油气田地下地质学 第二单 地层测试

第1页，共66页，2023年，2月20日，星期六钻柱测试(DST)是用管柱(钻柱或油管)把测试工具下到预计井深，用封隔器将测试层与其它地层隔离；通过在地面旋转、上提下放管柱或依靠环空压力控制，使井下测试阀多次打开和关闭；在压差作用下，使测试层中的流体流人测试工具；开井获得油气水产量，流动压力和产液性质，关井获得地层静压和恢复压力。第一节钻柱测试常规测试---封隔器下部只有1个测试层

。

跨隔测试---是在1口井有多层的情况下对其中的某一层进行测试

封隔器封隔器第2页，共66页，2023年，2月20日，星期六

钻柱测试的工具主要有两种类型：一、测试工具及原理多流测试器(MEE)；压力控制测试器(PCT)。(一)多流测试器(MFE)测试管串的主要部件有：压力计(两只)、筛管、封隔器、安全接头、震击器、旁通阀、多流测试器、反循环阀等。

第3页，共66页，2023年，2月20日，星期六测试器有4个步骤：下人井内、开井、关井、取出

下人井内--将测试器接在钻杆底部，下至测试层段；此过程中封隔器松开，测试阀关闭，旁通阀打开，井筒内的钻井液就可以由筛管经旁通阀和环形空间返至地面。钻杆内的压力保持在0.1MPa左右。第4页，共66页，2023年，2月20日，星期六开井--坐稳封隔器，关闭旁通阀，测试阀打开。这时封隔器以下地层原来所承受的液柱压力全部由封隔器承担。测试层的流体经筛管和测试阀流人钻杆内。压力计记录流动压力。未加水垫或气垫时，测试层在开井瞬间的回压接近于大气压力，在这种大压差的作用下，地层流体容易流出，轻微堵塞可以解除，获得地层的最大产量。第5页，共66页，2023年，2月20日，星期六关井--测试阀关闭，测量该层的压力恢复曲线，重复开井和关井，可进行多次流动测试和关井测压。一般进行二次，第一次称初流，最后一次称终流取样器取到终流动时的流体样品。第6页，共66页，2023年，2月20日，星期六从井内取出--测试结束。测试阀关闭，旁通阀打开，上提钻具，封隔器松开，将测试工具起至地面，取出地层流体样品，进行分析。第7页，共66页，2023年，2月20日，星期六

(二)压力控制测试器(PCT)压力控制测试器是为海上钻井和斜井测试设计的。压力控制测试器与多流测试器的主要区别有两点：一是用PCT阀控制测试过程；二是测试管柱中配有伸缩接头。它只适用于下套管的井，井下只能下1个封隔器的单层测试器，封隔器以上的套管不能射孔。

第8页，共66页，2023年，2月20日，星期六二、钻柱测试的主要成果(一)压力卡片两个压力计，下压力计位于筛管之下，该压力计直接测量支撑管与井壁之间环形空间内的压力。上压力计又称管内压力计，位于封隔器上部，在测试过程中直接记录从地层进入筛管并向上流人钻杆的流体压力。在正常情况下，这两个压力计记录的压力是相同的，只是由于它们各自所处位置不同而产生微小的差异。但当筛管的孔眼被堵塞时，两个压力计压力就不相同了。因此，可以用这两个压力来检查地层测试器的工作情况。第9页，共66页，2023年，2月20日，星期六现场测试采用两次开关井测试工艺。图为两次开关井压力卡片曲线。A段--下入井内，随下井深度增加而增加的钻井液静液柱压力。工具下到井底后，钻井液静液柱压力达到最大，初开井--BC1，B点压力为初始静液柱压力。封隔器座封后，打开测试阀，流体从地层流人测试工具，被测试层段处的压力急速下降，直到C1，点，C1点压力是初流动开始压力第10页，共66页，2023年，2月20日，星期六初流动--C1C2，C1点开始，流体将不断从地层通过筛管进入钻杆，在此期间压力逐渐上升，初流动结束时压力为C2。此段曲线形状决定于地层的渗透率、流体粘度与密度以及测试层的厚度。初关井--C2D，C2随即开始初关井,压力恢复，初关井压力为D。如果关井时间足够长，D点压力将是地层静压力(通常不会达到地层静压力)。第11页，共66页，2023年，2月20日，星期六终流动--E1E2，E1应和C2近似相等。从该点开始，流体将从地层流人钻杆，压力上升，该段最大压力为终流动结束压力E2，终流动结束前取样器取到终流动时的流体样品。二次开井--DE1，压力迅速下降，终流动开始压力为E1终关井--E2F，终关井后压力恢复，终关井压力为F。测试器关闭，提松封隔器，使压力恢复到静液柱压力G。从井中取出--H段，在G点后将测试器起出，压力逐渐降低为，直到起至地面，整个测试过程至此结束除常用的二开二关井测试外，还可进行任意次数的流动和关井测试第12页，共66页，2023年，2月20日，星期六1．油、水产量的确定(二)油、水、气的计量不能自喷--若测试井液体不能自喷，可根据钻杆内液面的高度计算测试井的产量自喷--测试井的液体能自喷到地面时，通过油嘴和分离器的控制，确定油水产量。

