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1、第三章 油藏动态监测原理与方法,典型油藏试井分析方法(3),双重介质油藏的常规试井分析,一、双重孔隙介质油藏的有关概念,双重介质油藏是存在天然裂缝的油藏，这种油藏在实际分析中，常视为由两种孔隙介质组成，即基质岩块介质和裂缝介质，且两种介质均匀分布，油藏中任何一个体积单元都存在着这两个系统。由于两种孔隙介质具有不同的储油性，因此当油井生产时压力波的扩散和地下流体的渗流规律将与均质油藏完全不同。在双重介质中的任何一点应同时引进两个压力(即裂缝中的压力 和基质岩块中的压力)参数，同时也将存在两个渗流场。另外由于两种孔隙介质中的压力分布不同，在基岩和裂缝介质之间将产生流体交换，这种现象称之为介质间的窜
2、流(Crossflow)。,窜流：拟稳态窜流 假设基岩系统压力处处相等，即不考虑基岩内部的流体流动，窜流只与两个系统的压力有关。大多数窜流属于拟稳态窜流。不稳态窜流 假设基岩系统压力处处不相等，即考虑基岩内部的流体流动。一般情况下窜流在早期属于不稳态窜流。,双重介质油藏的常规试井分析,1.双重孔隙介质模型,由于裂缝系统的渗透率比基岩系统的渗透率大得多，认为原地下流体由基质岩块到裂缝系统，然后由裂缝系统流到井筒，忽略由基质岩块系统直接流入井筒(如图3-27)所示，即：基岩系统 裂缝系统 井筒,双重介质油藏的常规试井分析,2.双重介质中流体的流动形态,第一阶段：油井一开始生产，由于裂缝系统的渗透率
3、大于基岩系统的渗透率，裂缝系统中的原油将首先流入油井，而基质岩块系统仍保持原来的静止状态，此时的井底压力只反映裂缝系统的特征，裂缝系统的流动阶段。,第二阶段：当油井生产一段时间后，由于裂缝系统中流体减少，裂缝压力下降，致使基质岩块和裂缝系统之间形成了压差，基岩内流体开始流向裂缝，这一阶段的压力特征将反应基岩和裂缝之间的窜流性质，称之为过渡段或窜流阶段。,双重介质油藏的常规试井分析,第三阶段：随着基质岩块系统中的流体不断流入裂缝，基质岩块的压力将不断降低，此时既有流体从基质岩块系统中流到裂缝系统，又有流体从裂缝系统流入井筒，两者同时进行，达到一个动平衡，即所谓的第三流动阶段，此时井底压力反映的是
4、整个系统的特征，这一特征与单孔隙介质的特征相同。,双重介质油藏的常规试井分析,二、双重介质油藏常规试井分析方法,设水平等厚无限大双孔介质地层中心一口井，以定产量 q 生产，由于，故可假设，基质和裂缝之间的窜流为拟稳态，窜流量 由下式确定：,（353）,流体的密度；流体的粘度；形状因子。,双重介质油藏的常规试井分析,双重介质渗流的数学模型为：,双重介质油藏的常规试井分析,Warren-Roots对上面的双重介质模型进行研究，给出了井底压力的近似解析解为：,（354）,幂积分函数。,式中：,双重介质油藏的常规试井分析,弹性储容比：裂缝系统的弹性储容量占整个系统弹性储容量 的百分数。,窜流系数:表示
5、基岩向裂缝系统中的窜流难易程度的大小,双重介质油藏的常规试井分析,对于压力恢复测试，利用叠加原理则有：,双重介质油藏的常规试井分析,初始直线段，反映了裂缝介质系统的均质特性。第二条直线段反映整个裂缝和基岩作为一个均之系统的流动,双重介质油藏的常规试井分析,比较式（358）和式（359），两条直线的斜率相等：,双重介质油藏的常规试井分析,垂直裂缝油藏试井分析方法,水力压裂技术自1947年在美国堪萨斯州实验成功至今近半个世纪了，作为油井的主要增产措施正日益受到世界各国石油工作者的重视和关注，对提高位于伤害地层或低渗透地层中生产井的产量来说，水力压裂是一项应用广泛的技术。由于这一原因，已经投入了大量
