稳定试井与不稳定试井.docx
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稳定试井与不稳定试井
稳定试井与不稳定试井
第一部分油气井试井
第一章稳定试井
第一节油井稳定试井
一、原理
达西定律告诉我们:
平面径向流的井产量大小主要决定于油藏岩石和流体的性质（即Kh），以及生产压差。
因此，测出井的产量和相应压力，就可以推断出井和油藏的流动特性，,
这就是稳定试井所依据的原理。
稳定试井也可称为产能试井。
其具体做法是:
依次改变井的工作制度，待每种工作制度下的生产处于稳定时，测量其产量和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、流入动态曲线;得出井的产能方程，确定井的生产能力、合理工作制度和油藏参数。
本章主要介绍自喷油井的稳定试井。
二、测试方法
（一）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，但不得少于三个，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。
（二）一般测试程序
1.测地层压力
试井前，必先测得稳定的地层压力。
2.工作制度程序
一般由小到大（也可以由大到小，但不常采用）依
1
图1—1油井指示曲线类型
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。
三、线性产能方程及其确定
图1—1直线型指示曲线I可用以下线性方程表示:
（6—1）q,J,pp
3式中:
q——产量，m/d
3J——采油指数，m/d?
MPa
Δp——生产压差，MPaP
线性产能方程的确定
根据测试工作制度的产量和压力数据，作图于?
p,q的坐标系上得直线，量出直线的p
斜率，其倒数即为J。
四、指数式产能方程及其确定
1.指数式产能方程
2.系数C、n的确定
五、二项式产能方程及其确定
六、油井稳定试井资料解释
一,解释步骤和方法
1（整理试井资料
（1）试井数据列表。
（2）绘制试井曲线。
1）绘制系统试井曲线，系统试井曲线如图（1—4）。
利用这一曲线可确定油井的合理工
作制度。
p,p,q2）绘制指示曲线，根据表1—1的生产压差和产量q作图。
pp
2（确定产能方程
由绘制的指示曲线，判别指示曲线类型;由各所属类型确立产能方程直线型指示曲线
当油藏中流体处于单相（液相）达西流动时，油井指示曲线为直线，以此直线可计算以
下参数:
q,p1）采油指数J。
在直线上任取一点（，），按式1-1求得采油指数:
p
J,q/,pp
K2）油层渗透率。
利用求得的采油指数J，由拟稳态流动方程求得平均渗透率j2
r3eJBlnS,31.84210（）,,，,,，r4w（1—9）K,jh
2式中K——泄油区平均渗透率，µm;j
µ——地层原油粘度，mPa.s;
33B——地层原油体积系数，m/m;
h——油层有效厚度，m;
r——泄油半径，m;e
r——油井半径，m;w
S——表皮系数。
式（1—9）中μ、B值可由实验室或从本手册附录中查取;h由测井资料取得;r由地质资e料提供，它的取值大小对计算值影响不大。
（1）曲线型指示曲线
当油藏中流体处于单相非达西流动，其指示曲线为曲线型。
此时，可计算以下地层参数:
1）地层渗透率。
通过二项式方程（2—5）的系数a与拟稳态流方程相对应，可算出地层渗透率:
r3e3BS,,,，，1.842，10,ln,，r4w（1—10）K,ah
式中S——表皮系数，由不稳定试井法求得或类比法近似估计;其它符号同前。
2）计算不同流压下的产量。
如果地层压力仍保持试井期间p，则任一流压（p）下的产Rwf量由下式确定
aa4b（pp）2,，，,Rwf（1—11）q,2b
若p等于自喷最小流压，则由上式可得油井的自喷最大产量。
wf
第二章不稳定试井
由岩心分析得到的地层渗透率只能代表取心井点处的绝对渗透率。
它的优点是能准确反映渗透率沿地层厚度的变化，但对确定产能则意义不大。
用地球物理方法求渗透率大都必须依据岩心分析或其他资料，而且精度不高，也只能代表井底周围附近地带的情况。
只有用试井的办法才能求出与井的产能直接相关的、代表井附近较大范围的平均有效渗透率，也只有通过试井才能确定工艺条件变化（例如油层堵塞和改造措施）引起的渗透率变化以及相应的产能变化。
与岩心分析相比，试井工艺简单，成本低廉，在整个开发过程中随时都可进行，每口井都可以做。
试井所取得的参数是开发工作所需要的。
压力是开发油田的重要数据，如何才能在尽可能短的关井时间内求得准确的地层压力，也是试井所需解决的一个问题。
仅仅根据地质和地球物理资料往往很难断定断层和地层相变界限和封闭性。
试井则可以为判断由藏界限提供很有价值的信息。
只有通过试井才可以求出由于井的渗流不完善造成的附加阻力（表皮效应）的可靠值。
3
稳定试井可以求得采油指数，但耗时费事。
虽在确定油井工作制度方面有独特作用，而在求地层参数方面，则主要依据不稳定试井。
五十多年来试井作为认识油层的一个主要手段，其理论与工艺迅速发展，应用范围日益广泛。
一、基本微分方程式
假设地层是均质等厚各项同性的，其中只含一种可运动的流体，地层及其中所含流体的压缩性和压力梯度都很小，而且二者的压缩系数是常数，渗流过程是等温的，则在地层内任一点上有:
222,p,p,p,p（2—1）（，，）,,222,t,x,y,z
K,,,,Ct
C,C，Ctfe
2式中:
η——导压系数，cm/s
2K——渗透率，μm
μ——粘度，mp?
