产能测试评价及试井分析

产能测试评价及试井分析第1页/共67页一、高压含硫气井合理测试时间的确定方法研究一、问题的提出从气井的测试方面讲,测试时间过长,会造成气井测试的费用增多,从资料录取,测试资料分析方面来讲,测试时间长对资料的分析是有利的,能够得到更多的气藏信息,如边界状况、储量大小等。另一方面,由于气井含硫,在测试时,测试工具要受到硫的腐蚀,尤其气井存在水时,腐蚀将更为严重,从这一点出发,要求气井的测试时间越短越好。由此可见,从不同的方面出发,将得出不同的测试时间,这就提出了,到底测试时间多长才为合理呢?为此,对高压含硫气井合理测试时间的确定方法作一探讨。第2页/共67页二、确定气井合理测试时间的原则要确定气井合理测试时间,首先要制定一个原则:(1)保证测试期间不损害测试工具;(2)保证易于录取资料;(3)保证录取的资料易于分析和获准气藏的有关参数;(4)测试期间要求不伤害储层,不出砂;(5)如果要了解边界状况,还要保证所录取的资料能够求出边界。第3页/共67页三、合理测试时间确定应考虑的因素在研究含硫气井合理测试时间时考虑如下因素:(1)测试工具的最大耐腐蚀时间;(2)录取的恢复资料必须要达到消除井筒储集效应后的时间;(3)测试开井生产期不伤害储层,保持测试期间不出砂;(4)测试关井期井筒中的压力上升要不破坏井口装置。第4页/共67页四、合理测试时间确定的计算方法从录取的资料易于分析和获准气藏的有关参数方面计算合理测试时间。不管是完井测试还是中途测试,一般都采用两开两关的测试方法,第一开和第一关的时间都很短,主要目的是清除井底污物等,而且获得的资料也不用于作分析和求参数,为此,这里着重研究第二开和第二关的测试时间(以下称开井和关井时间)。第5页/共67页1.开井时间的计算方法在开井时,由于测试工具以下存在一定的“井底口袋”,使得开井时最先出来的气体是从“井底口袋”出来的,而不是从地层中出来的,因此这期间所测得的压力数据不能反映地层的特性,这一阶段的测试数据称为“井筒储集期数据”。从渗流力学的知识很容易知道,开井时间必须大于井筒储集期结束时间,让压力波波及到地层。根据国外科技人员研究表明,开井期井筒储集期结束时间为:tD=(60+3.5S)CD式中：

tD

一一无量纲时间;CD

一一无量纲井筒储集系数;S一一表皮系数。第6页/共67页将上式转化为有量纲的表达式为:式中：

t一一生产时间,h;C一一井筒储积系数,m3/MPa;m2m第7页/共67页2.影响开井时间的因素

1)井筒储集系数C

开井生产时间t与井筒储集系数C成正比,而C越大要求的开井时间越长。在流体性质一定的情况,井筒储集系数与“井底口袋”的体积大小成正比。因此为了减少“井底口袋”的体积大小,在测试时应尽量将测试仪器放在产层部位,这样可以缩短开井时间

2)表皮系数S

开井生产时间t与表皮系数S成正比,表皮系数越大,表明井的污染程度越严重,此时,要求的开井生产时间越长。为了缩短测试井生产时间,应尽量减少井的污染程度。

3)地层系数kh

开井生产时间t与地层系数kh成反比,地层系数越小,开井生产时间越长,地层系数越大,开井生产时间越短,因此,对于地层系数大的储层,对于测试是有利的。第8页/共67页3.关井时间的计算方法关井时间的计算方法要根据不同的测试目的来确定。一般说来,测试目的可以分为如下两种:只了解地层特性参数;不仅了解地层特性参数,还要了解边界状况。根据不同的测试目的,下面讨论其关井时间的计算方法。

1)只了解地层特性参数的关井时间计算方法要了解地层参数,关井后压力波仍然要波及到地层后所测得的数据,才是有用的数据。在关井时“井底口袋”仍然要起作用,产生续流效应。因此,关井时间必须大于续流效应结束时间。根据国外文献表明,关井续流结束时间为:tD=50CDe0.14S式中

tD

一一井筒续流效应结束的无量纲时间;CD

一一井筒续流系数的无量纲值;S一一表皮系数。第9页/共67页

将上式化成有量纲形式,则为:tcend=2.2116*C*e0.14S/kh

式中:tcend

一一h;

