压后评价和压后井的性能+

压后评价和压后井的性能

1裂缝评估技术简介裂缝评估的意义

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利用各种压后分析技术确定储层和裂缝参数，进行产能系统分析，从而确定压裂井的输送能力。

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评估的结果可以验证或修正水力压裂中使用的模型、选择压裂液、确定加砂量、加砂程序、采用的工艺以及开发方案等，进而降低压裂成本和提高油气采收率，达到合理高效开发油气田的目的。

裂缝评估技术：

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直接的裂缝绘图技术（裂缝高度的测试）

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压力不稳定分析(确定裂缝的长度、导流能力等)1.1裂缝绘图技术

使用测试技术对裂缝的几何进行压后评估，用于确定裂缝的高度等参数。主要的工具和方法：

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温度测井

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同位素跟踪的生产测井

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井下声波电视

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地层显微扫描工具

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压痕封隔器

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井下闭路电视

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倾斜仪测试

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井下三维地震分析1.1裂缝绘图技术●温度测井

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射孔前的静态井温与射孔后的井温(压裂前)，确定由地层及水力环引起的热传导异常—

压裂施工期间，压裂液使地层冷却，由压前（井筒循环后）和压后的井温剖面对比，确定压裂裂缝的高度压前和压后的井温测量(Dobkins,1981)1.1裂缝绘图技术●伽玛射线测试

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监测压裂液和支撑剂中的放射性示踪剂，确定压裂施工期间压裂液和支撑剂所到达的区域—

使用不同的放射性同位素可以确定不同的施工阶段

要求：放射性同位素应不发生自然扩散。

伽玛射线测井与温度测井对比(Dobkins,1981)1.1裂缝绘图技术●井下闭路电视(Simith,1982)

测量裸眼井中裂缝高度可靠性有限：井筒的椭圆度、井筒偏移等，使工具难以对中心，测得的裂缝宽度较小。●井下声波电视(Zemanek,1969)

测试结果清楚地显示出留在井筒上的裂缝面，井筒内含有透光的液体，可以通过观察裂缝的张开与闭合，确定井筒上裂缝的高度。对井筒处的裂缝高度提供真实的评估。1.1裂缝绘图技术●压痕封隔器(Fraser、Petittl1962)

水力压裂裂缝的形成会导致裂缝周围的岩石的变形。在几个位置（地面或井下），通过测量水力压裂所致的岩石倾斜（变形）能非常精确地得到裂缝的方位角（用地面测斜仪测的）和裂缝几何尺寸（用井下测斜仪测的）。●倾斜仪测试

使用含变形橡胶的膨胀式封隔器取得井筒表面的压痕并记录裂缝的特征1.1裂缝绘图技术●井下三维地震

使用地下声波遥测技术，利用震源的压缩波和剪切波先后到达的时间差，确定震源到各检波器之间的距离。

--利用井下三维的地震声波和震动记录，可求得泵注和停泵期间水力裂缝方位，以及在目标层上、下邻近层内的裂缝延伸状况。实践证明：使用测斜仪和井下三维地震分析进行水力裂缝延伸的绘图是最为有用的1.2压力不稳定分析回顾●Muskat(1937)最早提出了关于垂直裂缝井压力不稳定特性分析：解析模型，稳态流动●Parts图版(1961):稳态流动,考虑导流能力有限和无限并引入无因次导流能力和有效井径概念；对于无限导流裂缝，井筒有效半径等于裂缝半长的1/2垂直裂缝井的井筒有效半径（Parts,1961）1.2压力不稳定分析回顾●MeGuire图版(1960)：采用电位模拟研究了拟稳态流动下垂直裂缝井的特性垂直裂缝井的采油指数比（MeGuire,1960）1.2压力不稳定分析回顾●Gringarten、Ramey(1974)

首次引入格林函数和Newman的产量方法，得到了无限导流能力垂直裂缝稳定流和水平裂缝非稳定流的压力不稳定性的解析解。●Cinco-Ley(1978)

给出了有限导流垂直裂缝的压力不稳定性的解析解，为垂直裂缝井压力不稳定性解释提供了理论基础。●Cinco-Ley、Samaniego(1981)