sa
φ——孔隙度，f
C——总压缩系数，1/mpat
C——地层（孔隙体积）的压缩系数，1/mpaf
C——液体的压缩系数，1/mpae
一般假设地层是水平的。
如果只有一口井钻穿整个地层厚度（渗流完善井），则用极坐标表示方程（2—2）比较方便，其形式为:
1,,p,p,（r）,,（2—2）r,r,r,t
式中r为自井中心量起的矢径。
对于超高压地层，由于渗透率、孔隙度和压缩系数都可能随压力而改变，且压缩系数值可能较大，这时使用方程2—20和2—21时要慎重。
理论分析和实践都证明上述方程都可安全用于实际油藏，不过其中的渗透率和孔隙度应理解为该井影响范围内的平均值。
方程2-1所表示的是地层内由于压力不平均而发生渗流时，压力与坐标、时间和地层与流体性质之间必须满足的关系，其中不包含造成压力不平均的原因。
因此要解决任何实际问题必须同时考虑造成压力不平均的初始和边界条件。
井底压力维持在低于原始压力的某一常数值，或井以常产量生产，就是常见的造成压力不平均的原因，我们称之为内边界条件。
油藏边界上的压力维持不变，或油藏边界是不渗透的，我们称之为外边界条件。
在我们开始研究的那一瞬间，地层内的压力可能是平衡的——例如到处都等于原始地层压力;也可能是按某种规律变化着——例如是坐标对数的函数，这就是初始条件。
初始和边界条件都是造成压力不平衡的原因。
4
油藏工程中常遇到的初始条件有:
p|=p,r,r?
rt=0iwe
若外边界是不渗透的，则外边界条件为:
p|=0r,re,r
若外边界为稳定的供给区，其上的压力维持不变，则有:
|=pr,rpei
内边界条件主要有两种，一为产量q为常数，即:
,p1|=r,rq,w,r,khr20w
另一种为井底压力保持在p不变，即w
|=pr,rpww
式中p——原是地层压力，mPai
p——井底压力，mPaw
3q——产量，?
/s
r——油藏半径，?
e
r——井的半径，?
w
微分方程与初边条件一起构成定解条件。
井的工作制度改变时，压力变化是逐步往外传播的，一直到压力变化到边界上。
我们称压力变化传到边界以前这段时间为传播期。
在传播期内，外边界的影响极小，可以忽略不计。
此时无论地层是有限的，还是无限的，其中的压力分布规律几乎都是一样的。
在传播期内，可以假设地层是无限大的。
传播期也有人叫第一时期。
压力变化传到油藏边界以后，或是引起外面液体进入油藏，当进入量与采出量相等时，形成稳定流（定常流）;或是外边界是不渗透的，地层内各点压力均开始下降。
这是若产量仍维持不变，由于外边没有液体补充，地层内各点的渗流速度逐渐变为常数，亦即各点的压力梯度变为常数。
此时压力分布曲线平行下降，即地层内
—1）各点的压力下降速度相等，（见图2
p,cr,r,r，we,t
显然，平均压力的下降速度必与任何一点的压力
下降速度一致。
按照物质平衡原理有:
p,CV,qtp,t
3式中:
V——地层孔隙体积，?