C一一m3/MPa;★问题：关井时间要大于井筒续流结束时间多少才合理？

根据从资料解释方面的研究，即根据测试资料的分析要求，合理的关井时间为：lgt=lg(tcend)+0.5t=3.16tcend即实际的关井时间应大于井筒续流结束时间的3.16倍第10页/共67页2)既要了解储层特性参数又要了解边界状况的关井时间计算

在此仅讨论存在一条断层的情况。存在断层时，根据渗流理论，关井后断层反映的时间为△tx：h1/MPam2

对于上述条件的测试，开井生产时间必须大于断层反映的时间，为尽量缩短生产时间而又利用资料的解释，须满足：lgt=lg(△tx)+0.10t=1.259△tx第11页/共67页

★从测试工具防腐方面确定合理测试时间由于是高温高压含硫气井，必须考虑硫对测试工具的腐蚀，从这方面考虑，最大的测试时间不得超过硫对测试工具的耐腐蚀时间，因此有：

另外还须考虑井口装置承压能力，以确定深井测试的最大关井时间。第12页/共67页（一）问题的提出异常高压气藏具有压力高,产量大的特点,为了弄清气井所具有的产能,也要进行产能试井,自从异常高压气藏发现后,矿场工程师们在异常高压气井作了大量的产能试井工作,发现用过去常用的方法来处理产能试井资料,几乎很少有成功的例子,就是进行了各种影响因素的校正(井底堵塞、井底出水、井底有积液等),效果也不显著。那么,是什么原因引起这类试井曲线的异常,如何分析处理这类产能试井资料?这是我们极其关心的问题,也是急需解决的产能试井资料的分析问题,为了能够准确地确定出气井的产能,我们不得不研究这类井的产能试井分析问题。二、异常高压气井产能试井资料分析第13页/共67页（二）异常高压气藏的渗流机理分析国外文献将天然气在多孔介质中的渗流分为四种流态,即低速流、达西流、过渡流和高速流:过渡流表示天然气在多孔介质中的流动已出现紊乱,层流与紊流同时存在,气体渗流的二项式渗流规律就是描述这种流态。第14页/共67页

但在很早以前，Forchheimer发现仅用二项式解释不了高速流动情况下的实验结果,于是提出了描述气体在多孔介质中渗流的三项式定律,即在二项的基础上,再加上一个三次方项,即该方程提出来以来,直到1982年Ezeudembah等人才用粘性流体动力学的知识从机理上给予了分析。第15页/共67页

把流动通道中天然气的流动速度分为两个部分,即平均速度和脉动速度,则有这样处理后,经过一系列的推导,即可得到前述压力梯度与速度的三次方表达式,由此可以看出,式中的三次方项表示脉动项,是由气体在多孔介质中流动的脉动速度引起。在多孔介质中高速流动的天然气,由于其流动通道的曲折复杂,天然气与流动通道的接触表面积很大,致使在孔道表面形成了一层特殊的流动区域,而且速度越高,两个流动区域的差越大,如图所示第16页/共67页将压力梯度表达式换成径向渗流,并简化后可得:由该式可知,对于高速流动的气井,其生产的压力平方差与产量之间成三次方关系式,如果式中的C=0,则还原成二项式关系式,说明前面的二项式关系式是该描述规律的一个特殊。（三）异常高压气井产能试井资料分析方法之一----最优化计算法运用产能试井资料,只要求出方程上式中的系数A,B,C,那么就唯一地确定了该井的流入动态。第17页/共67页但是上式不能变化成某种线性关系,所以,这里用最优化方法来处理异常高压气井产能试井资料。根据产能试井资料,若有N个测点,即(qg1,Pwf1),(qg2,Pwf2),…,(qgN,PwfN)那么产能方程可以写成:为了实现计算井底压力值与实测压力值的最优拟合,构成下列非线性优化模型。第18页/共67页

如果去掉约束条件,经过变形就成为一般的最小二乘问题,有的试井资料比较好,只需要用回归的方法就能简单处理,然而实际情况是错综复杂的,由于各种原因,试井资料总是或多或少带有噪音,尽管许多点规律性比较好,但某些关键点起破坏作用的程度是不可低估的,它们会使整个曲线发生弯曲,失去应有的物理意义。加约束的目的就是将这些坏点的影响削弱,使曲线符合大多数测试点,从而保证其物理意义不会被丧失。第19页/共67页

