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油藏工程原理与方法. 第三章 油藏动态检测原理与方法. 第三章 油藏动态检测原理与方法. 本章主要内容. 油气田开发过程中常用动态监测方法，主要有： 试井分析方法 示踪剂分析方法 生产测井分析方法. 第三章 油藏动态检测原理与方法. 试井与试井分析. 一 试井的概念. 一、 试井的概念 试井是对油、气、水井进行测试和分析的总称。测试内容包括：产量、压力、温度、取样等。
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油藏工程原理与方法 第三章 油藏动态检测原理与方法
第三章 油藏动态检测原理与方法 本章主要内容 油气田开发过程中常用动态监测方法，主要有： 试井分析方法 示踪剂分析方法 生产测井分析方法
第三章 油藏动态检测原理与方法 试井与试井分析
一 试井的概念 一、 试井的概念 试井是对油、气、水井进行测试和分析的总称。测试内容包括：产量、压力、温度、取样等。 试井属于油藏工程一个分支，是一种以渗流力学为基础，以各种测试仪器为手段，通过对油气井生产动态的测试来研究油、气、水层和测试井的各种物性参数、生产能力以及油气水层之间的连通关系的方法。
一 试井的概念 P(t) Q(t) P r Pi P = P(r,t) 矿场测试示意图
一 试井的概念 • 压力测试：将压力计下到油层或气层或注水层部位，开井或关井记录井底压力随时间的变化——得到一组数据。 • 当开井生产或关井测压时，油层压力将发生有规律的变化，并且像水波一样地向各方向传播，在其波及范围内，压力对各点油层的微观与宏观结构作了一次“扫描”，依据获取的“扫描”信息，来判断“扫描”范围内油层的宏观特征以及有关参数。 • 井的流动特性包含了井身固有的流动特性与井身连通的油气藏的流动特征，包括油气藏的压力温度、渗流特性、边界形态、储量大小和井的完善程度等信息。 • 试井分析：应用渗流力学理论，分析测试数据，反求油层和井的参数。是渗流理论在油气田开发中的直接应用，反之，也是检验油气渗流理论正确与否或符合油田实际的重要方法。
二、试井的理论 • 试井分析过程：将试井中记录的信息进行分析处理，获取由这些信息反映出的地层特性。 • 对于不同的试井手段获取的信息将有不同的分析手段，即所谓不同的试井分析方法。 • 对地层的描述不同，建立的数学模型不同，也将产生不同的试井分析方法。尽管地下油藏形状各异、性质千差万别，但是由于油藏系统是一个未知系统，而对未知系统的分析总是按固定的模式去进行的。因此，从系统分析的角度来看，不同试井分析方法所遵循的解决问题的过程实质上是固定的。 油藏 —黑箱 响应信号 输入信号 图 1－1
二、试井的理论 (1)正问题:首先假设未知系统属于某一系统；其次建立这类系统相应的物理和数学模型，最后求解得出一系列表征该系统的标准信息(数据表、曲线等)，即可求出各自的特征。 (2)反问题:需对一未知油藏系统进行分析，由于油藏系统的有限性，尽管目前其性质未知，但它必定属于已知(并求出了其特性)的那些系统中的某一种。如何来判断它属于哪种已知系统，这就是一个反问题的过程。具体地说，首先应该对该未知系统施加一定的信号(试井：改变产量或压力)，然后得出反映该未知系统特性的输出信息(压力或产量变化历史)。 一般说来，对于一个系统，施加某一输入，一定能得到某一输出。但对于不同的系统施加同样的输入，一般将得到不同的输出。因此，可以用不同系统对于一定的输入的反映(已经知道)即输出来识别系统本身，将得到的未知系统的反映信息和已知系统的那些标准信息相比较(计算、拟合等)，最后确定出未知系统属于哪一类已知系统，从而求得未知系统的性质参数。
三 试井的发展概况 力学 = 流体力学 + 固体力学 + 一般力学 流体力学（I. Newton、1686、1687） 内摩擦定律、Newton三大定律 理论流体力学（L. Euler、1755） J. L. R. d’Alembert（1752）达朗贝尔佯谬 粘性流体力学（C. L. M. H. Navier（1821）& G. G. Stokes（1845）N-S方程） 经验流体力学 = 水力学 L. Prandtl（1875-1953）边界层理论 多孔介质（连续性假设） 渗流力学（H. Darcy、1852-1855） 试井分析（1920-2008） 回顾：试井分析理论属性
