地层测试讲义第四章.docx

1、地层测试讲义第四章第四章 测试卡片的解释第一节 储层流体的物性油气藏是由油气储层、隔层、夹层及盖层等以特定层序组合构成的。油气储层简称储层。储层包括储集油气的岩石以及其中的流体。储层流体是指储存于岩石孔隙中的石油、天然气和水。石油和天然气是多组分烃类物质的混合物。储层深埋于地下，储层流体处于高温、高压状态，特别是原油中含有大量的天然气。因此，地下储层流体的物理性质与其在地面时相比有极大的差异。油、气组成是影响其高压物性特征的内因；温度、压力是外因。一、天然气的高压物性天然气是从地下采出的可燃气体。天然气的高压物性参数，如组成、相对密度、压缩因子、粘度等，是石油工程的基础数据。天然气是以石蜡族低

2、分子饱和烃为主的烃类气体和少量非烃类气体组成的混合物。天然气的组成是影响天然气物理性质和品质的主要因素。(一) 天然气的相对密度天然气的相对密度定义为：在标准状态(20，0.101MPa) 下，天然气密度与干燥空气密度的比值，即： g 式中： g天然气的相对密度； 天然气的密度，kgm3； 干燥空气的密度，kgm3。天然气的相对密度与其相对分子质量成正比。不同类型的天然气，其相对分子质量和相对密度差别较大。天然气的相对密度一般在0.50.8之间。个别含重烃或其他组分多者，相对密度可能大于1。(二) 压缩因子目前在石油工程中广泛应用的是压缩因子状态方程。压缩因子状态方程的实质是引入压缩因子用于修

3、正理想气体状态方程，即：PVnZRT式中 Z压缩因子(compressibility factor) 。压缩因子的物理意义为：在给定温度和压力条件下，实际气体所占的体积与理想气体所占有的体积之比，即：Z/ V压缩因子反映了相对于理想气体，实际气体压缩的难易程度。当Z1时，实际气体相当于理想气体；当Zl时，实际气体比理想气体易于压缩；当Z1时，实际气体比理想气体难于压缩。压缩因子不仅与温度、压力有关，而且与气体的性质有关。天然气是多组分混合物，其压缩因子的求取方法主要受其组成的影响。(三) 体积系数Bg(formation v01umefactor) 体积系数Bg定义为地面标准状态(20，0.1

4、01MPa ) 下单位体积天然气在地层条件下的体积。其数学表达式为：Bg= Vg/Vsc 式中 Vg地层条件下mol气体的体积，m3； Vsc地面标准状态下mol气体的体积，(标) m3； 天然气的体积系数，m3(标) m3。 地层条件下的天然气体积可用压缩因子状态方程表示：=3.45810-4Z(273+t) /P标准状态下0.101325MPa, =(273+20) P地层压力MPa； t地层温度。(四) 天然气的粘度(viscosity) 天然气的粘度是评价天然气流动性的指标。天然气的粘度对天然气在地下渗流过程和管道中的流动过程都有重要影响。1、粘度的定义 气体的粘度是流体内摩擦阻力的量

5、度。当气体内部存在相对运动时，都会因为分子的内摩擦力而产生阻力。阻力越大，流体运动越困难，表明气体的粘度越大。气体的粘度可以定义为单位面积上内摩擦力与速度梯度的比值，因此导出粘度的单位(Pas) 2、天然气粘度的特点 由于气体与液体不同，其粘度与压力、温度及气体组成有关。因而，在讨论气体粘度特点时分两种情况讨论：低压下气体粘度特点大气压力下，气体的粘度随温度的增加而增加；随气体相对分子质量的增大而减小。随温度的升高，气体分子的热运动加剧，平均速度增加，分子碰撞增多，所以气体的粘度增加。高压下天然气粘度特性气体在高压下的粘度特性不同于在低压下的情况、，这是因为在高压下，气体密度变大，气体分子间的

