电缆式地层测试器

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电缆式地层测试器,一、概 述,二、测井质量控制,三、地层测试器的主要应用,1,一、概 述,电缆式地层测试器是采集流体样品、逐点测量地层压力，判断储层流体性质、油气水界面、估算地层有效渗透率和产能、建立地层压力剖面等的重要工具。,与钻杆地层测试相比，它经济快速，能提供大量的、可靠的垂向压力分布（23测点/米），而钻杆测试得出的是被封堵井段内的平均地层压力。,电缆式地层测试器既可在裸眼井中进行，又可在套管井中进行。三大均有自己的测量仪器，目前以撕仑贝谢的,MDT,和哈里伯顿的,RDT,最为先进，均采用双探头、增加了流体电阻率监测、流体光谱分析、流体核磁分析等技术，以确保获得原始地层流体，取样筒模块独立，可根据测量需求增减，受仪器总成长度限制，,MDT,一次下井6加仑取样筒最多挂接6个。双探头的距离越大，其效果越接近于,DST，,但有可能使上下探头封隔在不同性质的储层上，不利于研究储层各向异性，因此,RDT,双探头的距离较短。,2,地层测试器的一般工作原理主要包括四步：,1）仪器下到目的层后，打开泥浆阀门，使井内流体进入仪器，在泥浆柱的静水压力作用下液压推靠系统开始工作，使地层密封板和支撑板与井臂接触。,2）吸管和筛孔吸管压入地层，流体进入仪器，流经管线和取样筒，管线中的压力计测量初始压力和流动压力。,3）取样后液压系统使取样筒筏门关闭，由于筏门的柄上装有锁环，可使取样流体密闭在地层压力之下。,4）液压系统压力释放后，解脱弹点火、密封板脱离地层或套管表面。静水压力作用在密封板的活塞上，使密封板和支撑板收拢。在整个取样过程中，获得一条压力曲线，应用它可以作出各种相应的解释。不同的地层对应不同的压力曲线，图 1中总结了5种渗透性地层的典型情况。,密封失败、气体存在、岩石碎屑进入等在压力曲线上均有显示，操作工程师评经验可识别各种情况。,3,森,图1 五种渗透率地层对,FMT,预测试压力定性说明,4,二、测井质量控制,主要性能,适应性,可靠性,测量范围,精度,应变压力计,0103.3,Mpa,满刻度(无校正)0.8%,最大温度175,o,C,最大压力103.3,MPa,正常维修,条件下98%,满刻度（有校正）0.13%,石英压力计,1.37875.79,MPa,6.89,kPa+,读数的0.1%,最大温度150,o,C,最大压力75.79,Mpa,最大井径45.72厘米,最小井径14.94厘米,1、地层测试器主要技术指标,SKC3700,地层测试器技术指标如右表：,5,2、刻度与校验,1）,每三个月对仪器进行一次车间刻度（静重测试器刻度）。,2）,刻度时仪器和探头一起加温，在24175,o,C,之间的温度选点不少于6个。,3）,压力随温度的变化刻度数据可制成数据表和温度校正图版，与刻度数据一起存盘备用。,4）,仪器应满足技术指标要求，分辨率6895,Pa（1Psi），,重复性0.05%，测量误差0.13%。,5）,每次测试使用车间刻度数据进行温度校正,。,3、测试过程中选择测点的要求,1）,保证测试剖面的完整性和可分析性。,2）,根据自然伽马或自然电位综合分析其他测井资料确定测点，原则上目的层段内渗透层均定测试点。,6,3）,厚度小于3米定一个测试点，厚度在36米之间顶、底部各定一个测试点，厚度大于6米至少在上中下部各定一个测试点。测试点应具有代表性，油层、水层、可疑层、界限层、水淹层等。断层面、不整合面附近应增加测试点。,4）,若目的层段内，无明显水层，或水层厚度较薄不足以确定压力梯度时，应在目的层段附近水层各找两个测试点以建立压力剖面。,4、质量验收要求,1）,按规定定期校验压力测量系统；,2）,采用自然伽马跟踪定位，测量点深度误差不能大于0.2米；,3）,压力恢复曲线变化正常，无抖动；,4）,测井前、后测量的泥浆柱静压力及地层最终恢复压力必须稳定，15,s,内变化在6895,Pa（1Psi）,内；,7,5）,测井前后泥浆柱压力相差不大于5,Psi；,6）,干点至少重复测试一次，首次等待压力恢复时间1分以上，第二次等待时间2分以上，极低渗透率地层压力恢复时间不少于10分；,7）,密封失败的测点须重复测量三次以上；,8）,上返补点须消除滞后影响，泥浆柱压力须温合变化规律；,9）,在测量井段井斜变化不大的情况下，所测泥浆柱压力随深度变化应呈直线关系，且测量值与理论计算（ （,Pa） ）,换算成泥浆密度后相差不超过0.02克/立方厘米。