指数的不同，产量递减可分为指数递减、双曲递减、调和递减三种类型。,1、指数递减（n0）,分离变量对时间积分得：,递减期最大累积产量：,第三节 产量递减规律分析,可见产量与时间呈指数关系，由于指数递减中递减率为常数，因此又叫常百分递减、等百分递减或等比级数递减，又由于产量与时间呈半对数直线关系，因此又称为半对数递减,2、调和递减（n1）,分离变量对时间积分得：,调和函数,累积产量：,消去时间变量得：,Q1累积产量最大,第三节 产量递减规律分析,3、双曲递减（n1，n 0）,分离变量对时间积分得：,双曲函数,累积产量：,消去时间变量得：,当n1，Q0时累积产量最大,第三节 产量递减规律分析,当n=-1时为直线递减：,递减阶段累积产量与时间关系：,递减阶段累积产量与产量关系：,当n=0.5时为：,第三节 产量递减规律分析,表1 三种递减类型基本特征对比,第三节 产量递减规律分析,第三节 产量递减规律分析,产量的递减速度主要取决于递减指数n和初始递减率Do。在初始递减率Do相同时，以指数递减最快，双曲递减(特指0n1)次之，调和递减最慢。在递减指数一定即递减类型相同时，初始递减率越大，产量递减越快，在递减阶段的初期，三种递减类型比较接近，因而常用比较简单的递减类型如指数递减等研究实际问题；在递减阶段的中期，一般符合双曲递减；而在递减阶段后期，一般符合调和递减。在油田开发的整个递减阶段，其递减类型并不是一成不变的，因此，应根据实际资料的变化对最佳递减类型做出可靠的判断。,第三节 产量递减规律分析,四、递减类型的确定,1.图解法,1)指数递减 满足下列条件之一，可判为指数递减(1)实际资料在lgQ-t坐标中成较好的线性关系(2)实际资料在Np-Q坐标中成较好的线性关系,2)调和递减,如果实际资料在NplgQ坐标中成较好的线性关系，则属于调和递减。,第三节 产量递减规律分析,3)双曲递减 既不属于指数递减，也不属于调和递减(1)产量Q与时间t成直线关系，则为直线递减。(2)累积产量Np与 成一过原点的直线，则为的双曲递减。,第三节 产量递减规律分析,2、试凑法 当n取值适当时，为一条直线，根据直线的斜率可求出初始递减率Do；如果n取值偏大，则成一条向上弯曲的曲线；如果n取值偏小，则成一条向下弯曲的曲线。,第三节 产量递减规律分析,当C值偏大时，得到一条向右下弯曲的曲线；当C偏小时，得到一条向左上弯曲的曲线，根据合适的直线方程，可求出Do、Qo和n。,3、曲线位移法,第三节 产量递减规律分析,4、典型曲线拟合法,指数递减：双曲递减：调和递减：,第三节 产量递减规律分析,五、递减规律的应用,应用产量递减规律可以预测未来的产量指标和可采储量。,