6、相互作用力起主要作用，气体层间产生单位速度梯度所需的层面剪切应力很大的缘故。在高压氏只体粘度具有液体粘度的特点，即气体的粘度随压力的增加而增加，随温度的增加而减小，同时随着气体相对分子质量的增加而增加。二、地层原油的高压物性地层原油处于地层的高温、高压下，且溶解有大量的气体，因而与地面原油有较大的差异。从原因上分析，化学组成是烃类物质物性复杂多变的内因，高温、高压是烃类物质物性变化的外因。(一) 地层油的溶解气油比solution gas-oil ratio地层原油中溶有天然气，不同类型油藏的地层原油溶解天然气的量差别很大。溶解气油比是衡量地层原油中溶解天然气的物理参数。通常把地层油在地面进行

7、一次脱气，将分离出的气体标准(20，0.10l MPa) 体积与地面脱气油体积的比值称为溶解油气比。= 式中 Rs溶解气油比，(标) m3m3； 一次脱气分离出的天然气体积，(标) m3； 地面脱气油体积，m3。溶解气油比是在实验室内，进行一次脱气实验得到的。因此，溶解气油比还可定义为：单位体积地面油在油藏条件下所溶解的气体的标准体积。(二) 地层油的密度和相对密度地层油的密度是指单位体积地层油的质量，其数学表达式为：。 m。/ V。式中 。地层油密度，kgm3； m。地层油质量，kg；V。地层油体积，m3。地层油的密度是由其组成决定的、地层油组成中轻烃组分所占比例越大，则其密度越小，反之其密

8、度越大；由于溶解气的关系，地层油密度比地面脱气油密度要低几个甚至十几个百分点。地层油的密度随温度的增加而降低。矿场上习惯使用地面油相对密度参数。按石油行业标准，地面油相对密度定义为：20时的地面油密度与4时的水密度之比，用符号d204表示。由于4时水的密度值为1gcm3或1000 kgm3，所以地面油的相对密度在数值上等于其密度。矿场上通常用实测地面油相对密度方法间接确定地层油相对密度。(三) 地层油的体积系数地层油的体积系数B。又称原油地下体积系数，定义为：原油在地下的体积与其在地面脱气后的体积之比。用公式表示为：B。Vf/ Vs式中 Vf地层油的体积，m3； VsVf体积的地层油在地面脱气

9、后的体积，m3。一般情况下，地下原油的体积受三个因素影响：溶解气、热膨胀和压缩性。由于溶解气和热膨胀对原油体积的影响(使之变大) 大于弹性压缩对原油体积的影响(使之变小) 、因而,地层油的体积总是大于它在地面脱气后体积，即地层油的体积系数大于l。溶解气油比越大，其体积系数也越大。当压力小于泡点压力时，地层油的体积系数B。随压力增加而增加，这是由于压力上升原油中溶解气量增加，原油体积膨胀；当压力大于泡点压力时，随压力的上升，地层油的体积系数B。变小，这是由于当压力大于泡点压力时，原油体积弹性收缩。当压力等于泡点压力时，地层油的体积系数最大。(四) 地层油的粘度原油的粘度反映在流动过程中原油内部的

10、摩擦阻力，其定义方法同气体。地层原油粘度影响其次地下的运移、流动及其在管道中的流动能力，当原油粘度过大时，将导致油井无法正常生严。原油粘度的变化范围很大，可以从零点几个mPas到上万mPas。原油的粘度取决于它的化学组成、温度、溶解气油比和压力等条件。1、原油的化学组成原油的化学组成是影响原油粘度的内在因素，原油中重烃、非烃物质(胶质沥青质) 等的含量对原油的粘度有着重大的影响。原油中重烃、胶质沥青质含过多，增大了液层分子的内摩擦力，而使原油粘度增大，甚至出现非牛顿流体的粘滞特性。2、温度温度增加，液体分子运动速度增大，液体分子间引力减小，粘度降低。据实验结果统计，在一定的温度范围内，温度每升