,10）,按要求整理各类数据（井场数据、刻度数据、测试数据等）,8,三、地层测试器的主要应用,电缆地层测试可以测量地层压力传播数据，采集地层流体样品，从而对地层的有效渗透率、生产率、地层的连通情况、衰竭情况等作出评价，为建立最佳的完井和开发方案提供依据。特别是在求取地层有效渗透率和油气生产率方面，它是目前唯一动态的测井方法。,1、压力测试数据的定性应用,电缆地层测试器预测试的压力记录包括三项不同的信息，即井内静液柱压力、地层关井压力和预测试室抽液所诱发的短暂地层压力变化。通过对井中若干个测量点的预测试压力的定性分析，不仅可以估计井内地层的压力分布，而且还可以了解地层的渗透性，鉴别油藏中的可动流体及气、油、水接触面，估计油藏垂向连通程度，研究油层的生产特性及油藏的递减方式。,9,1) 判断地层渗透性,预测试的模拟压力曲线给出了探头附近地层渗透性的非常好的快速直观估计。高渗透性地层(大于10010,-3,m,2,),的典型显示，预测试室活塞抽动时引起的压降很小，关井后很快又恢复到地层压力；中等渗透性(约1010,-3,m,2,),的典型显示，关井后恢复到地层压力较慢；低渗透性(约110,-3,m,2,),的预测试显示，关井后恢复到地层压力更慢；极低渗透性地层(约0.110,-3,m,2,或以下)，不仅压力降低大，而且压力恢复至地层压力所需的时间特别长。致密层的预测试压力显示接近零读数，表明没有渗透性。,2) 鉴别油藏的流体性质、相界面及垂向连通性,根据电缆地层测试原理、预测试记录的地层关井压力在中、高渗透层基本上就是地层静压；而低渗透层的测试往往未达到稳定，需要用压力恢复曲线图外推求出地层静压力。将井剖面上所有测试点的地层压力按深度作图，便可以识别地层流体性质(气、油或水)，并确定不同相之间界面的位置(气油界面或油水界面)。,10,地层静压力也就是地层孔隙中流体的压力。电缆地层测试反映油藏中可动的连续相的压力，合成的流动流体压力梯度在某种程度上等于侵入带之外的地层压力梯度。因而，压力梯度可以用地层流体密度解释。,如果从压力测井深度,(,d),图求压力梯度，井斜角度为,，,由于真垂直深度,h=dcos,，,则可按下式计算地层流体密度,：,（1）,式中：,d,1,、d,2,测井深度，,m；,p,1,、p,2,对应于深度,d,1,和,d,2,的地层压力，,Mpa。,11,下面结合图,2,所示的测井实例具体分析。,根据井剖面上测试点的地层压力分布趋势，可以画出几段不同梯度的压力分布线，由各段的压力梯度，便可计算出对应深度的地层流体密度，区分出气、油、水性质；,压力梯度线的拐点，指示出气油和油水界面的位置。,压力梯度线的明显断裂，则意味着有垂向的非渗透性隔层存在。,应该注意，压力梯度线的拐点是自由水位的代表，而压力梯度则与油水状态相对应。因此，由于毛细管压力的作用，油藏内的全含水界面要比拐点稍高一点。研究图示的静压力剖面，可以作如下解释：,C,段在深度2717,m,处，有清楚的压力梯度，算出它以上的流体密度为0.71,g/cm,3,，,与预计的这个深度的天然气密度值符合得很好。,2717,m,以下的压力梯度相当于流体密度为0.63,g/cm,3,，,与预计的油的密度非常一致。,因此，我们可以将气油接触面的位置可靠地定在2717,m。,这得到了裸眼井测井解释的证实。因为地层厚度没有达到建立一个可靠的梯度的程度，油水界面不容易确定出来。,12,在,D,段的四个测量值，落在一条对应密度为1.12,g/cm,3,的视梯度垂线上，在2750,m,以上的压力是在过渡带取得的，表现出中等的压力梯度，大约0.8,g/cm,3,，,这再次被裸眼井的测井资料所证实。,C,段的流体梯度已清楚地鉴别它是均匀地递减，它的纵向连通很好。但是，在图中左边示出的裸眼井测井解释成果图上可以见到泥质薄夹层，在某种程度上防碍,C,段的主体与下部连通。,D,段在附近所有的井中已经射孔，它的渗透性良好，递减程度最严重(压力最低)。它与含水段,E,的连通不完善，如绝对压力差显示的那样。假若为了保持压力需要注水，不应选,E,段注水。,在,A,段和,B,段显示出较高的压力，它们是分隔的油藏单元，互相之间或与,C,段都不连通，,A,段的压力高，含水饱和度低，表明它没有对油田生产作出贡献，它的压力可能仍保留在原始的油藏压力附近。,图,2,静液柱压力和油藏压力剖面,13,3)分析油藏生产动态,不同开采时期电缆地层测试得到的井内压力分布剖面同原始地层压力剖面比较，可以分析油层的衰竭情况，预测油层产出流体性质的变化，估计井内层间干扰。