P
5
图2—1拟稳定平面径向流
——平均地层压力，mPap
于是有:
pqpq,,,,,,,（2—3）2tCtVpt,,,,hCrte
各点压力下降速度相等的时期叫做拟稳定期。
传播期与拟稳定期之间称为过渡期。
二、油井压降试井
勘探阶段我们希望以最少的井获得最多的信息，尤其希望尽早知道油藏的大小和储量，哪怕有个数量级的概念也好。
在开发阶段某些严重出砂井和高油气比井一旦关井再恢复生产很困难。
所有的井要关井试井都会对完成产量任务有影响。
压降试井法就是在保持井的产量基本不变的条件下，通过连续测量井底压力来获取有关信息的。
这个方法能满意地解决上述问题。
但维护产量不变（或连续测量产量）比连续测压困难得多，所以这个方法在实际中的应用不如后面要讲到的压力恢复法广泛。
寻找断块和岩性油藏时，在第一口探井上就用本法可以迅速认识油层，得到油藏大小的资料，从而节省了勘探投资，缩短了勘探时间。
井以常产量q生产，井底压力p必然要连续下降，生产初期处于传播期，边界影响微wf
弱，可以认为地层是无限的。
给（6—25）式加上表皮效应，并将自然对数变成常用对数得:
,,2.21076qBK,,（2—7）,,lg，lg，0.86859，1.90768pptSwfi2,,Kh,,Crtw,,
3式中q——地面脱气原油产量，m/d;
B——原油体积系数;
μ——地下原油粘度，mPa.s
-3K——地层有效渗透率，10μ?
h——油层有效厚度，m;
——生产时间，h;t
φ——油层孔隙度;
C——总压缩系数，1/MPat
r——井的半径，cmw
S——表皮效应;
p——原始地层压力，MPaip——井底流压，Mpawf
在有束缚水，没有自由气的条件下，
C=SC+（1-S）C+Ctwiwwiot
式中S——束缚水饱和度;wi
C——地层水的压缩系数，1/MPaw
C——地层原油压缩系数，1/MPao
6
图2-4压力恢复示意图
C——地层孔隙压缩系数，1/MPaf
将测得的不同时刻的井底流压点到以pwf
为纵坐标，lgt为横坐标的坐标纸上（2—25）得到一条直线。
由于井筒容积的影响建立起地下与地面相一致的产量需要一段时间，之后半对数直线段才会出现。
三、油井压力恢复试井
压力恢复试井施工方便，能获得油藏和井底的许多参数，是不稳定试井中用途最广的一种方法。
本方法要求关井测井底流压前要有一段稳产时间，理论上要求关井前的产量一直不变。
从某一时刻起将井的产量突然降到零，例如用封隔器在井下关井，测井底压力会由下降转为回升（图2-4）。
回升的快慢与油层的性质和井筒条件有关。
我们利用叠加原理来研究压力恢复的规律。
设井以常产量q生产了t时间后关井，Δt为从关井起经过的时间，则关井后的井底压力Δt的函数，记为p（Δt）。
我们把关井看作wf
是从t时刻起在原井位处又钻一口注入井，注入量恰好等于采出量。
为了便于理解，可以设想t时刻起从油管采出的液体又原封不动地从套管注回地层，这样从地层采出的液量为零，其效果与关井一样。
原来生产井的工作时间为t+Δt，假想注入井的工作时间为Δt，注入量与采出量q。
在同一井位上的两口井在地层中任意点，特别是在井壁上造成的压力变化应等于这两口井中每一口井单独工作在同一点、同一时刻所造成的压力变化的代数和。
注入井造成的是压力升;生产井造成的是压力降，二者符号相反。
假设过程处于传播期。
换成油藏工程常用单位，（2-25）得:
2.12076qB,t,p,p，lg（2-8）wsiKht，,t
tlg若P（Δt）点到以为横坐标，以P为纵坐标的图上得到一条直线，其斜率m为:
wswst，,t
qB,m,2.12076（2-9）Kh
压力恢复曲线通常分为三段（图2-28）第一段称为续流段。
由于在地面关井，油层的产量不会立即降到零，再加上表皮效应的影响，在压力恢复初期井底压力与时间的对数不成直线关系。
第二段为半对数直线，表皮效应和井筒影响消失后开始出现半对数直线段一直延续到外边界影响出现。
第三段为外边界影响段，地层总是有界的，随着传播期的结束，外边界的影响就开始表现出来了。
如外边界是封闭的，压力最终恢复到关井前的平均地层压力;若外边界上维持常压，则恢复到边界压力。
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永磁交流伺服电机位置反馈传感器检测相位与电机磁极相位的对齐方式2008-11-07来源:
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主流的伺服电机位置反馈元件包括增量式编码器，绝对式编码器，正余弦编码器，旋转变压器等。
为支持永磁交流伺服驱动的矢量控制，这些位置反馈元件就必须能够为伺服驱动器提供永磁交流伺服电机的永磁体磁极相位，或曰电机电角度信息，为此当位置反馈元件与电机完成定位安装时，就有必要调整好位置反馈元件的角度检测相位与电机电角度相位之间的相互关系，这种调整可以称作电角度相位初始化，也可以称作编码器零位调整或对齐。
下面列出了采用增量式编码器，绝对式编码器，正余弦编码器，旋转变压器等位置反馈元件的永磁交流伺服电机的传感器检测相位与电机电角度相位的对齐方式。
增量式编码器的相位对齐方式