11、高10，原油粘度约下降一半。热力采油方法提高石油采收率的主要机理就是以提高温度来大幅度降低原油粘度为基础的。3、溶解气随着原油中溶解气量的增加，液层的内摩擦力减小，粘度随之降低。例如，大庆油田某脱气原油，在50时的粘度为15.818.9mPas，而该油在地下(温度为45) 的粘度为9mPas。这表明溶解气对原油粘度具有显著的影响。4、压力地层油粘度对压力也十分敏感，因为原油中溶解有大量的天然气。当压力低子饱和压力时，随压力降低，气体从原油中分出，原油粘度急剧增加。当压力高于饱和压力时，随压力降低，原油体积膨胀，粘度降低。当压力等于饱和压力时，原油体积达到最大值，因而此时原油粘度值最低。三、地层

12、水的高压物性地层水是油层水(与油同层) 和外部水(与油不同层) 的总称。油层水包括底 水、边水、层间水和束缚水等；外部水包括上层水、下层水以及夹层水等。在油藏中，油水按一定规律分布。边水和底水分别位于含油区的边部和底部。束缚水(不可动水) 是指油藏形成时留下的不能被油驱走的水，它们分布在油层岩石的孔隙中。研究地层水的性质，对油气田的勘探、开发、提高采收率和油气层保护等有重要的意义。通过分析地层水的类型，可以了解、认识地层成因和地下水动力场的活动特征，判断地层水(边水，底水) 的流向及油层的连通情况；通过分析与地层水的配伍性，可以确定注入水水源以及入井流体中的添加剂等。地层水物性参数，如压缩系数

13、、体积系数等，是油藏工程计算等工作中不可缺少的资料。(一) 地层水的体积系数地层水的体积系数定义为在地层温度、压力下地层水的体积与其在地面条件下的体积之比，即：B wVwf Vws式中 Bw地层水的体积系数，m3m3； Vwf地层条件下水的体积，m3； VwsVwf体积地层水在地面条件下的体积，m3。由于地层水含盐且溶解气体少，因而地层水的体积系数近似为l。地层水的体积系数随温度的增加而增加，随压力的增加而减小；溶解有天然气的水比纯水的体积系数大些。常规油气田的地层水体积系数一般在1.011.02之间，工程上常近似地取为1。(二) 地层水的等温压缩系数地层水的等温压缩系数定义为：单位体积地层水

14、体积随压力的变化率，即： 式中 地层水体积随压力的变化率，m3/MPa； 地层水的等温压缩系数，MPa-1； 地层水的体积，m3。地层水压缩系数曲线。地层水的压缩系数与压力、温度、溶解气量有关。随压力上升，地层水压缩系数下降，这一现象与地层水的密度有关；随温度上升，地层水压缩系数先下降后上升，这一规律与水的密度有关，密度越大，水越难压缩，压缩系数越小；随溶解气量的增加，地层水的压缩系数显著上升，这是由于溶解气体后地层水密度变小的缘故。另外，地层水的压缩系数随矿化度增加而降低。地层水压缩系数的数值范围大约在(3.75.0) 104MPa1，在不同的压力和温度区间上，其数值不同。在计算带边水或底水

15、油藏弹性驱油能量时，必须考虑地层水的等温压缩系数。(三) 地层水的粘度地层水的粘度与压力、温度及矿化度有关系。地层水粘度主要受温度影响，随温度的升高地层水粘度急剧降低；而地层水粘度 随压力增加，几乎不变。地层水矿化度(含盐量) 对水的粘度影响也不大。由于地层水中溶解气量很少，所以天然气在地层水中的溶解度对水的粘度影响不大，一般不需对此进行校正。第二节 储油、气岩石的物理性质一、岩石的孔隙度岩石中未被矿物颗粒、胶结物或其它固体物质充填的空间称为岩石的孔隙空间。储油岩石的孔隙空间由相当复杂的孔隙、溶孔、裂缝组成，与油、气运移、聚集的关系十分密切。用孔隙度衡量储油岩石孔隙性的好坏以及孔隙的发育程度。