,通过从一口井到另一口井的压力变化比较，可以扩大电缆地层测试结果在油藏管理中的应用，横向连通的油层具有均匀的油藏压力分布，不连续性则指示断层或其它非渗透性隔层存在。,如果油藏开采过程中压力递减是均匀的，则所得的压力分布平行于原始流体梯度。相反，若递减不均匀，这时的压力分布会复杂化。油藏开采一段时间后的压力分布，指示出除中间的油层外，油藏压力已衰减，气油界面下移，而油水界面上升，含水区段的不渗透隔层可能限制自然水驱或注水水驱的效率。在油区可以根据压力是否仍然保持或接近原始地层压力来加以识别。,如果一口油井开采是多层合采，各层具有独立的压力系统，且递减速度不同，则油井的生产特性会受压力分布的影响。有的油层已经衰竭，地层压力低于井筒内的流动压力，生产期间该层不仅产油，反而会吸入其它油层产出的流体而形成“倒灌”现象。,14,4)分析裂缝性储层的生产特征,裂缝性储层由渗透性的裂缝系统和低渗透性的岩块组成。岩块尺寸大小由裂缝密度所控制，如果岩石破碎构成网状裂缝孔隙性储层，则与砂岩储层的特征近似。就一般裂缝性储层而言，裂缝孔隙度虽小但渗透率很高，控制着储层的生产特征。电缆地层测试反映了裂缝性储层中可动流体的响应，包括裂缝内的流体和岩块内可动流体，因而有可能对储层的生产机理作进一步了解。,油通过裂缝系统运移过程中，首先驱走裂缝内的水，然后替代岩块内的水，直到重力毛细管压力平衡为止。因此，岩块的底部往往全含水，上部才可能含油，中间存在一个过渡带。在生产过程中，含水层水的膨胀或注入水会不断进入裂缝系统，因而裂缝系统的气油界面和油水界面以及岩块的含水饱和度将不断变化。由于每一岩块的底层水的压力和裂缝系统内同一深度的流体压力相等，电缆地层测试得到的总的压力梯度对应于裂缝系统内流体的压力梯度。如果测得的压力梯度按式(1)计算是油的密度，则裂缝系统内含油，储层将产油；若计算后是水的密度，那么裂缝系统内含水，储层将产水。假定能够测出基块内的压力分布，则基块下部的压力梯度对应基块内水的密度。,由于大部分自然裂缝性储层的岩石基块渗透率较低，能够有效地观察预测试的压力恢复，对压力恢复响应进行分析将增强对储层生产机理的评价，除了可以确定岩石基本的渗透率之外，在有利条件下还可以估计岩块的尺寸大小。,15,电缆地层测试时，无论是预测试或是取样测试都记录有压力传播信息。压力测试的定量解释主要是确定地层压力和估算地层渗透率。,目前采用的方法包括球形压力下降法、球形压力恢复法、柱形压力恢复以及现场快速直观解释法。,由于预测试是目前电缆地层测试的主要方式，加之取样测试压力分析方法与预测试相同，因此以预测试为例讨论压力的定量分析方法。,1) 压力传播模式,在预测试时，从地层中抽出流体会引起一个压力降。在各向同性介质中，这个压力降将以球形向外传播；但是由于井眼的存在，压力在地层中的传播将是类球形或半球形的。在各向异性地层中，等压面可能变成椭球状。预测试抽出的流体很少,(10,或,20,ml),，,作用的时间很短，压力降主要发生在探头附近的很小体积范围内。,2、压力测试数据的定量应用,16,在每次压降周期(大约10-20,s),结束以后，由于流体要从未被扰动的地层部分向探测器周围的低压区移动，引起探测器测量压力增加，直到压力平衡(通常达到原始压力)为止，称之为压力恢复周期。,压力恢复初期，压力扰动将以类球形或椭球形传播；达到地层界面后，地层内的压力传播逐渐变成圆柱形。由于测试记录的压降大小和不同时间记录的恢复压力是地层渗透率的函数，根据压力降落数据和压力恢复均可估算地层渗透率。,由于预测试期间的压力传播模式不同，需要采用不同的模型分析测量的压力。柱形压力恢复传播的数学模型是平面径向流动方程的非稳态解。球形压力下降和球形压力恢复的数学模型分别是球形径向流动方程的稳态解和非稳态解。,地层流动方程可由连续性方程和达西流动定律导出。将地层流体视为不可压缩流体，其平面径向流动方程的形式如下：,17,（2）,球形径向流动公式的形式为：,（3）,式中：,r,地层内考察点到探管中心的距离；,K、,分别为地层的渗透率和孔隙度；,、C,分别为地层内流体的密度、粘度和等,温压缩等。,下面分别讨论预测试不同期间压力定量分析方法。,18,2) 压力下降分析,-,计算压降渗透率,Kd,当地层测试器从地层中抽取流体并造成压力下降时，由于测试器探管直径相当小(约5,mm)，,所抽取的流体,量也很少。若把地层视为无限均匀介质，则可把探管口看作点源，压力降从点源出发，以球形向外传播。