验证了储层和裂缝流体的四种流动方式：裂缝存储线性流、双线性流、地层线性流、拟径向流。1.2压力不稳定分析回顾有限导流垂直裂缝内的裂缝线性流有限导流垂直裂缝内的双线性流1.2压力不稳定分析回顾●Agarawl（1979）采用有限差分方法，扩展了Cinco-Ley有限导流垂直裂缝典型曲线，以用于低渗储层大型压裂的产量预测●Tiab(1980):无限导流裂缝的不稳定性的导数分析●Wong(1984):

有限导流垂直裂缝的压力导数分析●Cinc-Ley,Meng(1988):

双孔隙储层中垂直裂缝井的不稳定性

●SOliman(1990):改进了水平井的垂直裂缝的导流能力2压后裂缝评估基本理论

2.1基本假设

2.2无因次量的引入

2.3流动方式的分类(Cinco-Ley)

2压后裂缝评估基本理论2.1基本假设

储层流体微可压缩，且流体压缩性和粘度恒定储层和裂缝中的流体流动均服从达西定律储层为各向同性均质储层厚度、孔隙度和渗透率恒定2.2无因次量的引入引入有界的无因次变量分析更为方便无量纲时间、无量纲井筒压力：2压后裂缝评估基本理论●无因次量的引入无量纲渗透率、缝宽、缝高、水力扩散系数、导流能力2.3压后裂缝评估基本理论—流体流动方式

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停泵是在地面关井的，此时井筒内含有可压缩液体，停泵可引起明显的井筒存储效应

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井筒存储效应的持续时间，主要取决从地面到储层的井筒体积和井筒内流体的压缩性。

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井底关井可明显减小井筒效应。

（1）以井筒存储为主的流动曲线特征：无量纲压力与无量纲时间在双对数坐标中的斜率为12.3压后裂缝评估基本理论—流体流动方式

（2）裂缝存储线性流动曲线特征：无量纲压力与无量纲时间在双对数坐标中的斜率为0.5

裂缝自身的流体存储控制初始的压力不稳定特性，有限导流垂直裂缝井的稳定流量降低主要是由流体在裂缝内的扩散而引起的

产生条件：井筒储层效应很小，通常只包括井底放有封隔器的井

说明：裂缝存储线性流的时间很短，在不能忽略井筒存储的情况下，通常被曲解或掩盖，因此很难进行这种不稳定特性的分析

（3）双线性流曲线特征：>1.6：曲线尾部上翘

<1.6：曲线尾部向下弯曲

快速的诊断确定导流能力的范围

存在两个线性流动结构，裂缝中的流动由导流能力决定，双线性流期间确定导流能力最为合适。双线性流期间的直角坐标图

（3）双线性流—曲线分析

曲线斜率：计算裂缝导流能力，与缝长无关

曲线截距：

>0：近井带的裂缝导流能力伤害（支撑剂的过度铺置引起裂缝堵塞或压井液伤害）

<0：近井带导流能力增强双线性流结束时间：适用条件：

≤2：裂缝高度与产层净厚之比

（4）地层线性流

无量纲缝导流能力超过接近80，裂缝内引起的压力损失可忽略，此时出现第二种线性流，井的压力稳定特性由垂直于裂缝平面的储层可压缩性流决定。

曲线特性：有限导流垂直裂缝面的地层线性流

（4）地层线性流曲线的起点与终点：

曲线特征：不稳定压力与压力导数偏差为lg2

在双对数坐标上地层线性流的压力和压力导数

（4）地层线性流由压力或压力导数与时间的曲线斜率：

确定裂缝长度地层线性流的直角坐标

（5）拟径向流

在出现边界效应之前，所有垂直裂缝井的后期都可能出现拟径向流特性

流动特性：在无限边界拟径向流作用期间，裂缝内的流量稳定，井的不稳定特性等效于井筒有效半径扩大的未压裂井，径向流表皮系数仅是的函数。无量纲时间：有效井筒半径

（5）拟径向流

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对于低导流能力裂缝：有效井径与缝长无关无量纲时间近似为3时，开始出现

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对于高导流能力裂缝：拟径向流出现时间：(为无量纲导流能力的函数)Z为线性距离全面的拟径向流