16、总孔隙度：是指岩石的总孔隙体积(Vp) 与岩石的总体积(Vf) 之比，即=Vp/Vf100%。有效孔隙度：是指岩石中相互连通的有效孔隙体积(V) 与与岩石的总体积(Vf) 之比。孔隙度可以用来计算地质储量及评价油、气层的好坏，可按有效孔隙度值来划分或评价储油层。表4-1为储层按孔隙度分级表。表4-1 储层按孔隙度分级表储层级别特好储层良好储层差储层极差储层，%252015151010二、岩石的渗透率在一定压差下岩石允许流体通过的性质称为岩石的渗透率。它是评价油层的重要指标，取决于孔隙大小、分布和孔隙的连通程度，反映了岩石让流体通过的能力。实际上，油气藏大多数是油、气、水三相共存于孔隙中，可能出

17、现油、气、水三相同时流动。多相流体在岩石中的渗透能力与性质，用绝对渗透率、有效(相对) 渗透率来反映其相互的关系。绝对渗透率：当岩石中全部为单相流体所充满，且岩石与流体不发生任何物理、化学反应，在压力作用下岩石允许流体通过能力的大小，称为岩石的绝对渗透率。有效渗透率：当岩石为多相流体同时存在时，在压力作用下岩石允许对其中某相流体通过的能力，称为岩石的有效(或相对) 渗透率。它是储层生产能力的直接反映，是评价储层的重要指标。表4-2为储层按渗透率分级表。表4-2 储层按渗透率分级表储层级别特高高中低特低K，10-3m2200020005005001001001010三、储集层的油、气、水饱和度饱

18、和度是指单位孔隙体积内油、气、水各自所占的体积百分数。流体饱和度是用来表示孔隙空间为某种流体所占据的程度，在油田的勘探与开发中具有十分重要的作用。它们在油田的储量计算、油田动态分析、注水驱油效率的研究、油田剩余储量的利用以及提高最终石油采收率方面，均具有不容忽视的实际价值。第三节 油藏概念一、地质构造组成地壳的岩层或岩体受力而发生变位、变形留下的形迹称为地质构造。地质构造在层状岩石中最明显，在块状岩体中也存在，其基本类型有：水平构造、倾斜构造、褶皱构造和断裂构造等。下表为基本地质构造一览表。基本地质构造一览表构造名称描 述图 例水平构造岩层层面近于水平的构造称水平构造倾斜构造岩层层面与水平之间

19、有一定夹角时称为倾斜构造褶皱构造褶 皱岩层受力变形产生系列连续的弯曲，褶皱的基本类型有背斜和向斜两种背 斜岩层向上弯曲，中心部分为老地层，两翼部分岩层依次变新向 斜岩层向下弯曲，中心部分是较新岩层，两翼部分岩层依次变老断裂构造节 理是指岩层、岩体中的一种破裂，破裂面两侧的岩块没有发生明显的位移正断层岩层或岩体受力破裂后，破裂面两侧岩块发生了显著的位移，上盘相对下降，下盘相对上升的断层逆断层岩层或岩体受力破裂后，破裂面两侧岩块发生了显著的位移，上盘相对上升，下盘相对下降的断层地质构造形成后，常形成一系列圈闭。所谓圈闭就是相对封闭的构造单元或沉积单元。圈闭一般由三部分组成，即储集层、盖层和阻止油、

20、气运移的遮挡层。这些圈闭主要有背斜(鼻状构造) 、断层、不整合、岩性尖灭等几种。石油和天然气在生油岩中生成后经运移通道聚集在相对封闭的圈闭中。在此圈闭内的地层中如果保存有油气，则形成油气藏。地壳中矿产的分布是受一定的地质构造控制的。石油和天然气的形成及物质来源都直接或间接地受地壳运动的影响。油、气形成后需要运移的通道和储存的场所，这些通道和场所与地质构造有极其密切的关系，常分布在背斜的顶部或具备圈闭条件的断裂构造中。二、油气藏油气藏是具有统一压力系统和油气水界面的单一圈闭中的石油和天然气聚集体，如果只有油在单一圈闭中的聚集称为油藏，只有天然气在单一圈闭中的聚集称为气藏。根据圈闭成因，可将油气藏