等压面是以点源为中心的球面，流体则以垂直等压面的方向形成径向流，流入地层测试器。,流体流动的球形特征，意味着流体主要在靠近探测器周围的小体积中流动。在压降周期中，由于抽取少量流体作用时间很短，很快就能达到稳定流动条件。,应用边界条件为：,p|r=re=pi(re,为压力扰动的外半径)；,p|r=re=pi(rw,为探管半径)；,解球形流动方程(3)，并考虑到,rw、re，,可得：,（4）,19,根据,M.Muskat,的研究结果，点源半径即探管的有效半径,r,p,=2r,w,/,0.5r,w,。,事实上，把地层测试器贴在井壁上，地层也是有限厚的，压力传播可能并非是标准球形。考虑到井眼和层厚的影响，引入一个流型系数,c,，,上式可改写为：,（5）,式中：,K,d,影响压力下降的渗透率；,p,ss,下降压力；,C,流形系数。,全球型时(相当于没有井眼的无限均匀地层),c=0.5；,半球型时(相当于井壁为平面),c=1.0；,实际测试条件下，,c,可估计为0.75。,斯仑贝谢公司常取,c=0.668。,20,利用压降估算,K,d,时，流形系数,c,只是比例系数,c/(2r,p,),的一部分，常和单位换算系数结合在一起，构成计算常系数,F，,从而式(5)可以表示为：,显然，,F,与井眼形状、探管尺寸以及所采用的计算单位有关。斯仑贝谢公司对基常规所用的,RFT(,探管单位,r,w,=0.55cm)，,假定井眼直径为8,in，,采用三维稳定流动进行计算机模拟，给出常用工程单位制下的计算常数,F=5660。,对大直径探管或快速探管的,RFT，F=2395。,而对其大封隔器,RFT，F=1107。,因此，采用常规的,RFT,进行地层测试时，应用压力下降估算渗透率的公式为；,（6）,21,式中：,K,d,压力下降渗透率，10,-3,m,2,；,q,预测试流量，由预测试室容积除以流体充,满时间确定，,cm,3,/s；,流动流体的粘度，,mPa,s；,p,ss,下降压力。由关井地层压力减去下降后,期的流动压力确定。,（7）,22,仪器测量问题常见的有探管过滤器堵塞和压力计后面流管堵塞，这两种原因造成的记录异常比较容易识别，读值时应避开异常部位，正确识别实际压降。在地层渗透很高情况下,(,接近,1,m,2,),，,抽取,20,cm,3,流体引起的压降很小，以至于记录图上的压差值难以准确读出。与此相反，当地层渗透率极低时，压力可能降到低于泡点压力，气体被释放出来，从地层中抽出的液体流量小于活塞的体积排量。在这种情况下，流量的不定性使得定量解释不太可能进行。因此，对于低渗透性地层，预测试室活塞的抽动速度应有所控制，避免系统压力低于地层流体的泡点压力。可测压降流量的上限按下式估算：,（8）,式中：,p,b,流体的泡点压力，47.88,Pa；,S,s,球形流动的表皮系数。,23,以上限制基本上是电缆地层测试器的设计造成的。要正确理解和使用压降渗透率,K,d,，,还必须考虑以下几点：,(1)探测半径。流入地层测试器探头的流体接近于球形，可以证明几乎所有的压降发生在非常靠近探头的地方。若定义50%压降发生的范围为探测半径，则其约等于探头半径(0.55,cn,左右)。可见，,K,d,只受探头附近极小范围地层条件的影响，它可能和深部地层极不相同。,(2)表皮影响。由于预测试的压降发生在探头附近极小范围内，受靠近井壁部分亦即变易区的极大影响(变易区内的孔隙结构往往受到钻井液内微小颗粒的侵入影响)。另外，岩石内的粘度由于钻井液滤液和地层水之间的离子不平衡也会变得不稳定。这此因素造成的损害都会影响压降特性，导致过低的渗透率估计。再者，预测试时探管和封隔器的动作也会引起井壁附近地层的某些变化，对于软地层会有一定的压实作用，导致过低的渗透率评价。对于硬地层，可能造成一些微裂缝，导致估计的渗透率过高。这些引起井壁渗透率变化的因素可归结为“表皮影响”，其结果是造成一个附加压力降,p,skin,，,使得式(5)不再成立，需要改写成：,24,（9）,式中，,S,s,可以表示为：,（10）,在实际情况下，估算,S,s,只能在流动末期测出,p,i,p,ss,，,用球形压力恢复分析确定的,K,s,代替(9)式中的,K,d,计算。,(3),含水饱和度影响。电缆地层测试只能估算地层对于可流动流体的有效渗透率。由于地层的相对渗透率随含水饱和度变化，侵入带内往往接近残余油下的含水饱和度，压降分析估算的渗透率可能明显低于地层的绝对渗透率。,25,(4)压降的影响半径。