（6）拟稳态流—在有限储层的后期(全面发展的边界流为主)，实际的完井方式未完全控制井的不稳定压力特性，在封闭系统的无量纲压力是随储层泄油面积和形状、井的位置、地层特性和时间等因素变化

—在双对数图上出现的单斜率曲线，表征全面发展的拟稳态流

（6）拟稳态流各种流动范围在有限导流垂直裂缝内的双对数反应3压裂井性能影响因素分析

3.1压裂井性能影响因素

(1)非达西渗流

(2)非线性流体

(3)裂缝伤害和空间变化的裂缝特性

(4)高渗裂缝内的伤害

(5)系统非均质性

3.2压裂井性能预测

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前面讨论的无因次井筒压力解，适用于解决线性流动问题—

线性流动的基本假设：储层内含可轻微压缩的液体、液体具有恒定的粘度和压缩系数，并假定裂缝是一矩形的垂直片状，具有恒定的宽度、高度、长度和导流能力，系统中的流体服从达西定律—

由于存在许多非理想的情况，导致不稳定特性不能严格复合地层特性，如：地层与裂缝内的非达西流、液体的非线性、裂缝特性变化、非均质性(多层储层和双孔隙系统)3.1

压裂井性能影响因素分析(1)非达西渗流

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流体在孔隙介质中的高速流动时，由于快速的加速或减速形成滑移效应而产生压力损失，这种压力损失通常不服从达西定律,出现惯性流（紊流）—

非达西流主要针对高速气井渗流分析，对于很高流速的油井和裂缝流动也有一定影响(Bale,1944)—

裂缝中的惯性流比储层中的高速流影响更大

(Wattenbarger、Ramey,1969)(1)非达西渗流Gruppy(1982)首次分析了非达西流对有限导流能力的垂直裂缝压力不稳定性的影响。非达西流对有限导流垂直裂缝压力不稳定特性的影响(1)非达西渗流Gruppy用稳定速率生产的垂直裂缝井的无量纲导流能力计算视产量，以恒定速率下降的非达西流关系：●适用范围：

(1)非达西渗流Gruppy(1982)压裂井压力解释关系：●适用范围：Gidley(1990)评价非达西流引起CfDapp下降利用裂缝雷诺数进行修正：(2)非线性流体(气体渗流、多相流动)

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为长期的产量预测而可靠地评价井裂缝和储层的特性，必须考虑储层流体物理性能随时间和压力的变化

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对所有的气层和某些油溶气层，需要将非线性储层流动问题积分变换成线性问题。●气层分析的无因次量(2)非线性流体–

多相流的线性化

假定流体在储层中的整个泄油面积上分布是均匀的，用多相流度代替单相流度●多相流分析的无因次量(2)非线性流体

油、气、水同产井，采用多相流分析与单相流分析的选择准则：

（1）气液产出比>45000ft3/bbl,主要为单相气流，使用气层分析（2）气液产出比<20000ft3/bbl,且水产量低于油产量(一个数量级或更多)，使用单相油层分析（3）水产量大于油产量,且气/液比<45000ft3/bbl，使用多相流分析（4）其它情形：同时采用单相流和多相流分析

a.一般来说，两种方法的液相渗透率复合较好

b.如果差异大，多相分析的有效渗透率和稳态表皮系数通常较为可靠(3)裂缝伤害和空间变化的裂缝特性

缝面表皮系数：储层内沿裂缝表面的滤失流动受阻裂缝内阻力：靠近井筒裂缝内的导流能力降低而引起的流动阻力裂缝面的表皮系数伤害使流动受阻阻流裂缝内的流动阻力(3)裂缝伤害和空间变化的裂缝特性

●裂缝表皮系数伤害的影响(Cinco-Ley,1977)说明：裂缝伤害表皮系数Sfs与径向流稳态表皮系数S很难相等，因为这两个量参照的系统特征不同，并且两个稳态表皮系数在储层中流动方式也不相同，含砂液的裂缝表皮系数的典型值通常低0.05个数量级或更少。bs：储层中伤害区域从裂缝面向外扩展的距离K/Ks：未伤害的渗透率与伤害的渗透率之比●低渗透气层内由于流体滤失引起水堵（即相对渗透率的影响）可导致压裂井的产量明显下降(Holdith,1979)(3)裂缝伤害和空间变化的裂缝特性

