地层测试基础知识.docx

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1、1.在石油及天然气勘探过程中，为了对钻进过程中遇到的油气显示层段能尽量做出准确评价， 目前除采用地质综合录井、地球物理测井、岩心分析等基本方法外，还采用了地层测试技术；不 过前几个只是直接或间接地确定油、气、水层，而只有通过后者才能确定储层产能和地层动态参 数。()、地层测试技术的目的地层测试又叫钻杆测试,国外叫DST是Drill Stem Testi ng的缩写。它是指在钻进过 程中 或完钻之后对遇到的油气显示层段不进行完井而用钻杆或油管下入测试工具进行测试，获得在 动态条件下地层和流体的各种特性参数，从而及时准确地对产层作出评价。这种方法速度快、 获取的资料多，是最经济的“临时性”完井方法

2、。在我国，通常把钻井过程中进行的地层测试称为中途测试；把下完套管，完钻之后进行的 测试称为完井测试或套管测试。无论是哪种测试，都是用钻杆或油管将地层测试器下入待测层 段，进行不稳定试井，测得测层的产量、温度、开井流动时间、关井测压时间，取得流动的流 体样品和实测井底压力-时间关系曲线卡片。钻杆测试的具体目的是： 探明新地区、新构造、新层位是否有工业性油气流，验证油、气层的存在； 查明油气田的含油面积及油水或气水边界，油气藏的驱动类型和产油、气能力； 通过分层测试，取得分层测试资料，计算出储层和流体的特性参数，为估算油、气储量 和制定油气田开发方案提供依据。通过钻杆测试取得的时间-压力卡片，结合

3、试井分析理论，可以得到下列主要参数： 渗透率我们最关心是的流体流动时的平均有效渗透率，通过地层测试可以获得这一最有 价值的参数； 地层损害程度通过测试资料可计算出地层堵塞比和表皮系数； 油藏压力通过关井压力恢复曲线可外推出原始油藏压力； 衰竭在正常测试条件下，如果在测试过程中发现油藏有衰竭，可以推断所控制的地质储 量，判断油藏是否有开采价值； 测试半径是指测试过程中因流量变化所引起的压力波前缘传播深入地层的径向距离，也 叫调查半径； 边界显示在测试半径内如有断层或边界存在，可通过压力曲线分析计算出距离，还可 确定边界类型。钻杆测试与传统试油方式相比，具有下列优点： 及时钻井过程中，通过气测、泥

4、浆录井或岩屑录井和电测等资料，一旦发现油气显示， 就可立即进行钻杆测试，弄清楚地层和流体情况，可以及时发现油、气层，避免漏掉有希望的层位； 获取的测试资料受地层污染影响少，减少钻井液、完井液或压井液长时间浸泡以及固 井、注水泥等造成的地层损害，所测得的压力和产量动态资料能最真实地反映地层情况，可以 准确的推算出原始油藏压力； 井筒储集影响小钻杆测试是用测试器在井下开井、关井，从而把井筒储集效应的影响 减到最小，可有效地进行资料解释； 测试时间短、效率高一般钻柱测试一至两天就能测完一个层位，从而大大加快了勘 探、开发速度。夕卜测试信息所表现出来的测层特征在勘探阶段起着至关重要的作用。搞油气勘探的

5、工作者都 知道在油气勘探过程中，当找到具有工业价值的油气产层后，要用一切手段从每一 口探井以得到 所钻遇油气层的各类信息，以便认识储层特征并作出评价。这类信息大体上可分为静态的和动态 的两种。静态信息是大量的，它指的是在分析对象（油气产层及其中的流体）处于个对静止状态 下取样或进行测试所获得的信息，测试工作可在井下或地面进行。传统的岩心分析和各种电性测 井，包括三维地震测井都属于这一范畴；动态信息则指的是地层和其中流体介质在地层状态中发 生相对流动时某一阶段所测得的信息，这主要指通过试井资料的获得。静态和动态信息各有不同特征。它们主要的差异在于所取得的信息代表的地层范畴很不相 同。大多数静态信