在流体流向点状探管期间，受抽取流体影响的地层范围迅速向外扩展。这个流动扰动传播的程度可以用压降影响半径来估计，其定义为围绕探管球状区域的半径，并可按下式估算：,式中：,地层孔隙度；,C,t,地层流体压缩系数；,t,流动持续时间。,显然，压降的影响半径远大于仪器的探测半径，二者是两个不同的概念。,如此所述，用压降分析求出的渗透率，可能不同于径向深部地层的真实渗透率。现场经验表明，,K,d,与岩心分析渗透率相比有时过低，而有时过高。但是，压降法求出的渗透率可以成功地用于同一口井或同一个油田中相同岩性的地层对比。,（11）,26,3) 球形压力恢复分析,-,计算球形恢复渗透率,K,s,预测试期间，当预测试室充满流体之后，地层流体停止流入探测器，压力很快升高，开始这个压力恢复以球形传播，直到抵达非渗透隔层界面，压力传播才偏离球形。在存在两个平行界面的情况下，球形传播将变成径向的和柱形的。压力升高向外传播这段时间里，靠近探测器的压力梯度迅速接近于零。因此，所有的流动发生在较深的地层中，探测器附近的条件(如压降分析中讨论的)对压力恢复后期阶段的压力史没有影响。所以，压力恢复分析可用以获取油藏未被损害部分的信息。,历史恢复响应的分析基于预测试取样期间的压力下降不低于流体的泡点压力，认为预测试流量为常数，同时忽略预测试取样系统的压缩性影响。并且，球形恢复分析公式和柱形恢复分析公式都是在地层为均匀、各向同性介质的假定下导出的。压力恢复响应分析需要同时作出球形恢复交会图和柱形恢复交会图，并认为交会图上显示较好线性关系的流动模型，即是测试期间流动的几何形态，据此估算地层压力和渗透率。,27,压力恢复初期，在各向同性均匀介质中，压力扰动的传播是球形的，如果地层比较厚，球形传播将是压力恢复的主要形式。如果地层比较薄，球状传播达到了渗透界面时将很快转变为柱形传播。可见，压力恢复的球形传播是以不受外界面作用为前提的。也就是说，流体渗流是一种不稳定流动。,球形压力恢复特性可将地层视为无限大的各向同性均质地层，地层测试器的探头可视为一个点，其流动特性满足式(2)。在初始条件和边值条件下，求出该方程的不稳定流动解，然后应用叠加原理，便可导出球形压力恢复分析公式。,首先考虑第一个预测试室以常流量,q,1,抽取流体的情况。球形流动的初始条件和边值条件可以写为：,初始条件,内边界条件,28,下面利用叠加原理来研究球形压力恢复的规律。若只有一个预测试室,(,如,FMT),，,以常流量,q,1,抽取,T,1,时间后关闭，,t,为关闭,(,相当于关井,),后经过的时间，则关闭后探头处的压力,p,s,是,t,的函数。假设探头的抽动时间不是,T,1,而是,T,1,+,t,，,在探头处从,T,1,时刻起以常流量,q,1,注入相同流体，注入时间为,t,，,t,时间内从地层抽出的流量为零，其效果与关井一样。这样，在地层中的任一点,(,特别是探头处,),造成的压力变化，相当于单独抽取或注入时在同一点、同一时刻所造成压力变化的,外边界条件,求解它们和式,(3),组成的二阶非线性齐次偏微分方程组，,可以得到,：,式中：,p,s,探头处的地层压力。,（12）,29,代数和。抽取流体造成的是压力降，注入流体造成的是压力升，二者符号相反。根据式(12)和叠加原理，并采用电缆地层测试常用单位，可以写出球形压力恢复分析的实用公式：,式中：,f,s,(,t,),球形时间函数。,若地层测试器有两个预测试室,(,如,RFT),，,分别以常流量,q,1,、,q,2,抽取,T,1,、,T,2,时间后关闭，,t,为第二个室关闭后延迟时间，同样可得式,(13),。其时间函数公式为：,（13）,（14）,30,式中：,q,1,、q,2,分别为第一次和第二次取样期间流量，,cm,3,/s；,T,1,、T,2,分别为与,q,1,和,q,2,有关的取样时间，,s；,地层流体的粘度，,mPa,s；,地层孔隙度；,C,t,地层流体总的压缩系数，,psi,-1,；,K,s,球形恢复渗透率，10,-3,m,2,；,c,预测试室关闭后的延迟时间，,S,o,。,在线性坐标上，作,p,s,与,f,s,(,t,),交会图，在球形压力恢复期间将得到一条斜率为,m,s,的直线。,以上讨论未涉及地层的非均质和各向异性问题。由于沉积岩的成层沉积特性，地层的水平渗透率,K,r,往往高于其垂向渗透率,K,z,(,有垂向裂缝的地层除外,),，并定义各向异性系数为：,（15）,31,计算的,K,s,是球形流动模型下导出的，球形压力传播同时受到地层水平渗透率和垂向渗透率的影响，因此,K,s,与,K,r,和,K,z,有关，并存在以下关系：,若已知地层的各向异性系数，便可由,K,s,导出,K,r,和,K,z,。