Q——液体产量，m3／d

(地面)；

H——液面高度，m；

Vu—--单位长度钻杆(钻铤)的容积，m3／m；

t——-流动时间，min。第13页，共66页，2023年，2月20日，星期六准确地得到井的产气量，不仅对气井，而且对油井均要测量气量。因为油中含气量的多少影响到油的体积。测定气量的方法较多，一般使用孔板流量计。它是根据气体经过孔板时，流速增加，当气流速度小于临界速度时，孔板前后的压差越大，流经孔板的气量越大。所以测定孔板前后的压降就能算出气量。测试层产气量较小时，可使用垫圈流量计，测试范围从几十到几千立方米。2．产气量的确定第14页，共66页，2023年，2月20日，星期六各类钻柱测试器均可取得地层条件下的流体样品，通过分析，得到地层条件下的压力、体积、温度等参数(三)地层条件下的流体样品钻柱测试应取全取准压力、产量(油、气、水)和井下取样全部资料，通过这些资料的化验、分析和计算处理取得如下成果：①压力(原始、流动)和完整的压力恢复曲线；②产量(油、气、水)和潜在产能、气油比；③采油指数，④有效渗透率或传导系数；⑤堵塞系数和表皮系数；⑥井的边界形状或到产层边界的近似距离；⑦裂缝、衰减及驱动类型的分析；⑧利用分析化验资料对形成油藏的可能性进行评价，对地下烃类相态作出判断；⑨单井控制储量计算；⑩单井生产动态的预测。在此基础上对测试层作出评价第15页，共66页，2023年，2月20日，星期六目前，对钻柱测试压力卡片，从压力卡片的阅读、分段处理、数据整理、曲线编绘、参数计算到资料储存，都由计算机按照所编程序来实现。在资料处理和应用过程中，必须结合油气井所处的地质条件和其它资料来综合考虑，才能使解释结论比较接近于地层的实际情况，为油气田勘探与开发提供有价值的资料三、钻柱测试压力卡片的解释和应用第16页，共66页，2023年，2月20日，星期六③卡片记录的初始和最终液柱压力相等，即B点与G点压力相等，而且与液柱回压相符合。但要注意区别测试漏失层时，因钻井液漏失造成G点压力小于B点压力。④座封后打开测试阀，测试进入流动期，压力曲线急剧下降，关井后压力曲线逐渐上升或有规则上升。⑤流动压力曲线与关井压力恢复曲线光滑，无异常突变。其压力变化点与开关井时间一致。⑥终流动压力的终止点压力值与总回收液体高度折算的回压相符合。1．合格压力卡片应具有的特征①压力基线直而清晰，起始点压力为零。②卡片完整地记录测试全过程的压力变化。在两次开关井测试时8个压力点(B、C1，C2、D、E1、E2、F、G)停点清晰。时钟行程与地面计时相符。第17页，共66页，2023年，2月20日，星期六①气井用水垫测试，开始流动压力上升至A点，水被举出地面，压力下降，天然气产量逐增，月点关井，压力上升。2．典型压力卡片②终流动时筛管完全被堵死的情况。因地层流体未进入管柱，内压力记录卡片表现为一水平直线，而外压力记录卡片表现为关井压力恢复：故表现为终流动和终关井是一样的恢复曲线。