6、息如岩心分析和常规电测资料只能代表近井地带极为有限范围的地层。据有关 研究报告说明，一般从钻井岩心所获得的信息只占油气藏整体信息量的十亿分之一，故称为一孔 之见；加上岩屑录井和测井资料，所能提供的油气藏整体信息也只有亿分之10左右；三维地震 所能提供的油气藏整体信息比测井资料约高100倍，可达十万分之一数量级。总的说来，这类 静态信息的抽样代表性对气藏描述的要求而言是太低了。作为可获得动态信息的测试技术则在较 大程度上克服了这一缺点。地层测试资料解释遵循不稳定试井的原理，它是通过关井或开井改变 了地层内部油气动态，从井底向四面八方发出无数个压力变化的信号，这一压力波动向外传播 时，对全部和井连

7、通的地层起到扫描作用，它把向外扩散时所遭遇的阻力状况随着时间的变化 不断反馈到井底。通过对井底压力随时间的连续变化的观测，测试解释人员就能获得压力波在所 测试的时间内，影响的全部扫描体积（通称油气供应体积）的重要信息，例如地层的流动系数 （kh/）、井壁附近受到泥浆污染的程度、地层中可能存在的裂缝和边界状况。这种信息是一种 比较全面的动态信息。（二）、地层测试的原理地层测试的原理如图1-1，具体施工是通过钻杆或油管将测试阀、辅助工具、封隔器、筛 管和压力记录仪下入井中，在下钻过程中依据所要求的测试压差向测试阀以上的钻具内灌入相 应高度的比压井液比重小的液住，下到位后让封隔器膨胀坐封于测试层上部

8、，将其他层段、钻 井液与测试层隔离开来，然后通过地面控制，将井底测试阀打开，测试层的流体经筛管的孔道 和测试阀流入钻杆内，直至地面。其中加液垫的目的1、在封隔器坐封好、打开测试阀时造成负压，诱导地层中的流体进入井筒、钻杆和计量罐 中。2当打开测试阀时，控制测试层的压力，避免因生产压差过大而损害地层和造成测 试失败。测试中生产压差过大，容易发生下列导致测试失败的情况：、封隔器上下压差超过橡胶筒本身的承压能力，导致封隔器渗漏；、如被测试的地层结构疏松，在大压差下容易引起地层坍塌，造成筛管被埋被卡;、地层出砂将测试阀、井下油嘴或筛管堵塞；、造成砂粒高速进入测试器，将测试阀刺坏；、生产压差过大，地层中

9、的水或气跑在油的前面，形成水锥；损害地层。一出口测试阀是地层测试的关键部件之一，其主要功能为：、在下入和起出井眼时，阀保持关闭状态，而在测试时既 可以开又可以关，一般要求有至少二次开和二次关的过程。目 前，大部分测试阀都能进行任意次数的开和关。、取得地层流体样品。辅助工具主要包括震击器、旁通阀、安全接头等工具，其目 的主要是保证测试工具顺利起下以及测试过程中的遇卡，一旦封 隔器或筛管遇卡，在用震击器无法解卡时，就可以使用安全接头 倒扣，把安全接头以上的工具和钻杆取出，这样仍可获得地层测 试所取的资料和数据。封隔器也是地层测试器关键部件之一，它主要起到把测试层 与其他层段、钻井液或压井液隔离开来

10、。封隔器的主要元件是橡 胶筒，橡胶筒受压缩负荷后可以胀大，也可以通过向筒内充入液 体而膨胀，然后与井壁贴紧，起到密封或隔离作用，当测试阀打 开后只允许测试层段的流体流入钻杆内。筛管是地层流体进入测试阀到钻杆或油管内来的通道，筛管 一般是用钻铤做成的，并钻有孔。筛管所钻的孔的尺寸较小，足 以阻止流体中携带的泥饼或岩屑颗粒进入工具，以免堵塞测试 阀、工具心轴孔道及井底油嘴。压力记录仪中的一张金属卡片记录了测试的压力变化的全过测试原理图快 制 控液井压隔RUDI封层 计Ja力测 压程，如图2-2所示，纵坐标是压力值，横坐标是时间值。测试过 图1-程从右向左，标有“下井”字样的一段表示随测试工具下入深