●Bennett(1983)采用有限差分模拟器研究了裂缝导流能力随空间变化的垂直裂缝井的不稳定特性研究结论：裂缝导流能力变化的早期压力特性由最靠近井筒的导流能力所控制；随着离井筒距离的增加，导流能力单调下降，井后期的压力不稳定特性与等效的恒定裂缝导流能力有关：●Poe(1992)在考虑裂缝储存的基础上，给出了裂缝导流能力和高度随意变化的有限导流垂直裂缝的压力不稳定解析解。(3)裂缝伤害和空间变化的裂缝特性

●裂缝表皮系数计算实例：已知：V液、xf、hf、w、Ko、Kro、φ、Soi、Sor

计算步骤：

(1)闭合的裂缝体积Vf=2xfwhf=178bbl(2)滤失到地层的压裂液量VL=V液-Vf=122bbl(3)压裂液穿过裂缝表面进入地层的距离：

bs=VL/(4φSoiSorhXf)=0.13ft(4)洗油带油的有效渗透率

Ks=Kr(Sor)*[Ko/Kr(Soi)]=0.625md

对油的渗透率下降87.5%(5)稳态裂缝表皮系数

(4)高渗裂缝内的伤害

低渗透层中裂缝较长,计算的表皮系数较小；高渗透层的裂缝长度较短，裂缝伤害严重，表皮系数较大

Mathur(1995)综合表皮系数式中：b1、b2分别为径向和裂缝表面的伤害程度

Kr、K1、K2、K3分别为：原始半径、伤害半径、裂缝表面和径向/裂缝表面综合的渗透率；简化：令Kr=K1、K2=

K3简化为：

(4)高渗裂缝内的伤害

当伤害比率K2/Kr或穿透比率b2/xf降低，控制了裂缝表面渗透率的降低时，对总的表皮系数较为有利(负值)。综合表皮系数随裂缝表面渗透率减少比率的变化(5)系统非均质性

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储层厚度、孔隙度、渗透率和流体饱和度等在空间上的变化采用有限差分和有限元方法较为容易考虑。

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使用解析解去评价垂直裂缝井的不稳态特性或长期产量特性，对于空间变化的储层特性，其严格的计算过程还需要规范化，使用地质统计规范化空间变化的储层特性，并使不稳定特性分析和储层模拟结果相关联

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Economides(1988):在各向异性的的情况下，通常是最大渗透率的方向与最小水平应力(即平行于裂缝平面)方向垂直；在这种情况下，储层渗透率的各向异性对井的压裂增产不利，这样各向异性的不利影响导致表观的裂缝半长比实际缝长短。

(5)系统非均质性

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对于各向异性储层内的径向流，常确定一个平均的有效渗透率

当Kx=10Ky,压前试井径向反应得到的K=3.1Kx,裂缝反应近似的的为K=1.8Kx。

Bennett（1986）：不考虑地层的多层特性，就可能多层混合地层中的裂缝半长，引入无量纲储层导流能力CRD，以修正单层和多层反应(5)系统非均质性

Camacho-V（1987）改进了Bennett等人关于无量纲裂缝导流能力CRD的概念，以便能包括多层储层中不同半缝长的影响。

整个系统的净产层厚度：系统平均渗透率：系统平均存储系数：单层和多层平均水力扩散系数分别为：(5)系统非均质性

等效的系统平均半缝长：平均裂缝导流能力：说明：这里的无量纲裂缝导流能力CRD仅仅是为了有限导流裂缝(无量纲裂缝时间tDXf<1)的早期不稳定特性分析应用，因为此时在储层中有一个明显的垂直于裂缝面的线性流，而不能应用于拟径向流或拟稳态流。Spath(1994)利用对储层每一层的拉普拉斯变换得到混合储层的一般解，消除了Camacho-V等人分析中的线性流。单压裂层无量纲储层导流能力：3.2