第18页，共66页，2023年，2月20日，星期六③跨隔测试的情况。(a)是测试层的正常卡片。在跨隔测试时，为了验证下封隔器是否有串漏，一般在下封隔器下方放一支压力计，它所测出的曲线就是(b)的形状。当下封隔器座封时，由于向下坐，下部液体受挤压使压力增高，即点A处的压力。然后这种挤压压力缓慢下降渗进封隔器下部地层，所以压力从A点缓慢降至B点，这表明封隔器坐封良好，卡片是正常的。

第19页，共66页，2023年，2月20日，星期六④终流动压力曲线的3种情况。A线表示低产曲线；B线表示中等产量曲线；C线表示高产曲线(非自喷)。第20页，共66页，2023年，2月20日，星期六曲线A关井压力恢复缓慢，终关井压力低，为低压低渗透曲线，曲线B为低渗透曲线。曲线C反映经二次流动以后，终关井压力低于初关井压力，为能量衰竭曲线D1、D2曲线显示终关井压力下降，反映了地层污染堵塞曲线。曲线E反映终关井压力高，压力恢复慢，为高压低渗透曲线第21页，共66页，2023年，2月20日，星期六干层（致密层）压力卡片低压低渗透层压力卡片高压低渗透层压力卡片低压高渗透层压力卡片第22页，共66页，2023年，2月20日，星期六第二节电缆地层测试电缆式地层测试器主要用于多油层的参数确定和产能预测。斯伦贝谢推出的重复式地层测试器称作RFT，贝克阿特拉斯公司生产的与RFT功能类似的仪器称为FMT，RFT和FMT均可在裸眼井及套管井中进行测试.

电缆式地层测试与钻柱测试相比有其特点：在裸眼井中测试，对地层破坏性小；油井处在完全控制之下，排除了测试中发生井喷的可能性；测试效率高，1次测试可在1.5～3h内完成；可在井下进行多次测试，能及时发现高产层。但是，电缆式地层测试器也存在不足，如所取的液样少，且因采用球形渗流理论进行地层渗透率的定量解释，其解释精度较差。第23页，共66页，2023年，2月20日，星期六一、测试器工作原理

RFT的测试原理与钻柱测试相似，就是利用地层与测试管路间的巨大压差，将地层流体引入到测试器内，从而对地层压力及流量等进行测试。

RFT井下仪器包括：①由地面控制的仪器推靠系统；②液压系统：地层密封器、过滤器、探针等；③取样筒：一个容积为3780cm3，另一个容积为10409cm3。取样时可以使用水垫及阻流器控制流速

第24页，共66页，2023年，2月20日，星期六RFT仪器的具体测量过程

①根据自然电位(SP)、自然伽马(GR)及其它测井曲线，确定应测试地层的深度

②封隔器在弹簧压力作用下，压在地层上，同时推靠臂推靠在相反的井壁上，固定测试器。此时，封隔器能阻止钻井液的侵入。当探管被压人地层时，地层中的液体经过过滤器进入管线，由此形成地层与预测试室的连通通道。第25页，共66页，2023年，2月20日，星期六③当探管中的小活塞滑到探管根部时，封隔器继续压向井壁，一直到仪器完全固定于井壁为止，这时压力稍微升高。然后进行第一次预测试，此时，预测试室中的大活塞开始运动，流体以流量Q1充满预测试室1，时间大约为15min。