可采用可变容差法进行求解,该法的基本思想就是通过多面体的多次反射、收缩、缩减、膨胀,最终获得满意约束允许误差的最优解。

通过计算,可以得到试井期间气藏的平均地层压力Pe以及A,B,C值。

气井无阻流量的获得须求解三次方程，其根的获得比较困难,可采用交会法的方法计算：

设定一系列的qAOF

值,计算出相应的函数值y1和y2,以qAOF作为横坐标,以y1和y2值作为纵坐标,则得到相交曲线,该两条曲线的交点所对应的横坐标值,即是该气井的无阻流量值。y1y2第20页/共67页（四）异常高压气井产能试井资料分析方法之二---试差法不断试凑和调整A值，并进行线性回归，求得最大相关系数对应下的相应A、B、C值。第21页/共67页（五）实例分析【实例1】某气藏位于阳新统阳三3地层，是一个裂缝性的碳酸盐岩异常高压气藏，由于该地区的阳三地区具有多裂缝性，储层往往显示为一个个小块的独立裂缝系统，该气藏仅一口生产井，气井投产后进行了一次产能试井：产气量104m3/d井底压力MPaqgi+qg(i-1)52.2241.99660.4039.80112.6221.95966.4237.994126.8223.33869.7336.127136.1541.80875.0035.0425144.7314.646第22页/共67页

由于地层压力未知，气矿工程师采用两点数据间关系处理稳定试井曲线，显示出异常的产能试井曲线。第23页/共67页

矿场人员从其它途径估计得到的地层压力为42.93MPa，然后用二项式处理，处理结果为：

气井无阻流量为104.28×104m3/d，且方程A值为负。这里由于进行产能试井时，气量都在50×104m3/d以上，这时，边界层阻力的影响不能忽略。第24页/共67页

按三次项公式法对上述测试资料进行处理，最优化拟合结果如下：PR=45.241qAOF=100.53×104m3/d第25页/共67页【实例2】某气藏为阳新统阳三2碳酸盐岩异常高压气藏，唯一独立裂缝系统，仅一口生产井，产能试井数据：产气量104m3/d井口压力MPa井底压力MPa井口温度℃87.9334.7947.687266594.9231.1844.63786499.3928.7842.688164.5104.6525.4640.0267266107.6722.7537.814964112.3318.4234.5329462.5第26页/共67页按两点数据间关系处理稳定试井曲线，显示出数据点凌乱，数据异常。显然，采用二项式分析结果不符合理论，这里由于产量大，存在脉动速度的缘故，应采用三项式处理方法。第27页/共67页PR=57.104qAOF=150.16×104m3/d第28页/共67页三、低渗透气井产能试井资料分析（一）低渗气井产能方程推导

低渗气藏具有孔隙度、渗透率低的特点，特别是对于束缚水饱和度较高的低渗气藏存在启动压力梯度。启动压力梯度的存在，使得气井生产时井底流压下降快，关井后压力恢复缓慢，产能曲线出现异常。v第29页/共67页设井的产量为qg，则地层中各点的渗流速度为：结合上面两式积分：即：启动压力梯度引起的系数第30页/共67页（二）低渗气井产能测试资料处理方法1.最优化分析方法2.试差法gqgq第31页/共67页（一）问题的引入四、径向非均质储层的产能试井分析许多气井在钻井完井过程中都可能存在一定的污染,使得井周围的储层渗透率不同于远井区；井进行酸化后,井周围的渗透率得到改善,也使得井周围的储层有效渗透率不同于远井区。井周围由于压降漏斗的形成,使气体中凝析液析出,降低井周围气体渗流的有效渗透率。径向非均质储层,也称复合模型

对于这种存在径向非均质的储层,气井的产能是否还满足二项式关系?又如何分析这类气井的产能试井资料?为此,我们作了探索。第32页/共67页（二）径向非均质储层的地质模型简化将径向均质储层简化成由一系列的同心圆组成（三）径向非均质储层气井的产能方程形式研究为了能够推导径向非均质储层气井的产能方程,特作如下假设:在图中,每一个圆环看成是均质的,圆环的内圈看成是一口大井,圆环的外圈看成是储层的外边界,那么,对于每一个圆环的储层都满足二项式方程,即有:r1r2r3re(i=1,2,….,N)第33页/共67页等式相加：