在此讨论中，增量式编码器的输出信号为方波信号，又可以分为带换相信号的增量式编码器和普通的增量式编码器，普通的增量式编码器具备两相正交方波脉冲输出信号A和B，以及零位信号Z;带换相信号的增量式编码器除具备ABZ输出信号外，还具备互差120度的电子换相信号UVW，UVW各自的每转周期数与电机转子的磁极对数一致。
带换相信号的增量式编码器的UVW电子换相信号的相位与转子磁极相位，或曰电角度相位之间的对齐方法如下:
1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置;
2.用示波器观察编码器的U相信号和Z信号;
3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置;
4.一边调整，一边观察编码器U相信号跳变沿，和Z信号，直到Z信号稳定在高电平上（在此默认Z信号的常态为低电平），锁定编码器与电机的相对位置关系;
5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，Z信号都能稳定在高电平上，则对齐有效。
撤掉直流电源后，验证如下:
8
1.用示波器观察编码器的U相信号和电机的UV线反电势波形;
2.转动电机轴，编码器的U相信号上升沿与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合，编码器的Z信号也出现在这个过零点上。
上述验证方法，也可以用作对齐方法。
需要注意的是，此时增量式编码器的U相信号的相位零点即与电机UV线反电势的相位零点对齐，由于电机的U相反电势，与UV线反电势之间相差30度，因而这样对齐后，增量式编码器的U相信号的相位零点与电机U相反电势的-30度相位点对齐，而电机电角度相位与U相反电势波形的相位一致，所以此时增量式编码器的U相信号的相位零点与电机电角度相位的-30度点对齐。
有些伺服企业习惯于将编码器的U相信号零点与电机电角度的零点直接对齐，为达到此目的，可以:
1.用3个阻值相等的电阻接成星型，然后将星型连接的3个电阻分别接入电机的UVW三相绕组引线;
2.以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点，就可以近似得到电机的U相反电势波形;
3.依据操作的方便程度，调整编码器转轴与电机轴的相对位置，或者编码器外壳与电机外壳的相对位置;
4.一边调整，一边观察编码器的U相信号上升沿和电机U相反电势波形由低到高的过零点，最终使上升沿和过零点重合，锁定编码器与电机的相对位置关系，完成对齐。
由于普通增量式编码器不具备UVW相位信息，而Z信号也只能反映一圈内的一个点位，不具备直接的相位对齐潜力，因而不作为本讨论的话题。
绝对式编码器的相位对齐方式
绝对式编码器的相位对齐对于单圈和多圈而言，差别不大，其实都是在一圈内对齐编码器的检测相位与电机电角度的相位。
早期的绝对式编码器会以单独的引脚给出单圈相位的最高位的电平，利用此电平的0和1的翻转，也可以实现编码器和电机的相位对齐，方法如下:
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1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置;
2.用示波器观察绝对编码器的最高计数位电平信号;
3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置;
4.一边调整，一边观察最高计数位信号的跳变沿，直到跳变沿准确出现在电机轴的定向平衡位置处，锁定编码器与电机的相对位置关系;
5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，跳变沿都能准确复现，则对齐有效。
这类绝对式编码器目前已经被采用EnDAT，BiSS，Hyperface等串行协议，以及日系专用串行协议的新型绝对式编码器广泛取代，因而最高位信号就不符存在了，此时对齐编码器和电机相位的方法也有所变化，其中一种非常实用的方法是利用编码器内部的EEPROM，存储编码器随机安装在电机轴上后实测的相位，具体方法如下:
1.将编码器随机安装在电机上，即固结编码器转轴与电机轴，以及编码器外壳与电机外壳;
2.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置;
3.用伺服驱动器读取绝对编码器的单圈位置值，并存入编码器内部记录电机电角度初始相位的EEPROM中;
4.对齐过程结束。
由于此时电机轴已定向于电角度相位的-30度方向，因此存入的编码器内部EEPROM中的位置检测值就对应电机电角度的-30度相位。
此后，驱动器将任意时刻的单圈位置检测数据与这个存储值做差，并根据电机极对数进行必要的换算，再加上-30度，就可以得到该时刻的电机电角度相位。
这种对齐方式需要编码器和伺服驱动器的支持和配合方能实现，日系伺服的编码器相位之所以不便于最终用户直接调整的根本原因就在于不肯向用户提供这种对齐方式的功能界面和操作方法。
这种对齐方法的一大好处是，只需向电机绕组提供确定相序和方向的转子定向电流，无需调整编码器和电机轴之间的角度10