④预测试室1充满后，预测试室2开始工作，流体以流量Q2充满预测试室2，Q2比Q1大2～2.5倍。第二组压力降落数据也同时被记录下来。

第26页，共66页，2023年，2月20日，星期六⑤当活塞达到底部时压力便开始恢复，同时记录压力恢复数据。是否结束压力恢复测试可根据地面记录的曲线确定，一般记录到地层压力数据后，即可结束测试。⑥若要进行地层取样，可根据记录曲线的形状确定，若仪器的密封性和地层渗透性良好，可打开取样阀取样。⑦打开通向钻井液的平衡阀，再测一次钻井液压力。用活塞推出探头内的液体，过滤器同时被清洗干净。随后收回推靠臂、探管和封隔器，并将仪器移到下一个目的层进行测试

第27页，共66页，2023年，2月20日，星期六二、测试资料成果及解释(一)测试曲线c段表示探管中小活塞的抽吸，测试空间经过滤器与地层连通时的压力记录曲线，此时流压下降、探头继续压迫井壁；a段表示打开平衡阀后记录的静液柱压力(钻井液柱压力)曲线b段表示推靠臂推向井壁、封隔器压向井壁及泥饼、探管进入地层表面时压力记录曲线，这时压力有一些增加d点表示探管内的小活塞完成抽吸并停止运动时的压力记录，此时压力稍微回升，这是封隔器向井壁继续施压造成的第28页，共66页，2023年，2月20日，星期六e段表示预测试室1大活塞工作时的压力记录，流量为Q1，此时压力下降一小段，尔后基本保持稳定(△p)，等于地层压力减

f段表示预测试室2工作时的压力记录，流量为Q2，由于预测试室2的抽液速度为预测试室1的两倍以上，因此压力下降幅度更大去第一预测试阶段的稳定压力。当活塞1达到终点时，压力有一个小尖峰，尔后开始下降g当预测试室2的活塞到达终点时，压力开始恢复，经过时间△t后，恢复到原始地层压力。开始先快速上升，尔后平稳增大，以至达到地层压力第29页，共66页，2023年，2月20日，星期六

(二)测试曲线的检测

与钻柱测试的压力卡片类似，电缆测试曲线可能因探管堵塞、密封失败等因素而出现异常变化，具有此类异常变化的曲线不能用于地层渗透性的定性及定量解释

1.探管被堵塞时第一次测试堵塞断断续续，相应的压降曲线不稳定。第二次测试时，探管被完全堵塞，因此产生了负压，也测不到之后的恢复曲线和地层压力(与干层和致密地层相似)，若第一次测试就发生了堵塞，则测试得到的压降曲线为零或负值。第30页，共66页，2023年，2月20日，星期六2.密封失效时第一次测试时，封隔器逐渐丧失封隔作用，产生了较小的不稳定的压降，之后钻井液漏人探管，压力马上上升到钻井液的静液压。随后进行的第二次测试无压降显示3.地层流体具有可压缩性

井壁处的流量落后于测试活塞抽吸的流量。滞后的程度取决于液体的压缩性。若流路中出现气体，测试曲线不会出现稳定段。第二次测试结束后，由于被压缩的流体继续流人探管，这一续流现象将对压力恢复曲线的前部产生影响。第31页，共66页，2023年，2月20日，星期六(二)定性解释

1.中渗地层

2.高渗地层

3.特低渗地层

第一次测试初期，压力下降得很快。由于流体从地层中流出很慢，第二次测试期间，压力降落很小，之后的压力恢复速度也很慢。第32页，共66页，2023年，2月20日，星期六第三节

油、气井测试(一)、自喷油井的试井有稳定试井和不稳定试井稳定试井是通过改变油井的工作制度（更换油嘴），待工作制度下生产处于稳定时，测量产量、压力及其它有关资料，然后根据这些资料绘制指示曲线、系统试井曲线，求出单井的产能方程，确定井的生产能力，以及合理的工作制度和油藏参数。一、油井测试第33页，共66页，2023年，2月20日，星期六1测试方法1)确定工作制度①工作制度的测点数及其分布：每一工作制度以4～5个测点较为合适，并力求均匀分布。②最小工作制度的确定原则：在生产条件允许情况下，使该工作制度的稳定流压尽可能接近地层压力。③最大工作制度的确定原则：在生产条件允许情况下，使该工作制度的稳定油压接近自喷最小油压(例如，取0.3～1.0MPa)。④其它工作制度的分布：在最大、最小工作制度之间，均匀内插2～3个工作制度。