对于存在径向非均质储层的气井,其径向上非均质性的变化,不影响产能方程的形式,可以按过去的方法进行处理即可。第34页/共67页五、低渗压裂气井产能试井分析方法

低渗气井经过压裂后,在井底附近形成一条裂缝,井周围的渗流方式与未压裂井相比,已经发生了变化,在这种情况下,产能方程的形式如何描述,是否还能用过去的二项式方程来描述？第35页/共67页（一）低渗压裂井地质模型简化及渗流过程1.地质模型简化储层均质、等厚、各向同性,气井经过压裂后,在井的两侧对称部位形成一条人工压裂裂缝,裂缝的长度为2xf(一侧的缝长为xf),裂缝的宽度是w,裂缝的高度与储层的厚度一样,2.渗流过程地层中压开一条裂缝后,渗流过程发生了变化,首先是裂缝中的流体进入井筒,形成裂缝线性流动阶段；在裂缝中压力降低后,地层中的流体流入裂缝,形成裂缝一地层双线性流；最后,远处的流体流入井附近,形成拟径向流。第36页/共67页（二）压裂井气井产能方程的形式1.有限导流裂缝的裂缝线性流阶段流动发生在裂缝线性流阶段,此时,井底压力动态可以用下式描述:裂缝表皮第37页/共67页2.有限导流裂缝的裂缝－－地层双线性流阶段在裂缝－－地层双线性流阶段,井底压力动态可以用下式描述:第38页/共67页3.地层拟径向流阶段在地层拟径向流阶段:FCD（低导流能力，FCD<10）（高导流能力，FCD>10）（低导流能力）（高导流能力）第39页/共67页流动阶段mAB裂缝线性流m.D裂缝－－地层双线性流m.D地层拟径向流2m.D(低导流能力)2m.D(低导流能力)对于裂缝井不同流动阶段，产能方程都可以用二项式方程描述，只是系数A不同，但对于系数B，在不同流动阶段，其值保持恒定。压裂气井各流动阶段气井产能方程系数表第40页/共67页六、水侵气藏气水井两相产能方程形式及产能测试资料分析方法

气田开发进入中后期后,一般气田都要产水,为了寻求气井产水后的流入动态需要进行测试,但是,人们发现,对于产水气井,所测得的资料在有些情况下,难以用常规的分析方法进行处理,为此,这里对产水气井的流入曲线方法进行探索。

（一）产水气井气藏的渗流规律探索气井产水以后,气藏的渗流规律将发生变化,存在气水两相流动,在两相流动中阻力明显增加,这是第41页/共67页1.形成上述现象的原因：1)毛管阻力一般在渗流运动中毛管力多以阻力出现。当然,个别液面引起的毛管力是有限的。但在两渗流区,两相液体呈分散混杂状流动。可以有很多处弯液面,当毛管阻力大到一定程度时,就不能忽略。因为对其中一相来讲,另一相可以看成是地层骨架的增加,因此孔隙缩小,阻力增大,渗透率减小。经实验证明,两相各自渗透率之和,并不等于单相流动时的绝对渗透率,因此,两相渗流时,不能仅看成是粘滞摩擦阻力的增加,而且还有新的阻力产生。第42页/共67页2)贾敏效应产生的阻力两相渗流的另一种渗流形态是:其中一相成液滴或气泡状分散在另一相中运动,当液滴或气泡在直径变化的毛管中运动时,由于变化而产生附加毛管阻力。2.产水气井气体的渗流规律由于存在毛管阻力、贾敏效应,在气井两相渗流时,存在一个临界渗流速度,根据国内外大量的实验研究表明，气相的渗流速度与压力梯度满足：第43页/共67页vvC2vC1将0－A段用直线表示，而后A-B-C采用二项式描述：对气相：第44页/共67页对水相，由于其紊流效应程度相对于气相很小，可以忽略：----达西流动的渗流起始临界流速----紊流系数----气体与岩石之间的作用系数第45页/共67页

在上述渗流速度方程式的基础上，可以建立气水两相稳定渗流数学模型，求解得出气井气水两相流入动态规律：对气相：对水相：水的产量第46页/共67页对于某一口井、某一时间，、A、B都为定值理论计算表明，一般很小，当气井出水时，以小于的产量无法举升液体生产，（携液角度）因此一般满足上述二项式。故：（二）产水气井系统试井资料处理对气相：第47页/共67页△Pw’是产水气井中克服非达西低速渗流、气液相互作用以及液固相互作用毛管力等作用力的综合反映。即在气水两相渗流时，只有生产压力的平方差大于△Pw’后，气井才会生产。压力气产量是水能够生产的最小井底流压第48页/共67页对水相：