,大多数情况下，,A,并不能确切知道，因为它可能是探测体积的函数，要受到岩石沉积导致的微观各向异性和地层构造,(,分层性,),导致的宏观各向异性的综合影响。,压力恢复分析往往是假定柱形恢复渗透率,K,c,K,r,，,然后结合,K,s,估计,K,z,，,评价地层的各向异性。,（16）,（17）,32,4) 柱形压力恢复分析,-,计算柱形恢复渗透率,如前所述，压力扰动传播到上部或下部非渗透界面时，球形流动模型就会转变为平面径向柱形流动模型。在相对薄的地层，这种现象相当明显。柱形压力恢复分析可采用霍纳(,Horner),法进行，其模型假定地层为均匀无限介质，求出平面径向流动方程(2)的不稳定流动解，然后根据叠回原理建立压力恢复分析公式。,在初始不稳定流动期，求解方程(2)可以用所谓的线源解来近似。可以设想井径与表观上是无限大的油藏比较起来是微不足道的，井筒本身可当成一根线来处理，使数学运算大为简化。解的边界条件和初始条件可表述如下：,33,通过适当的变换进行求解，并采用和式,(13),中有关参数相同的单位，地层厚度,h,用厘米表示，柱形压力恢复分析公式可以写为：,式中：,f,c,(t),柱形时间函数。,对单预测试室仪器,(,如,FMT) ：,对双预测试仪器,(,如,RFT),；,（18）,（19）,（20）,34,以压力读数作纵坐标(线性刻度)，以,f,c,(t),作横坐标,(对数刻度)，柱形压力恢复期间各项数据点将构成一条直线，其斜率,m,c,为：,若地层厚度,h,和流体粘度,已知，由每一次取样确定的,q,1,，,便可求出柱形压力恢复渗透率。,将,p,c,与,f,c,(t),形成的直线延伸到,f,c,(t)=0(,即无限长时间)，可得静态地层压力,p,*,，,估算出原始地层压力,p,i,。,（21）,（22）,35,由柱形压力恢复求出的渗透率,K,c,一般可以认为接近地层的水平径向渗透率,K,r,，,不受地层表皮效应的影响。由计算模型看出，计算的,K,c,值没有考虑地层非均质的影响，并且忽略了地层测试器流动系统内流体的压缩率。实际上，压力恢复的探测深度只是探头以外几英尺深的地层，压力传播不仅受地层非均质的影响，而且还受侵入带内含水饱和度、相对渗透率、毛细管压力以及钻井液侵入可能产生的超压作用影响。因此，在计算和使用,K,c,值时应考虑到相关因素。,5) 预测试压力快速直观解释确定渗透率,上 述压力恢复分析方法需要先作出交会图，然后根据图上的直线斜率再估算地层渗透率。油田现场有时需要尽快对地层渗透性以及有关问题作出估计，上述方法在复杂。下面介绍一种根据预测试压力记录图上可视压力恢复时间,T,ob,，,快速给出地层渗透率指示和超压指数的方法。,36,视压力恢复时间,T,ob,指第一个预测试活塞开始运动到关井压力,p,s,达到,P,i,P,值的时间，一般由数字记录显示更容易准确读出。对于单预测试室仪器，若取样流动时间为,T，,根据式(13)，可视压力恢复的概念由下式表述,：,式中：,p,压力计的分辨率，,psi。,为了区别于由球形压力恢复图确定的渗透率,K,s,，,用,K,sb,表示由估计,T,ob,计算的渗透率，由上式可导出,（23）,（24）,37,式中：,T,对单室取样而言的流动时间。,若仪器有两个预测试室，其总容积为,V，,两次取样流动时间分别为,T,1,、T,2,，,则,T=T,1,+T,2,，q=V/T。,显然，,T,ob,不能与球形压力恢复直线的斜率,m,s,以相同精度测得，,K,sb,不如,K,s,精确。通过大量比较发现，,K,sb,值总是偏高，大致是,K,s,的两倍。因此，按式(24)快速计算出,K,sb,后，由,K,s,=0.5K,sb,估算出,K,s,。,但是，这种对比是分辨率为1,psi,的应变压力计测试而言的。若压力计的分辨率提高，则,K,sb,与,K,s,的差异可能缩小。,估算出,K,sb,后，还可对地层的超压影响进行判断。由于钻井液滤液侵入造成的超压影响值,p,与地层渗透率成反比，可以将1/,K,sb,作为快速直观解释的超压指数。当1/,K,sb,3,时，可以认为存在超压影响。一定范围的超压预测统计表明，超压值与,K,sb,之间存在下述简单关系：,（25）,38,这样估算的超压值只是,p,的下限。实际的超压指数和超压值取决于钻井液漏失特性和有关因素，如前面所述。