三 试井的发展概况 回顾：20－40年代试井分析 • 1852—1855 H. Darcy确立Darcy实验定律，后来被流体力学理论证实。 • 20’s，测量井内最高压力仪器，用浮筒、回声仪测液面。 • 30’s，连续测量井底压力仪器，用晚期资料确定PR、K • C. V. Theis（1935）发表“水井干扰不稳定流动模型” • R. D. Wyckoff & H. F. Botset（1936）提出相对渗透率的概念 • M. Muskat & M. Merese（1937）饱和度概念，将Daycy定律推广到多相渗流中 • M. Muskat（1937）：《The Flow of Homogeneous Fluid Through Porous Media》
三 试井的发展概况 回顾：20－40年代试井分析 • 40’s，井间干扰资料研究储层连通性，在不稳定渗流中引入Laplace变换解法 • C. R. Jacob（1941）矿场水井干扰试验、表示高速非达西影响的表皮因子思想 • M. C. Leverette & Lweis（1941） 气水两相试验 • S. E. Buckley & M. C. Leverette （1942）非活塞式两相驱替理论 • H. S. Carslaw & J. C. Jaeger （1946）出版《Conduction of Heat in Solids》。 • A. F. Vaneverdingen & W. Hurst （1949）Laplace变换方法研究不稳态水侵 • M. Muskat（1949）在产能计算中给出——表皮—流量模型
三 试井的发展概况 回顾：50－60年代试井分析 • 50’s，常规试井分析起步、发展 • C. C. Millor, A. B. Dyes & C. A. Hutchinson（1950）提出MDH • D. R. Horner（1951）压力恢复径向流半对数直线段 • Кочина(1952)出版《地下水力学原理》 • A. F. Vaneverdingen（1953）提出油藏工程中的薄表皮模型 • C. S. Matthews, F. Brons & P. Hazebroek（1954）提出MBH • R.L. Perrine（1956）& J. C. Martin（1959）提出P-M近似
三 试井的发展概况 回顾：50－60年代试井分析 • 60’s，常规试井分析方法发展、完善、成熟 • G. I. Barenblatt （1960）提出双重介质渗流数学模型 • J. E. Warren & P. J.Root（1963）改进双重介质渗流数学模型解式 • 中国科学院兰州地质所（1963、1964）《渗流力学集刊》 • C. R. Johnson（1966）提出脉冲试井方法 • C. S. Matthews & D. R. Russell（1967）出版《油层压力恢复和油气井测试》 • R. A. Wallenbarager & H. Y. Ramey（1968）研究垂直裂缝气井常规试井分析
三 试井的发展概况 回顾：70－80年代试井分析 • 70’s，现代试井分析方法起步、发展 • H. Stehfest（1970）提出了Laplace变换数值反演方法。 • R. G. Agarwall & H. J. Ramey（1970）发表压降Ramey型图版：PD-tD • G. W. Govier（1975）出版《气井试井理论与实践》 • R. C. Earlougher（1972）计算机辅助试井分析（1977）《试井分析方法》 • 童宪章（1977）《压力恢复曲线在油田开发中的应用》 • R. M. Mckinley（1971）Mckinley图版：5.6146C△P/QB-△t • A. C. Gringarten Ph.D. from Stanford U.（1971）：G图版（1975）
三 试井的发展概况 回顾：70－80年代试井分析 • 80’s，现代试井分析方法发展、完善，拓宽 • W. B. Fair（1980）井筒相变模型 • D. Bourdet（1983）压力导数图版 • P. A. Goode & Thambynayagam（1985 水平井） • E. Ozkan, R. Raghavan，水平井试井理论 • F. J. Kuchuk，水平井试井理论
三 试井的发展概况 回顾：90年代以来试井分析 • 90’s，发展计算机辅助试井分析 • 测量井底流量，试井设计 • 利用试井资料反求物性分布、饱和度分布 • 生产井压力监测 • 数值试井模拟器……。