计算表明，当q<qgwkp时，在实际井中根本无法生产，由于在q<qgwkp情况下的数据难以获取，可以只考虑q>qgwkp情况：压力水产量是qg>qgkp时满足方程的外推压力值是水能够生产的最小井底流压第49页/共67页（三）应用实例工作制度起止时间井底流压MPa产气量104m3/d产水量m3/d12月6日12:00~16:0010.0392.03125122月6日21:00~23:0010.0921.75723932月7日13:00~16:3010.6911.45719442月7日6:00~8:3011.6170.7187154某井于1996年2月进行了生产测试：关井后测了压力恢复曲线，分析得到外推地层压力19.7MPa。第50页/共67页采用优化或试凑算法，计算得到气相流入曲线方程：第51页/共67页水相：采用线性回归，计算得到水相流入曲线方程：第52页/共67页七、气井合理配产（一）气井合理配产应考虑的因素

气井的配产即确定气井的合理产量。在组织新井投产时，首先要确定气井的合理产量。保持合理产量不仅可以使气井在较低的投入下较长时期稳产，而且可以使气藏能在合理的采气速度下获得较高的采收率，从而获得最好的经济效益。气井的合理产量必须在充分掌握气藏地下、地面有关资料的基础上，由编制出的开发方案（或试采方案）来确定。第53页/共67页确定气井合理产量有如下具体要求：1.气藏保持合理采气速度气藏合理的采气速度应满足的条件是：

(1)气藏应保持较长时间稳产：稳产时间的长短不仅与气藏储量和产量的大小有关与气藏足否有边、底水，边、底水活跃程度等其他因素有关。

(2)气藏压力均衡下降。气藏压力均衡下降可避免边、底水舌进、锥进，这对有水的开采十分重要；

(3)气井无水采气期长，无水期采气量高；

(4)气藏开采时间相对较短，采收率高；

(5)所需井数少，投资低，经济效益好。第54页/共67页2．气井井身结构不受破坏3．气井出水时间晚，不造成早期突发性水淹

气井生产压差过大，会引起底水锥进或边水舌进。尤其是裂缝性气藏，地层水将沿裂缝窜进，引起气井过早出水，甚至造成早期突发性水淹。气井过早出水，产层受地层水伤害，将造成不良后果：

（1)加速产量递减。气层的一部分渗流通道被水占据，使单相流变为两相流，气相渗透率降低，增大气体渗流阻力，产气量大幅度下降，递减加快。

(2)地层水沿裂缝、高渗透带窜进，气体被水封隔、遮挡，气体流动受阻，部分区块变成死气区，使采收率降低。

(3)气井出水后水气比增加，造成油管中气液两相流动，使压力损失增加，井口压力下降，严重时会造成积液，产气量下降，甚至造成气井过早停喷，大大缩短气井寿命。第55页/共67页4.平稳供气、产能接替

连续平稳供气是天然气生产的基本要求。气井在生产过程中随着地层压力下降，产量最终不可避免要下降，产量下降速度主要与储量和产量的大小有关、合理产量的确定可以使气井产量的下降不致于过快，能保持阶段性相对稳产，既能满足平稳供气的需要，也为新井产能接替争取时间。第56页/共67页

对于储量大小不同的气田或气藏，其采气速度和稳产年限可按下述标准控制：储量大于等于50×108m3的气藏，采气速度为3％～5％，稳产期要求在10年以上；储量为10～50×108m3的气藏，采气速度为5％左右，稳产期要求5～8年；储量小于10×108m3的气藏．采气速度为5％～6％，稳产期5～8年。5.合理产量与市场需求协调第57页/共67页（二）气井产能的确定（预测）1采气指数法气井产能统计采气指数与地层测试解释有效渗透率或地层系数或统计米采气指数与有效渗透率的关系2单位地层压力法气井产能第58页/共67页无阻流量与地层系数一般地并不直接成线性关系，它还与地层压力相关，这种关系在非均质较为严重、生产井段较长的气层表现尤为突出。第59页/共67页3单位地层系数采气指数法确定气井产能气井在生产时，常会不可忽略地存在一定的紊惯流即非达西（非线性）流影响，使气井产能基本上满足二项式产能方程，此时，采气指数J除与气井产量有关外，还与地层和流体物性