,一般情况下，这种快速直观解释方法是可行的。但是，对于渗透率特别低的地层，在确定,T,ob,和,q,时都会遇到一些麻烦。这时预测试取样流动时间,T,不是由活塞的抽动时间确定，而是由地层的供液能力所决定。由预测试记录图上估计出预测试室被流体充满的时间,T,f,，,流量,q=V/T,f,，,然后代入式(24)估算出,K,sb,。,由于,T,f,和,T,ob,都不太准确，计算的,K,sb,不能对地层渗透率作出量的评价。这种低渗透地层往往存在钻井液滤液侵入的超压影响，可以用1/,K,sb,对这种影响进行判断，也是很有意义的。,上述压降分析、球形压力恢复分析、柱形压力恢复分析三种估计渗透率的方法，通常提供三种不同的渗透率值。并且，将这三种数值与岩心分析渗透率比较，又会发现或大或小的差异。怎样理解这些不同差异？这是我们在选择应用计算的渗透率时需要明了的问题。,39,首先，电缆地层测试与其它测井方法一样，都是对地层情况有条件的反映。这些条件包括仪器特性、测试方法、测量环境和测量对象。就仪器本身来看，目前广泛应用的电缆地层测试器预测试室容积只有10,cm,3,或20,cm,3,，,压力计的分辨率一般只有1,psi。,因此，预测试取样的压降探测半径只有2,cm,左右，压力恢复的探测半径也只有1,m,左右。探测半径的差异说明压力下降和压力恢复反映了不同范围内地层岩石的渗透性、并且受到的影响因素也不尽相同。,由于压降的探测半径特别小，受到泥饼、地层表皮损害、钻井液滤液的影响特别大，所以压降分析渗透率的可靠性也特别低。,柱形压力恢复主要受地层水平径向渗透率的影响，而球形压力恢复同时受地层径向和垂向渗透率的影响，因此比前者受到地层各向异性的影响就大一些。,另外，就本质来说电缆地层测试只能反映其探测范围内可动流体的相渗透率，压力下降和压力恢复的可动流体相态以及饱和度都不尽相同，会造成差异。它们和岩心分析渗透率相比较，所反映的对象往往不同，求出的渗透率代表的意义也有差异，所以自然不会完全吻合。,其次，就解释方法来看，都是将实际的复杂情况简化为一定条件下的理想情况，通过理论分析建立解释模型，然后将测试记录数据转换为渗透率。不同的解释模型与实际情况的拟合程度不同，计算过程所用中间碜数的精度及累计误差有所差异，即使对同一研究对象计算结果也会有差异。总体来说，压力恢复分析法在本质上比压降法精确得多。,40,3、流体取样分析及应用,电缆地层测试采集的地层流体样品可以是油、气、地层水以及侵入地层的钻井液滤液，取样初期是钻井液滤液和地层流体首先流入取样筒，流动过程对地层清洗干净，油和气继而进入取样筒内。分析和解释的基础是一下数量的回收流体。当所取样品超过1000,cm,3,时，便能够进行可靠的分析和估计，确定流体的性质参数，预计地层产液性质及产能。,1） 确定地层流体性质（粘度、密度等）,当地层流体样品到地面以后，首先要准确计量油、水、气的体积量，然后可采用分析仪器测定地层流体的粘度和油的密度。,41,根据取样筒中回收的天然气,V,g,和原油体积量,V,o,，,可以计算出气油比：,在该式中，换算系数依1,bbl=158980cm,3,159000cm,3,确定。若使用双枪体密封板的地层测试器在套管井中取样，由于射孔弹的爆炸气体进入取样筒，这部分气体体积应扣除。一般根据经验估计，大致为230,cm,3,。,回收的流体气水经按下式计算,式中：,V,w,回收水的体积,（26）,或,（27）,（28）,42,裸眼井内地层测试器回收的水是钻井液滤液和地层水的混合物。如果回收水的数量很小，则多半是钻井液滤液。若回收水的数量较大，则需准确确定其中地层水的体积,V,wf,。,其方法是对回收的混合水测量电阻率,R,z,或分析确定总矿化度后换算出,R,z,；,根据测井住处或邻井测试资料确定地层水电阻率,R,w,，,钻井液滤液电阻率,R,mf,已知。假定混合水的电阻率由地层水和钻井液滤液两部分电阻率并联构成，有：,式中，,W=V,wf,/V,w,为地层水占混合水的相对体积。,这样，就可算出回收的地层水体积,（29）,（30）,43,计算时需要将,R,z,、R,w,、R,mf,换算到同一温度下。,由于流体的体积是温度、压力的函数，在地面条件下计量的体积产东代表地层条件下的体积。特别是回收的气体，在地层条件下可能是自由气，也可能是油中和水中的溶解气，必须考虑泡点压力和气体溶解性的影响。,因此，要确定地层条件下的流体性质参数，必要时还需对地面条件下流体样品分析结果进行换算。