6、的工作直接研究如何优化压裂施工工艺、确定裂缝井的流动状态、分析压力测试资料、设计裂缝几何特征以及选择压裂方案参数。水力压裂过程是通过对目的储层泵注高粘度前置液，以高压形成裂缝并延展，而后泵注混有支撑剂的携砂液，携砂液可继续延展裂缝，同时携带支撑剂深入裂缝，然后使压裂液破胶降解为低粘度流体流向井底反排而出，在地层中留下一条高导流能力的通道，以利于油气从远井地层流向井底。裂缝一般垂直于最小主应力方向裂开，沿最大主应力方向沿展，裂缝一般在井的两边形成对称的两翼，大体在垂直平面内延伸。,水力压裂能够增产增注的渗流力学机理是将这种原来普通完善直井的流体径向渗流模式改变为线性渗流模式，径向流模式的特点是流
7、线向井高度聚集中，其井底渗流阻力大，而线性流的特点是流线平行于裂缝壁面，其渗流阻力相对小得多。垂直裂缝在开发过程中改变近井筒地带流体的渗流方式、增加泄油面积、提高驱油效率，最终影响油井单井产量和采收率。水力压裂裂缝有水平裂缝和垂直裂缝之分，通常情况下，除非地层较浅（一般小于800米），水力压裂一般形成垂直裂缝。对垂直裂缝井进行研究，曾做出各式各样的理论模型，归纳起来主要有如下几种情况。由于采取水力压裂措施而形成的高导流能力垂直裂缝井；地层中原生的、形成均匀流量的垂直裂缝井；在水力压裂时，加砂充填且粒度比适当而形成的低导流能力垂直裂缝井。,垂直裂缝油藏试井分析方法,高导流能力裂缝（high-co
8、nductivity vertical fractures）通常近似为无限导流裂缝，高导流能力裂缝渗流的特点是裂缝的导流能力较大，（一般无因次导流能力CFD300）,沿裂缝渗流的特点是当地层流体进入裂缝，压力损失可以忽略。均匀流量裂缝（uniform flux vertical fractures）是指流入裂缝面上的各部分的流体每单位面积均相等，但是沿裂缝有微小压力的分布。高导流能力裂缝常用均匀流量方法处理。对于均匀流量垂直裂缝，只能表明是高导流能力裂缝，但不是无限导流能力垂直裂缝，因此，许多现场的数据，应用均匀流量垂直裂缝模型要比无限导流能力垂直裂缝模型要好的多。低导流能力裂缝（low-co
9、nductivity vertical fractures）一般指无因次导流能力（CFD300）,沿裂缝渗流的特点是当地层流体进入裂缝，压力损失不能忽略，因此常称有限导流垂直裂缝。,垂直裂缝油藏试井分析方法,（一）垂直裂缝井试井分析基本数学模型,自存在垂直裂缝井以来，人们用以分析垂直裂缝井的理论模型主要有六种：点源解模型（Point Source Flow Model），有效井径模型（Efficiency Well Radii Flow Model），单线性流无限导流模型（Linear Flow Finite-Conductivity Model），双线性流有限导流模型（Bilinear In
10、finite-Conductivity Flow Model），三线性流无限导流模型（Trilinear Linear Finite-Conductivity Flow Model），椭圆流动模型（Elliptical Flow Model）。这些模型的发展是逐步由简单向复杂发展的，由线性化逐步发展为非线性化。,垂直裂缝油藏试井分析方法,垂直裂缝油藏试井分析方法,垂直裂缝油藏试井分析方法,垂直裂缝油藏试井分析方法,垂直裂缝油藏试井分析方法,垂直裂缝油藏试井分析方法,垂直裂缝油藏试井分析方法,垂直裂缝油藏试井分析方法,垂直裂缝油藏试井分析方法,垂直裂缝油藏试井分析方法,垂直裂缝油藏试井分析方法,