11、度而1增高的钻井液液柱压力。当工具下到井底后，钻井液柱压力达到最大，即A点所示的初钻井液静压。*j 时间增压 全达力卡片A点开始坐封封隔器，打开测试阀，使测试层与钻杆内连通，压力记录仪瞬时由记录钻井液柱 压力过渡到记录钻杆内液垫的压力，因此压力曲线急剧下降，同时进入初流动期。初流动期延 续5-10min，主要是使井眼附近受钻井液侵入造成的附加压力消除，同时使地层液体顺利流入 井筒，随着流体进入钻杆内的量的增多，压力逐渐上升到C点，C点的压力值为初流动结束时的压力，也是初关井期的开如点。此时，由地面控制关闲测试阀，地层压力 逐渐恢复，C至B点为初关井期。初关井期一般在1小时以上，以求得稳定的压力

12、恢复曲线为 准。到达B点为初关井结束时的压力，此时再操作测试阀，使阀处于开启状态，进行第二次开 井，压力从B点降至C1点，C1点与C点的压务值相等。C1点至D点为终流动期，在此期 间，随着地层流体流入钻杆内的数量增加，其压力也逐渐增加，D点表示终流动期结束时的压力，终流动期的时间依地层特征而定。在D点进行关井，测试阀关闭，进入终关井期，地层压力经流动后再次恢复，直至 E点。终关井期一般要比终流动期长， 这也要依据地层特性而定。在E点时要提松封隔器，此时，测试阀仍然是关闭着的。封隔器解 封后，钻井液液柱丈夫力又作用于压力记录仪上，记录下来的F点表示终钻井液静压。此后， 将测试器起出井眼，随测试器

13、的起出，压力逐渐降低，直至起至地面，压力回至基线。(三) 、国内外地层测试技术发展状况1、国外地层测试技术发展状况目前在国外地层测试技术已被广泛运用。有不少公司专门进行地层测试的技术服务、 研究和评价工作，如比较著名的美国江斯顿公司(Johnston )、哈里伯顿(Haliburton )、莱因斯(Lynes)公司等。近十年来随着电子工业和其他工业的发展，地层测试技术也日臻完善。 其中美国、加拿大和法国是开发、应用地层测试技术较早、较好的国家，但美国开始的历史 长、发展快，是西方石油发达国家的代表。早在19世纪60年代以前，美国就对裸眼盐井采用提捞的方法进行测试，后来对油井也采用先测试后下套管

14、的完井步骤。当时人们十分重视测试工作，不少人开始研究测试工具的 结构。1867年美国专利局给Burr和Wakelee颁发了世界上第一个地层测试器专利，名称为 “深井测试工具的改进”，专利号为68350。经过许多年的改进和发展，1882年美国专利局 发给B.Franklin “控制和调节油井液流的工具”专利，专利号为263330 ；此工具用油管下入井内，在封隔器上装有一个阀，该阀可借助转动油管而开关。这两个专利公布以 后，又发展了适用于裸眼井的橡胶封隔器，这样才可以在当时用顿钻的方法打出的裸眼井中进 行测试。随着旋转钻井方法和钻井液循环的出现，又给测试工具提出了新的要求。最早的实用测试工具是J.

15、T.Simmons于1926年2月10日申请，并于1933年10月 17日获准的专利号为1930987的可通过在地面旋转钻杆来控制的“制动-旋塞”齿轮传动 的旋 塞阀测试器。这种测试器在1925年开始进行研制时，Halliburton公司的Phil Montgomery曾 给予指导，后来Simmons的这个专利转卖给Halliburton固井公司，最后由Earl P.Halliburton 又发展和完善了这种工具，Halliburton地层测试器就是在此基础上发展起来的，到1968年已 发展为相当完善的地层测试器。1930年之前还有其他人在研制和试验其他种类的裸眼地层测试器。他们的研制工作基本