21、分为构造油气藏和地层油气藏。(一) 构造油气藏指由于地壳运动使地层发生变形或变位而形成构造圈闭，在构造圈闭中油、气的聚集称为构造油气藏。构造油气藏又分为以下几种类型。1、背斜油气藏油气在背斜圈闭中形成的油气藏称为背斜油气藏。2、断层油气藏断层油气藏是在断层遮挡圈闭内的油气聚集。3、刺穿接触油气藏刺穿接触油气藏是指油气在刺穿接触圈闭中的聚集。4、裂缝性油气藏裂缝性油气藏是指油气储集空间和渗流通道主要靠裂缝和溶孔(溶洞) 的油气藏。(二) 地层油气藏储集层因岩性横向变化或由于纵向沉积连续性中断而形成的圈闭，称为地层圈闭。在地层圈闭中的油气聚集，称为地层油气藏。根据圈闭的成因，地层油气藏可分为以下四

22、类。1、岩性油气藏由于沉积环境不同，导致沉积物岩性发生变化，形成岩性尖灭体或透镜体，其中聚集了石油和天然气，就形成了岩性尖灭油气藏及透镜体油气藏，总称为岩性油气藏或原生砂岩体油气藏。2、地层不整合遮挡圈闭油气藏剥蚀突起或剥蚀构造被后来沉积的不渗透地层所覆盖，就形成地层不整合遮挡圈闭，油气在其中聚集就形成地层不整合遮挡圈闭油气藏。3、地层超覆油气藏水体渐进时水体加深，在砂岩之上超覆沉积了不渗透泥岩，形成了地层超覆圈闭，油气聚集其中就形成了地层超覆油气藏。4、生物礁油气藏生物礁油气藏是指被不渗透层所盖的生物礁块圈闭中的油气聚集。第四节 试井录取资料的特点在石油及天然气勘探过程中，为了对钻井过程中遇

23、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，还采用地层测试技术，后者是一种最终确定油气层性质的方法。它不但具有快速、经济的特点，而且与前面几种方法不同的是它可以从动态角度，直接录取油气藏生产状态下的参数。地层测试又称为钻杆测试，国外称为DST，是Drill Stem Testing的缩写。它是指在钻井过程中或完井之后对油气层进行测试，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做出评价。这种方法速度快，获得的资料多，是最经济的“临时性”完井方法。地层测试是获得地层流体样品、估算地层参数和确定地层有无工业生产能力的一次临时性完

24、井。用钻杆或油管将测试工具(包括：压力温度记录仪、封隔器、测试阀等) 下入测试层段，让封隔器胶筒膨胀坐封于测试层上部，将其它层段和钻井液与测试层隔离开来，然后由地面控制，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管柱内，直至地面。井底的测试阀是由地面控制的，可以进行多次的开井和关井，开井流动求得产量，关井测压求得压力数据。测试的全过程记录在机械压力计的一张金属卡片上和电子压力计的存储块上，根据压力、温度记录仪和电子压力计记录的压力温度数据，进行评价接解释测试层的特性和产能性质。地层测试与传统的试油方式相比，具有以下特点：钻井过程中，通过气测、泥浆录井或岩屑录井和测井等资料，一旦发现

25、油气显示就可立即进行钻柱测试，弄清楚地层和流体情况，可及时发现油气层，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，所得得压力和产量等资料能真实地反映地层情况，及时指导下一步工作；井筒储集影响小，测试时间短，效率高。测试的种类可按不同的类型、不同的方式进行分类。按类型分可分为裸眼井测试和套管井测试，按测试方式分为常规测试和跨隔测试，按综合性能分为射孔测试联作和综合测试联作。测试种类归纳如下：一、裸眼井测试1、常规测试； 2、支撑于井底的跨隔测试；3、选层式跨隔测试；4、膨胀式常规和跨隔测试。二、套管测试1、常规套管测试；2、双封隔器跨隔测试；3、桥塞跨隔测试。三、综合测试1、射孔与测试