11、2、垂直裂缝井试井分析流动期分析,当一口井带有垂直裂缝时，可能出现几个典型的流动期，由各流动期得到的简化解式是垂直裂缝井常规试井分析的基础。,垂直裂缝油藏试井分析方法,一、井筒存储为主的流动停泵是在地面关井，此时井筒内含有可压缩液体，停泵对井筒存储效应会引起明显的反应，井筒存储效应的持续时间，主要取决于从地面到储层的井筒体积和井筒内的流体的压缩性，因此，为了建立压力，井底关井可明显减少井效应。可用压力和压力导数的双对数坐标图上的单位斜率表征井筒存储为主的流动，系统为正表皮系数和恒定井筒存储的压力和压力对数反应一条单位斜率直线。系统中可能存在非理想的情况，这种系统不能用一个恒定值表征井筒存储。这
12、种情况在油气同时生产的井中是常见的，在这种情况下，动量、密度和热效应都会影响井筒内的液位变化，井筒存储效应变化称为井筒相态重新分效应（Fair,1981）。,垂直裂缝油藏试井分析方法,二、裂缝线性流裂缝自身的流体存储可控制有限导流垂直裂缝的初始压力不稳定特性，在具有很小井筒储存效应的情况下，有限导流垂直裂缝井稳定流量降低主要是由于流体在裂缝内的扩散而引起的。这个线性流的范围可用压力变化p相对于时间变化t的双对数绘图一半的斜率来表征。裂缝存储线性流的时间很短，很难进行这种不稳定特性的分析，在不能忽略井筒存储效应的情况下，通常曲解或掩盖了裂缝存储线性流特性。,垂直裂缝油藏试井分析方法,三、双线性流
13、由于系统中同时存在两个线性流结构，且裂缝端部效应不影响井的不稳定特性时，可能在有限垂直裂缝内出现双线性流，在储层内的这种流动主要是可压缩流体对裂缝平面的线性流，在主要是可压缩流体线性流情况下，流体一旦通过裂缝表面进入裂缝，则经缝底流向井筒，这个裂缝流动范围由裂缝导流能力决定，在双线性流期间确定导流能力最为合适。,垂直裂缝油藏试井分析方法,四、地层线性流对无量纲裂缝导流能力超过80的有限导流裂缝，由于裂缝导流能力足够高，可能会出现第二种线性流，在这种情况下，井的压力不稳定特性由垂直于裂缝平面的储层可压缩线性流所决定，这种流动范围通常称作地层线性流。,垂直裂缝油藏试井分析方法,五、拟径向流在出现边
14、界效应以前，所有垂直裂缝井的后期都可能出现拟径向流特性。在无限边界作用拟径向流期间，裂缝内的流量稳定，这时，井的不稳定特性等效于井筒有效半径rw扩大的未压裂井，由这个流动范围引起的径向流表皮系数仅是CfD的函数。在拟径向流以前，要考虑垂直裂缝引起的径向流稳态表皮系数。在垂直裂缝的不稳定性早期，裂缝内的流量不稳定，这时的径向流稳态表皮系数是CfD和时间的函数。在拟径向流期间，垂直裂缝井的井筒压力为：,垂直裂缝油藏试井分析方法,六、拟稳态流在有限储层的后期，实际的完井方式尚未完全控制井的压力不稳定特性，在封闭系统中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而变化，用压力和压
15、力导数的双对数绘图上的单斜率直线，表征井的全发展拟稳态不稳定特性。储层几何形状与储层泄油面积的形状、井的位置、井的类型和泄油面积与裂缝半长的比xe/xf有关，可以参考油藏工程守则中的垂直裂缝井的几何形状系数（John Wiley and Sons,2002）。,垂直裂缝油藏试井分析方法,拟稳态流的几何形状系数,垂直裂缝油藏试井分析方法,无限导流垂直裂缝井,在具有无限导流垂直裂缝井与井相交的均质无限大地层，典型不稳定压力曲线如图5.2所示，双对数和导数曲线并行延伸，象一段“铁轨”，没有相交的部分。导数也没有凸起的峰和下凹的谷，整个曲线分三个阶段：第一段：早期线性流段由于无限导流垂直裂缝井与井连通