16、 上都是在1867年和1882年的两个专利及包括封隔器在内的井底开关工具发展的基础上进行 的，这些人当中就有得克萨斯洲的Johnston。起初Johnston运用火车上的重型弹簧作测试 阀，用帆布作封隔器，构成原始的测试工具，后来增加了用投棒的方式打开捶拍式凡尔的较完 善的测试器，这就形成了靠上提下放打开测试阀的另一类型的操作方法。30年代初，在橡胶制造公司的协助下，研制成功了筒型裸眼封隔器，取代了锥型封隔 器，这就大大简化了测试工序。但由于封隔器在井眼里起下钻时常常遇阻，导致提前打开测试 阀或下不到预定深度，从而失败。经过多次改进，于1930年研制了旁通阀，在测试之前和测 试完毕使封隔器上下

17、方有一个通道来平衡压力，这有助于封隔器和测试阀的顺利起下，大大提 高了测试成功率。油藏工程师对油气井压力资料的测试是非常重视的。早在1920年就在研制测量井内压力 的仪器，到1933年已有十种不同类型的进下压力记录仪提供使用，测试工具品中也就开始安 放压力记录仪，而且成为测试器的基本工具之一。特别是近十几年来随着电子工业的飞速发展 和电子计算机的应用，高精度的电子压力计也应用于地层测试中，应变压力计、石英晶体压力 计和集成电路井底压力计已被广泛使用。这些压力计的精度都比普通机械压力计高。由于压力 计精度不断提高，因此对油藏评价的精确程度也相应提高。1944年又在测试器上增加了反循环阀，它能把从

18、地层流入钻杆内的液体循环出来进行计 量，也使测试工作能做到文明施工和安全。50年代初期，从事地层测试研制和服务的公司如：Johnston、Haliburton、Lynes、 Otis、BJ等几家公司都着手研制可以多次开关井的测试阀和装配密闭取样器，从而使测试不仅能测得地层产量，还可以得到二次以上开井和关井的测压曲线及流体样品，为正确分析和 评估测试层提供了更多的资料。并且测试器的结构和性能也起来起好。70年代随着海上石油勘探开发领域逐渐扩大，地层测试的经济意义显得越来越重要，海 上测试技术也迅速随之发展，适应海上大斜度井、高产量井和浮动钻井船的特点的各种海洋测试器不断涌现，如Johnston的

19、各种类型的压力控制测试器（PCT和Halliburton的各种类 型的环空压力测试器（APR目前已被普遍应用。2、国内地层测试技术发展状况40年代，我国主要在甘肃玉门进行石油勘探，当时曾一度使用美国江斯顿公司的捶拍凡 尔式的测试器。50年代后采用苏联落后的试油工艺，即：组建试油队，上通井机进行提捞、抽吸和打水 泥塞的方法进行试油，这种作业试油速度慢，时效低，造成大量探井来不及试油而被积压。60年代我国的地层测试技术研究工作才开始起步。首先由四川的谭恭同志比较系统地翻 译了美国地层测试的理论、技术和几种测试器的结构原理方面的资料。随后，四川石油管理局 组织了技术力量研制了筒形裸眼封隔器及玻璃接头

20、式的测试阀，这种工具适用于石灰岩硬地层 的中途测试，但无法取压力资料。于此同时，地质部研制Halliburton公司的液压弹簧测试阀， 并在苏北地区进行现场试验。1970年，江汉油田在康世恩同志的倡导下，组织了一批技术力量专门从事测试技术的研 究，从此以后我国才有专门的地层测试研究机构。一开始他们研制了 “铁伞”、泥巴伞和 “青蛙肚皮”，后来改进为支柱式裸眼地层测试器。这种简单的地层测试器只能在石灰岩硬地 层进行测试，不能关井测压力恢复。1976年南海的一个单位从新加坡引进了一艘罗布雷一 300自升式钻井平台，随船带有一套美国Johnston 5MFE地层测试器，江汉油田从事地层测 试技术研究