三 试井的发展概况 回顾：试井分析理论发展路线 • 直接途径——创立理论概念，解决潜在问题； • 矿场需求出新问题； • 专家学者归纳总结出版高水平论著； • 既为后来者铺陈又供同代人参考 • 与发展的现代化手段相结合，深化已有研究成果； • 面向矿场实际 • 与其他边缘学科积极结合，交叉渗透、推陈出新。
三 试井的发展概况 回顾：试井分析专著 • 〈Pressure Buildup and Flow Tests in Wells〉1967 • 〈Theory and Practice of Gas Well Tests〉1975 • 〈Advances in Well Test Analysis〉1977 • 〈压力恢复曲线在油田开发中的应用〉1977 • 〈试井分析理论基础〉1987 • 〈Modern Well Test Analysis〉1992 • 〈Well Test Analysis〉1993 • 〈Pressure Transient Analysis 〉1989 • 〈非均质地层试井〉 • 其他
四 试井的目的（试井解决的问题） 试井是了解油藏动态的重要手段，其目的就是通过油气井的测试资料来评价油气井或油藏的生产动态，获取地层参数。 • 1、推算地层的原始压力或平均地层压力。 • 2、确定流体在地层中的流动能力，求地层流动系数kh/u,地层系数kh，地层的渗透率k等。 • 3、判断地层的污染情况或改善情况，求表皮系数S. • 4、油气井进行增产措施后，判断其增产效果。 • 5、认识油藏的形状，评价油藏能量作用范围，如边界性质、油水边界、尖灭等。 • 6、估算油藏地质储量或单井的可采储量。
五 试井分类 F（分类） = 类型 地层 目标井 流体 压力 时间 发展历程
五 试井分类 • 1、评价本井控制地层特性的试井分类 • 压力降落试井（Drawdown well test）:油气井以定产量生产，油气井井底压力不断降低，记录压力随时间的变化。（适用于新开发井或探井或油气井关井时间长已经达到稳定后）。 • 压力恢复试井（Buildup well Test）：油气井生产一段时间之后，突然关井，记录关井后井低压力随时间的变化关系。 • 中途测试（Drill –stem test）：在完钻之后，固井之前利用钻杆携带测压仪器，开井生产短时间后关井，并同时记录开井和关井压力的历史。
五 试井分类 • 2、确定井间之间的连通性分类 • 干扰试井（Interference well test）:在A井（激动井Active well）施加一信号，记录B井（观察井，Observation well）的井底压力的变化，分析判断A、B井是否处于同一水动力系统。主要目的是确定井间的连通性。 • 脉冲试井（Impulse well test）:A井产量以多脉冲的形式改变，记录B井的井底压力随时间的变化信息。
五 试井分类 实例：桩107-5井，油层井段2829.0——2839.6m，油层中部深度2834. 3m，根据地震解释资料，桩107-5井与其相邻的注水井桩107一7井之间存在一条断层，两者井距440m。 为了了解桩107-5井与桩107--7井之间断层的密封性，进行干扰试井测试。本次测试注水井桩107-7并为激动井，油井桩107-5井为观测井，可见断层并不封闭。 107-5 107-7 107-5 图 1－30 桩107-5井压力观测曲线（罗水发，1994）
五 试井分类 • 3、根据试井所采取的技术分类 • 常规试井分析（Conventional well test）:以Horner半对数分析法为代表利用直线段的斜率和截距反求地层参数的试井方法，多分析中后期压力资料。（Horner压降和压力恢复法，MDH法，MBH法，Y函数法等）
五 试井分类 • 3、根据试井所采取的技术分类 • 现代试井分析（ Modern well test ）：从原始的物理模型出发，将物理模型建立在更接近实际的基础上，考虑各种内外边界的数学模型，用解析法或数值法求出数学模型的解，并绘制分析用的理论图板。 • 主要 以Gringarten-Bordet图板为基础的双对数方法求取地层参数的试井方法，可以分析早期压力资料。
五 试井分类 （4）按流体性质分类 （1）油井试井 （2）气井试井 （3）水井试井 （4）多相试井 （5）按地层类型分类 （1）均质油藏试井 （2）双孔介质油藏试井 （3）双渗介质油藏试井 （4）复合油藏油藏试井 （6）按井类别分类 （1）垂直井 （2）水平井 （3）压裂井 （4）径向井、分支井
六 现代试井分析软件 • 国产软件商业化 • 包装、流程、输入输出、可持续性发展 • 国外软件应用问题 • 汉化、流程、实用性 • 解释人员素质问题 • 基本概念、基础理论、经验 • 解释结果应用 • 动态特性、正确对待、综合对比分析 • 开发特色软件 • 不要大而全、但求有特色