16、，开井后在裂缝面上形成与裂缝面垂直的线性流。这一段曲线压力和压力导数线在双对数坐标下是一条斜率为0.5的直线，而且与双对数线纵坐标差为0.301，即lg2(对数周期)。第二段：过渡段这一段两条线倾斜上升，大致仍维持平行。第三段：后期拟径向流段，如果存在边界，还会有晚期边界影响段。随着时间的延长，压力波向更远处传播，裂缝的影响减弱，形成拟径向流段。在无因次坐标上，拟径向流段的导数呈水平线，数值为0.5。,垂直裂缝油藏试井分析方法,均匀流垂直裂缝井,与无限导流垂直裂缝井不同的是，早期段1/2斜率直线段延续更长，此时双对数线与导数线同为1/2斜率的直线，两者纵坐标差为0.301，后期仍为拟径向流段，
17、导数呈水平线，数值为0.5。,垂直裂缝油藏试井分析方法,有限导流垂直裂缝井,有限导流垂直裂缝井的典型曲线从理论上一般分为以下几段：裂缝线性流段：在早期,导数线与双对数线平行,呈1/2斜率直线,差距0.301,受井筒存储的影响，一般测不到；双线性流段：导数线与双对数线平行,呈1/4直线,差距0.602；过渡流段：过渡段；地层线性流段：导数线与双对数线平行,呈1/2斜率直线,差距0.301；过渡流段：过渡段；拟径向流段：导数呈水平，座标为0.5；拟稳态流段：边界反映，封闭边界。,垂直裂缝油藏试井分析方法,垂直裂缝油藏试井分析方法,垂直裂缝油藏试井分析方法,水平井的渗流问题要比垂直裂缝井渗流问题复杂
18、的多，主要原因是水平井渗流受长度、外边界，尤其是上下边界的影响大，是一个三维问题，对于水平井，正确诊断其试井曲线的形态是十分重要的。,水平井试井分析方法,就水平井钻井而言，它比现代石油工业的历史还长，早在200年前，英国在煤层钻了一口水平井，以求从中找油，随后1780年和1840年间进行生产。20世纪，美国和德国开始采用这种技术，1929年，美国在德克萨斯钻了第一口真正意义上的水平井，该井仅在1000米深处从井筒横向向外延伸8米。然而，由于工业上采用了水力压力作为油层增产的有效措施，水平井停止不前，如：前苏联和中国在50年代和60年代就开始钻水平井，但直到1979年才重新兴起。1978年以来,
19、世界钻的水平井主要集中在：1、裂缝性油气藏2、有水锥、气顶的油气藏3、薄层油气层4、倾斜的油气层,水平井试井分析方法,表1 全国水平井应用情况(截止到1999年8月底),水平井试井分析方法,表2 全国水平井开采效果统计表,1、我国水平井的钻井成功率很高，为94%。但大多为长、中曲率半径的井。,2、I 类开发井在除超油油藏、特低渗透油藏之外的油藏所占的比例较大。,3、总体来说，国内水平井在底水油藏、复杂断块油藏、裂缝、稠油等油藏开采和挖潜上应用效果较好,水平井试井分析方法,水平井模型,水平井附近油藏中流体存在径向流、直线流和球形流。井筒存在变质量流动，压力要发生变化。,水平井试井分析方法,水平井
20、试井分析方法,水平井试井分析方法,流动特征,初始径向流动阶段 水平井刚开始生产，井筒内压力突然下降，井筒周围的流体率先流向井内，在平面上形成一种早期径向流。（在垂向平面内）,水平井试井分析方法,流动特征,中期线性流动阶段 随着时间的不断延续，压力波到达上下边界，径向流阶段消失，在垂向上的流动达到拟稳态，水平面上的流动起主要作用，形成一种中期线性流。,水平井试井分析方法,中期径向流动阶段 随着时间的不断延续，流动的范围越来越大远处的流体近似地认为径向流向井底，地层中又一次出现线性流。称为中期拟径向流动,流动特征,水平井试井分析方法,半径向流动阶段 随着时间的不断延续，由于水平井偏心，当流动的范围碰到最近的垂向边界时，受到约束，地层中出现半径向流。,受到约束,流动特征,水平井试井分析方法,晚期线性流动阶段 随着时间的不断延续，当流动的范围又碰到最近的水平边界时，又受到约束，地层中出现晚期线性。,受到约束,受到约束,受到约束,水平井试井分析方法,拟稳态阶段 当所有6个方向碰到边界时，都受到约束，地层中出现拟稳态阶段,直线的斜率为1。,受到约束,受到约束,受到约束,受到约束,水平井试井分析方法,水平井试井分析方法,