21、工作的人员组织人力赴南海进行现场试验，并对结构进行了详细的研究。同时四川 也从美国Lynes公司引进了液压膨胀式地层测试器，并进行了现场试验。当时石油工业部根据各油田试油速度低、积压井越来越多的情况，已逐渐认识到必须改 变现状，引进国外的地层测试技术，在我国逐渐推广运用这一技术。从1978年开始，我国各 主要油田先后引进了一批美国Johnston、Lynes和Halliburton公司的各种类型的地层测试 器。各油田逐渐建立起了推广地层测试技术的专业队伍，在华北油田建立了我国第一个专业性 的油气井测试公司，这个公司负责推广应用、技术培训、技术咨询、技术引进和资料处理。我 国现在已能生产成套常规

22、地层测试器，新型测试器也已在各油田推广应用。（四）、我局的地层测试发展概况我局自1984年9月22日在沙参2井取得突破后，逐渐从单一的勘探过渡到勘探、开 发并举。为了适应当时的勘探开发需要于85年底成立了中测站，即目前的综合测试队前身。中 测站成立后，首先引进了当时较先进的哈里伯顿公司生产的HST地层测试-即液力弹簧测试器，之后与当时被称作地矿部测试中心的华东局测试队合作，通过合作，为我局培养了 一批地层测试专业技术人员。据统计，在84-96年这12年间，我局共对口井进行了次测试，其中系统测试占，地 层测试占;通过对这此井的测试，陆续发现了等油田。特别是目前规模最大的塔河油田的发现 及扩大更离

23、不开地层测试，97年年初沙46井在石炭系、奥陶系试获高产油气流，8月前后在 沙56井的三叠系中、下油组试获高产油流，并在这两层的地层测试过程中进行6 了 4个油嘴的系统测试，（遗憾的是进行系统测试完后没有取得压力恢复曲线，原因是受 到当时机械压力计时钟的限制，这个问题自电子压力计引入后就已不再是问题了），年底沙47井、沙48井又试获高产油气流。这四口井的出油揭开了塔河2、3、4号油田的面纱。98年又重点对T301、T302、T401、T402四口井进行了地层测试，这四口井的出油支起了塔河3、4号油田的骨架。99年又对T303、TK404 TK409开始到目前为止，塔河油田从发 现到逐第二章国内

24、外地层测试技术现状1. 裸眼井地层测试技术2. 套管井地层测试技术3. 特殊井地层测试技术第三章我局地层测试技术的发展及现状按照我局地层测试的发展，可分为两个阶段，85年至98年为第一阶段，在这一阶段我局 地层测试在工具上以哈里伯顿公司的HST为主，测试类型为：套管常规测试和裸眼常规测试。 工具串也主要为与测试类型相对应的两种：分别为套管常规测试管串和裸眼常规测试管串（裸 眼支撑测试），其次在1-2 口井进行了套管垮隔测试和裸眼常规测试。其实这两种主要工具串 在封隔器不同和坐封方式不同外其余部分的组合基本一致。主要有以下共同点：1. 工具组串自上而下依次为钻杆+反循环阀+钻铤+水垫压力计+测试

25、器+伸缩节+钻铤+内压 力计+震击器+VR安全接头+封隔器（套管为：RTTS封隔器；裸眼为：NR裸眼封隔器）+筛管+底压力计+ （裸眼测试：支撑钻铤）。2. 这种工具由于中间加入了伸缩节和钻铤，有利于现场测试中的开关井操作。3. 使用VR安全接头有以下用途：a、在封隔器遇卡后，可从此处倒扣，保证测试资料的取得和起出安全接头以上的测试工 具。b、VR安全接头中带有旁通，保证了测试工具的顺利起下和测试完后平衡封隔器上下压 力顺利解封。98年开始因HST测试工具超期使用，测试工具老化导致测试中经常出现因环空漏失而失败。之后总体上对地层测试工作重视不够，一些本应测试的井没有测试而下了多趟完井管柱 如：TK308井大多数的井特别是探井，地层测试工作做的粗，没有分层进行系统测试。测试决策不及 时，特别是探井应一有发现，立即停钻，进行测试，这样不但降低了测试工艺难度，而且对认 识一些单层、薄层认识新层位提供了保证。地层测试工具上存在的问题地层测试管中设计上有一些不合理，造成过去几年中测试成功 率下降。第四章今后我局地层测试工艺及措施的优选方案措施的优选工具质量的优选工具组合的优选。