压裂井性能预测(产能预测)●压裂井产能预测的有限差分方法

—可以很容易地确定地层的非均质性和各向异性、边界情况、多井影响和变化的惯性边界情况等

—有限差分模型也适合解决非线性渗流问题，如：非线性流体的压力、体积、温度(PVT)特性、多相流、非达西裂缝流和地层流、于应力有关的裂缝导流能力等局限：

—需要输入大量的地质数据

—使用有限差分模拟器需要大量的计算工作量

压裂井产能预测方法：有限差分方法、解析计算方法●压裂井性能预测的解析方法

—Brown(1984)引入系统分析来评估井的生产特性，这种分析需要确定系统的惯性边界情况

—Meng(1982)应用产量系统分析研究垂直裂缝井，并开发了评估气层中有限导流能力裂缝流入特性的相关技术；Hunt(1986)使用这种方法，提出了使用解析解评价压裂气井的速率不稳定特性的系统分析方法

—Poe(1995)在Spath(1994)的混合储层评价方法的基础上，针对有限导流裂缝的不稳定特性，利用Laplace空间解析解，评价了多层储层的生产特性。●水平井压裂性能预测Valko、Economides(1996）水平井压裂的物理模型—裂缝为纵向的，井是水平的并位于裂缝中间；缝高等于产层厚度；

—裂缝的性能取决于无量纲裂缝导流能力和缝高与半缝长之比(无量纲裂缝高度)●水平井压裂性能预测

无量纲高度hD=0.25时，无量纲累计产量的比（纵向裂缝水平井与压裂垂直井）

在CfD较小时，水平井压裂的比垂直井压裂的产量明显要高●水平井压裂性能预测

无量纲裂缝导流能力CfD=0.1时，无量纲累计产量的比（纵向裂缝水平井与压裂垂直井）

在给定CfD时，在较小的hD值其产量增加更明显。●水平井压裂性能预测

结论：CfD较小时，水平井压裂比垂直井压裂的产量明显要高；给定CfD时，在较小的hD值其产量增加更明显。

分析：在有限导流能力流动下，水平井起高导流通道的作用，无量纲高度和裂缝导流能力越低，高导流通道的效果越明显。当CfD=0.1、hD=0.25由模型预测，几乎是无限导流裂缝特性对于垂直井，要得到同样的无限导流特性，则CfD至少要高出两个数量级；在高渗透地层中，对于垂直井的长裂缝，很难达到大的CfD。水平井同纵向裂缝相结合的重要优点是只需很小的缝宽就足以达到一定的产量要求。

4垂直裂缝试井分析试井分析过程试井分析的参数准备各种流动阶段分析垂直裂缝试井分析实例

4垂直裂缝试井分析(1)压力和压力导数反应的双对数诊断分析(2)采用特殊的直角坐标进行流动范围(流动阶段)的分析和验证(3)使用确定的（分析前已知的）和解释的储层及裂缝参数模拟整个压力不稳定历史(4)结合流动范围的分解，检查确认所得到的参数评估

●试井分析过程4垂直裂缝试井分析

有限导流能力压裂井在每个流动范围内的不稳定特性随储层和裂缝特性而变化，因而裂缝参数的评估需要一个独立的地层渗透率，因此必须进行地层渗透率的压前评估。

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使用压力不稳定分析中如包含一些径向流数据进行分析（拟径向流取决于地层渗透率、裂缝半长和导流能力）；但是，拟径向流出现的时间不长，实际上很难试井方法得到地层渗透率的压后评估；

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用试井数据历史拟合长期产量，可克服拟径向流分析的这种局限性。●试井分析的参数准备—

地层平均渗透率K4垂直裂缝试井分析

●试井分析的参数准备--压差数据(△p)的计算4垂直裂缝试井分析

●试井分析的参数准备--有效时间(△te)的计算

压力下降曲线和Agarwal(1979)曲线的有效时间计算：Horner(1954)经典半对数分析方法进拟径向流压力恢复分析时，生产时间计算：

4.1井筒存储为主的流动分析井筒存储为主的流动特性（无量纲）压差与不稳定时间的对数关系特性（有量纲）使用压差或压力导数的对数曲线斜率为1的直线上任一点坐标计算井筒存储系数C