第34页，共66页，2023年，2月20日，星期六2)一般测试程序①测地层压力：试井前，必须先测得稳定的地层压力。②工作制度程序：一般由小到大(也可由大到小，但不常采用)依次改变井的工作制度，并测量其相应的稳定产量、流压和其它有关数据。③关井测压：最后一个工作制度测试结束后，关井测地层压力或压力恢复2．稳定试井资料整理与应用1)整理试井资料第35页，共66页，2023年，2月20日，星期六2)绘制试井曲线系统试井曲线就是单井产量、流压、含水率、含砂量、生产气油比等与工作制度的各种关系曲线第36页，共66页，2023年，2月20日，星期六指示曲线是生产压差△p。与产量q的关系曲线。油井指示曲线型态可分为4种基本类型，(1)直线型(2)曲线型单相非达西流或油气两相渗流(3)混合型

(4)异常型生产未达稳定，新井井壁污染，多层合采第37页，共66页，2023年，2月20日，星期六3)确定产能方程(1)线性产能方程直线型(2)指数式产能方程曲线型在双对数坐标系中，以q为纵轴、(pR—pwf)为横轴作图得一直线，直线在纵轴的截距为C，斜率为n第38页，共66页，2023年，2月20日，星期六(3)二项式产能方程第39页，共66页，2023年，2月20日，星期六

4)计算油藏参数采油指数，：是指单位压差所采出的油量油层渗透率计算非达西流动系数D和紊流系数β计算不同流压下的产量5)确定井的合理工作制度6)定性判断井壁污染和流动状况第40页，共66页，2023年，2月20日，星期六(二)抽油井试井抽油装置：抽油机、采油树和泵下装置抽油井的系统试井是指在1个周期时间(连续生产井通常指8h或1d，间隙井指1个开井、停井到再开井的时间总和)，通过改变抽油井的工作制度，即改变抽油参数(泵挂深度、泵径、冲程、冲数)，求得在不同采油压差下油井的产量、气油比、油水比、出砂的变化情况然后，对这些资料进行综合分析和对比，确定合理的工作制度第41页，共66页，2023年，2月20日，星期六抽油井试井所取的主要资料有油层静压，砂面，温度，油、气产量和含水、含砂量，以及示功图及动液面等1．抽油井生产过程用油管把深井泵的泵筒下到井内液面以下，然后把活塞从油管内下人泵筒，抽油杆柱(直径为16～25mm)与活塞相连，最上面的1根抽油杆(称为光杆)悬挂在驴头上。驴头的上下运动带动以抽油杆连接的深井泵活塞也作往复运动，将原油不断吸人泵内，并排到油管中，使油管内的液面不断上升，直到排出井口。由于井底的油不断被吸人泵内使井底和地层之间保持一定压差，原油便不断由地层流向井底。第42页，共66页，2023年，2月20日，星期六2、示功图的测试和分析驴头负荷的变化情况判断抽油装置各项参数的配合是否合理了解抽油设备的工作性能好坏砂、蜡、水、气的变化情况与液面资料结合分析，还可以了解油层供油能力测试示功图的仪器叫做动力仪，一般每测一次油井产量，应连续测出五次示功图，其中必须有3张以上的示功图图形完全一致，才能视为可靠。。第43页，共66页，2023年，2月20日，星期六