七 展望：试井分析前沿课题 • 凝析气井试井分析 • 煤层气井试井分析 • 高温高压气井试井分析 • 压敏介质油气藏试井分析 • 多相流试井分析 • 非牛顿流试井分析 • 低渗透介质试井分析 • 水平井及分支水平井试井分析 • 四维试井 • 数值试井
八 几个基本概念 (1)、它能使公式简化，易推导、记忆和应用； (2)、导出公式不受单位制的限制，使用方便； (3)、使得结果具有普遍意义。 （一）无因次量(Dimensionless Variables) 一般物理量都有因次(即量纲)，并用基本因次表示，例如面积，[a]=[L2]。[Q]=[L3/T]等。 也有一些无因次量。如：B， S0， φ， Kr，S 为了一定目的常把有因次量无量因次化，用下标D表示。试井中大量采用无因次量。其优点在于：
八 几个基本概念 试井中常用的无因次量： 1、无因次压力(Dimensionless Pressure) 2、无因次时间(Dimensionless Time) 3、无因次井筒储存系数： 4、无因次距离：
八 几个基本概念 （二）井筒储存系数 油井刚开井或关井时，由于原油具有压缩性等多种原因，地面与井底产量不等，在进行压力恢复试井时，由于地面关井，因此关井一段时间内地层流体继续流入井筒，简称续流Afterflow)其原因： • （1）生产过程中，环形空间没有充满液体，关井后继续 流入井中，液面上升。 • （2）井筒中充满液体，关井后受压缩，继续流入井中。
八 几个基本概念 开井生产时，将先采出井筒中原来储存的被压缩的流体，简称为井筒存储。 井筒存储和续流的影响近似是等效的，称为井筒存储效应。在压力降落与压力恢复曲线分析时都可用存储效应与相应的井筒存储系数表征。 用井筒储存系数表示井筒存储效应的强弱程度，用C表示： 即井筒原油的弹性能所储存或释放的原油能力。 C的物理意义：压力每改变单位压力井筒所储存或释放的流体 的体积。
八 几个基本概念 若原油是单相的(并充满井筒) ，则： 式中C0为井筒中原油的压缩系数， V为井筒有效容积。 上式计算的C称为“由完井资料计算的井筒存储系数”，记作C完井。 它是在井筒中充满单相原油，封隔器密封，井筒周围没有与井筒相连通的裂缝等条件下算得的。 因此C完井是井筒存储系数的最小值。
八 几个基本概念 由于下列原因，实际C往往大于这个数值： • ①、井筒中具有自由气时，由于Cg>>C0值将增大； • ②、若封隔器不密封，井筒有效容积值将大大增加，所以C 值将增大； • ③、双孔介质油藏，有效井筒容积由于与井筒连通的裂缝 的影响面积大，所以C值增大； • ④、液面不到井口(井筒不充满液体)的情形， C值会更大。
八 几个基本概念 q1 q2 井筒存储过程中地面与地下流量的变化 井筒存储阶段；q2 =q(关井情形)，q2=0(开井情形)的那一时间阶段称为“纯井筒存储”阶段，简写作：PWBS。
八 几个基本概念 假设原油充满整个井筒，在开井或关井t小时内，井筒中原油体积的变化为： 在PWBS阶段： 式中： q1，q2分别为地面(折算到井底)和井底产量(m3)
八 几个基本概念 即： 开井情形 |q1-q2|为油井的稳定产量， 关井情形 |q1-q2|为关井前的稳定产量。 所以在PWBS阶段有： 所以： 或： 在PWBS阶段， △p～t为线性关系。
八 几个基本概念 把此附加压降无因次化得到无因次附加压降，用它表示一口井表皮效应的性质和严重程度，称为表皮系数，用S表示。 （三）表皮系数(Skin Factor) 在钻井和完井过程中由于泥浆侵入，射孔不完善或酸化、压裂，或生产过程中污染或增产措施等原因，使得井筒周围环状区域渗透率不同于油层，当流体从油层流入井筒时，在这里产生附加压降，这种现象叫表皮效应。
九 试井的渗流基础 基本假设: 考虑单层、均质无限大油藏中有一口生产井的情况。 （1）油藏水平、均质、等厚、各向同性、横向无限大； （2）开井前地层中各点的压力均匀分布，开井后油井以定产量生产。 （3）地层流体和地层岩石微可压缩，压缩系数为常数； （4）地层流体流动符合达西渗流定律； （5）考虑稳态表皮效应，即看成是井壁无限小薄层上的压降； （6）忽略重力和毛管力的影响，并设地层中的压力梯度比较小。
九 试井的渗流基础 （1） （2）
九 试井的渗流基础 q （3） q （4） q q （5）
九 试井的渗流基础 q q （6） q （7）
九 试井的渗流基础 （8） （9） （11） （12）
九 试井的渗流基础 图 1－2
九 试井的渗流基础 （13） （14）