,2） 判断储层产液性质,一般说来，储层的生产特性是由储层的性质、储层内流体的性质、含量以及温度和压力条件控制。电缆地层测试取样，直观反映了地层的流体性质及相对数量，为判断地层生产特性提供了依据。根据回收的流体类型和相对体积，可以分析以下几种情况：,（31）,44,第一种情况，回收到的液体只有油和气，显然地层是油气层。若地层压力低于油的泡点压力，地层内有自由气。否则，回收的气是溶解气，地层内只含油。,第二种情况，回收到的液体是油和水、还需要区分水中钻井液滤液和地层水的多少。若全是钻井液滤液，则地层产纯油；若有地层水，其含量超过回收流体体积的,15%,时，则地层产油和产水，可按下式估算产水率；,式中：,V,o,和,V,wf,分别是回收的油和地层水的体积。,这种判断对于高、中渗透性地层来说，一般是准确的。但是，对低渗透性地层，钻井液可能侵入特别深，回收的流体全是钻井液滤液，地层也可能产水。此时，产水率无法估算。,（32）,45,第三种情况，回收到的液体是气和水。若气量很少而地层水体积很大时，则地层将产水。这时的气只有水中的溶解气，地层可能是低矿化度或高温超压水层。若回收气的体积较大，而只有少量钻井液滤液，则地层可能只产气，并且可能需要采取增产措施提高气产量。当回收的气体积较大，地层水的体积超过回收流体总体积的15%时，地层可能产气和产水。,第四种情况，回收的液体是油、气、水都有。地层产出的流体将取决于回收流体的相对数量。当用2.75,gal,的取样筒回收油的体积少于1000,cm,3,时，产液类型取决于回收气量和关闭压力。,3） 预计油气层产能,电缆地层测试器取样过程记录的流动压力、关闭压力和取样时间，配合样品分析的计量数据，可以对油气层比生产指数作出估计，再由地层厚度以及渗透率等数据，便可对油层的无阻敞喷流量和气层产量作出预计。,46,生产指数是对地层生产能力的表片。许多油层在相当宽的产量范围内生产指数可以保持不变，因而确定生产指数后，便可直接根据生产压差估计油层产量。但是，也有一些油层在高产量时，紊流和其它一些因素影响生产指数。这部分油层按照线性关系估计产量便会造成误差。电缆地层测试取样分析确定回收流体的体积后，除以取样时间可以求出取样期间的流量,q，,由记录图上可以读出地层关闭压力(相当于地层静压),p,s,和取样流动压力,p,f,。,若将地层测试器取样视为对油层单位厚度的测量，由上述结果可以估算出油层的比采油指数，即：,比生产指数,J,s,是油田内进行各井比较时常用到的参数。若根据其它信息,(,如裸眼井测井曲线,),可以知道油层的有产厚度,h,。,测试层的生产指数可按下式估计：,（33）,47,根据式(3-3-23)，了解油层的静压和采油指数后，要想预计油层产量，还必须知道井底流压。井底流压不仅同油层有关，还同井内流体柱的静压、流动过程沿井眼的摩阻损失以及生产油嘴产生的回压等有关。为简单起见，假定油井敞开，井口压力为大气压力；并且也不考虑流体沿井眼流动的摩阻损失以及油层污染影响，可以按下式估算油层的无阻敞喷油产量：,式中：,C,q,单位换算系数；,F,w,产水率；,P,c,井内油柱的静压力；,（34）,（35）,48,F,w,可按前述式(32)确定。,P,c,与油层深度、油的密度和气油比有关，可以通过简单计算估计。若,Q,oi,用,bbl/d，q,用,cm,3,/s，h,用,ft，p,s,、p,f,、p,c,用,psi,表示，则换算系数,C,q,取值为；,若,Q,oi,用,m,3,/d,，,q,用,cm,3,/s,，,h,用,m,，,p,s,、,p,f,、,p,c,用,pa,表示，则,C,q,取值为,49,显然，按上式估计的油产量是油层在理想条件下的最大可能日产量，估算的可靠性与取样过程压力记录的精度、回收流体的数量及分析精度有关。当流体回收量较高、测试记录和分析准确时，产层的评价就较可靠。在低渗透地层中，为了采集较多的流体，必须延长测试时间。应用此式时，必须注意,q,为取样过程的实际流量。若取样筒已满，只用取样筒容积除以充满时间即为,q。,如果取样筒到地面后发现未取满，则需考虑气的压缩性，将地面计量的回收气体积换算到井底取样压力和温度下的体积，然后再加上油、水计量体积与取样时间相除以确定,q。,气层的产量和生产压差之间不满足简单的线性关系，因此对气层产能的估计要复杂一些。电缆地层测试数据可以提供地层静压、地层渗透率、气油比和地层深度等参数，结合气层有效厚度和油嘴尺寸数据，可用经验图版估计出凝析气藏的日产量。该图考虑了气柱以及油管摩阻产生的压力损失，使用时需要注意。,50,