4.2裂缝存储线性流分析—在有限导流裂缝中，只有当井筒存储很小时，才能清楚出现裂缝存储线性流

—使用裂缝存储线性特征，可评估裂缝扩散系数与导流能力之比，而不能单独确定水力扩散系数和导流能力

—使用压力导数反应，可评估油层的双对数裂缝存储线性流特性，在已知裂缝导流能力的情况下，裂缝的水力扩散系数为：

4.2裂缝存储线性流分析

气层中使用拟压力和拟时间，得水力裂缝扩散系数：

在直角坐标上绘制，其裂缝存储线性流动特性是一条通过坐标原点的直线

4.3双线性流分析

用压力和压力导数特性的双对数诊断进行双线性流的不稳定分析，再用直角坐标分析验证流动范围。

在的双对数图上，双线性流对压力和压力导数的反应为¼斜率的直线。利用压力导数双对数¼斜率直线上的任意一点，可确定裂缝的导流能力下标bf:双线性流

4.3双线性流分析

双线性流直角坐标曲线的验证：直角坐标的双线性流直线尾部向上翘，则：CfD>1.6

尾部向下翘，则：CfD<1.6

4.4地层线性流分析

只有当CfD超过或接近80

时，有限导流裂缝的不稳定特性才会出现地层线性流

4.4地层线性流分析

直角坐标曲线验证:

油、气层的地层线性渗流直角坐标关系分别为：

4.5拟径向流分析无量纲导数的双对数曲线是一条等于0.5的水平直线，利用直线上的任一点可确定地层渗透率

4.5拟径向流分析在拟径向流晚期，利用压力（气层：拟压力）曲线上的点，由双对数分析得裂缝引起的视稳态表皮系数各阶段流动特征小结井筒存储压力、压力导数双对数斜率为1，两曲线重合裂缝存储△p~△t双对数曲线斜率为1/2,△p~△t1/2直角坐标曲线过原点，一般难以出现双线性流压力、压力导数双对数斜率为1/4两曲线平行，间隔log(4)，确定导流能力，不能确定缝长地层线性流高导流能力出现，压力、压力导数双对数斜率为1/2两曲线平行，间隔log(2)拟径向流一般出现在曲线的尾部，导数曲线为以水平的直线（无量纲导数等于0.5）确定地层渗透率，裂缝引起的视表皮系数

4.6试井设计需要考虑的事项

（1）压后返排彻底，在低渗储层中的返排时间可能很长（2）要得到可靠分析结果，必须准确记录井的流动历史（3）压力恢复测试中，压力恢复以前的稳态流动时间应大于或等于压力恢复的不稳定测试时间；即：在关井不稳定期间的压力和压力导数曲线中反应出生产期间的影响

生产时间的影响表现：双对数的压力导数曲线急剧上升，而压力特性曲线上升缓慢，即导数反应大于压差的反应（4）关井前的稳态生产时间应足够长，以使压力波及区域大于关井不稳定解释所需的距离，反应出边界的影响

4.7试井分析实例

已知：

h,φ,So,Sw,pw,Bo,Ct,rw,(hf=h)地层均质且各向同性

无地层渗透率K值

井A：铝土矿为支撑剂

井B：常规压裂砂作支撑剂两口井的压裂液量相等，先定产100bbl/天生产两个月,使压裂液有效返排，然后关井两个月，监测压力恢复数据

分析步骤：（1）数据处理（2）模型诊断（3）流动形态分析（4）非线性回归(1)例井A（高导流能力井）①双对数曲线特征诊断斜率1/2：地层线性流水平直线：拟径向流计算点选取与1/2斜率导数特性相符的数据，由地层线性流公式计算：

②直角坐标进行流动阶段的验证

拟合的线性流曲线与验证的线性流数据点重合，选择的流动阶段可靠，则：将计算得到的和已知参数代入地层线性流的△p~△t1/2方程得：③有限导流能力曲线拟合(例：Cino-Ley曲线)曲线拟合值：

则:典型曲线拟合与诊断绘图分析结果7607mD.ft2符合较好④半对数曲线分析（Horner法）

半对数直线斜率:1880

确定p1h(半对数直线上t=1h时的延伸压力)：6023psia

Ho