2)理论示功图的绘制与解释理论示功图是认为抽油泵不受任何外界影响，泵的充满系数等于百分之百，光杆只承受抽油杆与活塞以上液柱重量的静载荷，此时所得到的示功图是一个平行四边形，称为理论示功图。wr——抽油杆柱在井内液体中的重量wl——活塞以上的液柱重量λ——冲程损失第44页，共66页，2023年，2月20日，星期六理论示功图的解释：A点表示抽油机驴头处在下死点，光杆只承受抽油杆柱在井内液体中的重量wr。光杆开始上行时，抽油杆因加载而伸长，油管因卸载而缩短，此时活塞未动，AB表示光杆负荷增加的过程，叫做增载线，B1B线的长度表示抽油杆伸长和油管缩短的数值(即冲程损失λ)。在B点加载完毕，活塞开始上行至上死点时此过程中光杆负荷等于抽油杆在油中的重量加液柱重量，并保持不变。当光杆由上死点开始下行时，抽油杆卸载而缩短，油管增加负荷而伸长，D1D，表示冲程损失，CD表示活塞的卸载过程，叫卸载线，在D点卸载完毕，活塞开始下行，DA线表示光杆只承受着抽油杆在油中的重量下行到下死点的过程。第45页，共66页，2023年，2月20日，星期六3)实测示功图的分析1系正常工作；2游动阀漏失；3泵工作正常，供油能力弱，满足不了泵的排量；4由于油管严重漏失，而使油井不出油或井下封隔器损坏，油在油套管间循环5泵工作正常，活塞在下死点有碰击；6固定阀漏失；7泵工作正常，活塞在上死点有碰击；8固定阀严重漏失；9固定阀完全失效，停止供液；第46页，共66页，2023年，2月20日，星期六10泵工作正常，油稠(结蜡)阻力大；11泵有砂卡，井仍出油；12泵受气体影响；13泵有蜡卡，游动阀和固定阔漏失；14活塞在上行时脱出工作筒15游动部分和固定部分都漏失严重；16油井带喷；17抽油杆在活塞处断脱或活塞未下人工作简；18抽油杆在活塞以上断脱，油井白喷；19泵卡第47页，共66页，2023年，2月20日，星期六3)井下液面的探测可以了解油井的供液能力，确定抽油泵的沉没深度，制定出合理的油井工作制度。推算出油层压力、采油指数、有效渗透率等参数，分析能量衰减异常的原因。在生产现场，井下液面的探测常用回声法及井下压力计探测法。这里仅介绍回声探测法。井口波接箍波回音标波液面波液面深度第48页，共66页，2023年，2月20日，星期六二、气井测试测量该制度下的产气量、井底压力及井口压力、套压等资料，按气体稳定渗流理论整理这些资料，求得气井生产方程式和绝对无阻流量。气井稳定试井也称产能试井，它是建立在稳定渗流理论基础上的一种试井方法。①放喷：目的是清除井底积液及地层脏物，保证井筒及地层为纯气流动。估计放喷气量、油量、水量等。②关井测压：放喷干净后，便立即进行关井测压，记录油、套管压力，开始以30秒、1分钟、3分钟、5分钟记录一次，以后适当延长记录时间，达到稳定为止。③稳定测试：即通过油管生产，获取5--7个稳定产量及相应稳定的井底流动压力。测试时，记录套压、油压、静压和气流温度，直到稳定为止。④关井测压：测试完毕后，再求关井恢复压力一次。第49页，共66页，2023年，2月20日，星期六(一)求二项式产气方程和无阻流量产气方程B、A值求得绝对值无阻流量Qjv当气层所受的回压等于0.1MPa时气井产量第50页，共66页，2023年，2月20日，星期六(二)求指数式产气方程和绝对无阻流量气井指数式产气方程式线性方程求C与n气井绝对无阻流量第51页，共66页，2023年，2月20日，星期六(三)确定气层的物性参数流动系数已知气层有效厚度h及气体粘度μ，可进一步求油层有效渗透率K(四)气井产能分析

气井产能通常用无阻流量表示，四川气田一般将无阻流量的1／3～1／5定为合理产能第52页，共66页，2023年，2月20日，星期六(五)气井动态分析利用试井指示曲线可以分析气井动态，四川气田对项式指示曲线的分析，大致有以下几种情况。

1.指示曲线呈直线