关系，因而编码器可以以任意初始角度直接安装在电机上，且无需精细，甚至简单的调整过程，操作简单，工艺性好。
如果绝对式编码器既没有可供使用的EEPROM，又没有可供检测的最高计数位引脚，则对齐方法会相对复杂。
如果驱动器支持单圈绝对位置信息的读出和显示，则可以考虑:
1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置;
2.利用伺服驱动器读取并显示绝对编码器的单圈位置值;
3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置;
4.经过上述调整，使显示的单圈绝对位置值充分接近根据电机的极对数折算出来的电机-30度电角度所应对应的单圈绝对位置点，锁定编码器与电机的相对位置关系;
5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，上述折算位置点都能准确复现，则对齐有效。
如果用户连绝对值信息都无法获得，那么就只能借助原厂的专用工装，一边检测绝对位置检测值，一边检测电机电角度相位，利用工装，调整编码器和电机的相对角位置关系，将编码器相位与电机电角度相位相互对齐，然后再锁定。
这样一来，用户就更加无从自行解决编码器的相位对齐问题了。
个人推荐采用在EEPROM中存储初始安装位置的方法，简单，实用，适应性好，便于向用户开放，以便用户自行安装编码器，并完成电机电角度的相位整定。
正余弦编码器的相位对齐方式
普通的正余弦编码器具备一对正交的sin，cos1Vp-p信号，相当于方波信号的增量式编码器的AB正交信号，每圈会重复许许多多个信号周期，比如2048等;以及一个窄幅的对称三角波Index信号，相当于增量式编码器的Z信号，一圈一般出现一个;这种正余弦编码器实质上也是一种增量式编码器。
另一种正余弦编码器除了具备上述正交的sin、cos信号外，还具备一对一圈只出现一个信号周期的相互正交的1Vp-p的正弦型C、D信号，如果以C信号为sin，则D信号为cos，通过sin、cos信号的高倍率细分技术，不仅可以使正余弦编码器获得比
11
原始信号周期更为细密的名义检测分辨率，比如2048线的正余弦编码器经2048细分后，就可以达到每转400多万线的名义检测分辨率，当前很多欧美伺服厂家都提供这类高分辨率的伺服系统，而国内厂家尚不多见;此外带C、D信号的正余弦编码器的C、D信号经过细分后，还可以提供较高的每转绝对位置信息，比如每转2048个绝对位置，因此带C、D信号的正余弦编码器可以视作一种模拟式的单圈绝对编码器。
采用这种编码器的伺服电机的初始电角度相位对齐方式如下:
1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置;
2.用示波器观察正余弦编码器的C信号波形;
3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置;
4.一边调整，一边观察C信号波形，直到由低到高的过零点准确出现在电机轴的定向平衡位置处，锁定编码器与电机的相对位置关系;
5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，过零点都能准确复现，则对齐有效。
撤掉直流电源后，验证如下:
1.用示波器观察编码器的C相信号和电机的UV线反电势波形;
2.转动电机轴，编码器的C相信号由低到高的过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。
这种验证方法，也可以用作对齐方法。
此时C信号的过零点与电机电角度相位的-30度点对齐。
如果想直接和电机电角度的0度点对齐，可以考虑:
1.用3个阻值相等的电阻接成星型，然后将星型连接的3个电阻分别接入电机的UVW三相绕组引线;
2.以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点，就可以近似得到电机的U相反电势波形;
3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置;
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4.一边调整，一边观察编码器的C相信号由低到高的过零点和电机U相反电势波形由低到高的过零点，最终使2个过零点重合，锁定编码器与电机的相对位置关系，完成对齐。
由于普通正余弦编码器不具备一圈之内的相位信息，而Index信号也只能反映一圈内的一个点位，不具备直接的相位对齐潜力，因而在此也不作为讨论的话题。
如果可接入正余弦编码器的伺服驱动器能够为用户提供从C、D中获取的单圈绝对位置信息，则可以考虑:
1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置;
2.利用伺服驱动器读取并显示从C、D信号中获取的单圈绝对位置信息;
3.调整旋变轴与电机轴的相对位置;
4.经过上述调整，使显示的绝对位置值
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