26、联作；2、射孔与跨隔测试联作；3、测试、酸化、再测试联作；4、高温、高压非常规管柱 测试。第五节 地层测试资料解释简介测试资料的测取和运用是测试工作的两个重要组成部分。前者即现场测试，为的是取得足够的可靠资料；后者即测试解释，要求通过分析测得的资料，得到尽可能多的关于地层和测试井的可靠信息。而对于要获得一口井和地层的信息，必须要对所取得的产量压力资料进行人工解释，获取所要井的基本信息，以达到测试的最终目的。解释的主要工作就是根据测试工作中所测得的资料，包括产量和压力变化，结合其他资料来判断油气藏类型、测井类型和井底完善程度，并计算油气层及测试井的特性参数，如渗透率、储量、地层压力等，以及判断测

27、试井附近的边界情况、井间连通情况。利用测试资料解释主要有两种方法：早期的常规试井解释方法及后来逐步形成的现代试井解释方法。在早些时候，普遍用的是半对数曲线分析方法来进行试井解释，也就是常规试井解释方法。随着计算机技术和高精度测试仪的出现、导数图版及拟合方法的建立，逐步形成了一套完整的现代试井解释方法，即通常所说的现代试井解释方法。无论是常规试井解释还是现代试井解释，如果采用的是机械压力计，则必须把压力计卡片上的时间压力曲线换算成相应的时间压力数据以方便计算机进行解释，所以第一步必须要获得时间压力数据。如果我们采用的是电子压力计则可以直接得到数据，而对于机械压力计则应进行读卡操作。一般情况下，油

28、、气、水经过压降试井的过程，要经历井筒储集、径向流和拟稳定流或稳定流等流动阶段。从径向流动结束到拟稳定流开始，还有一个过渡阶段。在一些特殊情况下，还会出现球形流、半球形流、线性流、双线性流等流动状态。一、流动状态1、平面径向流：指在油层中任何一个与井筒相垂直的水平面上，流线是从四面八方向井筒汇集的直线。在双对数图上表现为出现0.5的水平线，在霍纳图上则表现为出现一斜率稳定的直线段。2、稳定流：如一口井以稳定产量生产，整个油藏的压力分布保持恒定，即在油藏中的每一点，压力均保持常数，这种流动称为稳定流。3、拟稳定流:在生产过程中，油藏中的每点压力变化为常数的流动称为拟稳定流。4、续流：又称井筒储集

29、流动段，它是产生于开关井压力变化早期的一种流态，是指开关井时井底流量渐变为Q(开井时) 或渐变为0(关井时) 的一种流动状态。对于均质油藏而言，在双对数的导数图上早期出现斜率为1的直线。二、解释中的一些名词1、影响半径：指一口井以产量为Q进行生产，并产生一压降漏斗，当距离井筒大于r的地方压降为0时。我们称r为影响半径，有时也称为排液半径。通常它与开井时间、地层物性及流体的高压物性有关。2、井筒储集效应和井筒储集系数：在续流段，油井开井时井底流量从0渐变为Q的那段时间称为井筒储集阶段。用井筒储集系数来表示井筒储集的强弱。它指的是关井或开井时，井筒压力升高或降低1 MPa时，从地层中流入或排出的流

30、体的量，它与井筒中的流体性质及井筒状况有关。3、表皮效应、表皮系数：在钻井过程中由于对地层产生的一些伤害导致油井附近的渗透性发生变化，当地层流体流经此区域时，要产生一个附加压力降，称之为表皮效应。把表皮效应产生的附加压力降无因次化，用来表示一口井表皮效应的严重程度和性质，称为表皮系数。表皮系数越大，表示污染越严重。它与附加压力降成正比。4、有效渗透率：指单位压差下地层通过流体的能力。它是表征地层物性好坏的一个重要参数。5、压缩系数：指单位压力下该物体的体积变化量。它是弹性驱油藏驱油能力的一个重要指标。6、孔隙度：指岩石中的孔隙体积与岩石的总体积的比值。7、理想采油指数和理想产量：如果一口井在生产压差为p时，设想该井不存在表皮效应，则生产过程中不产生附加压降，此时的产量，称为理想产量。此时的单位产量称为理想采油指数。8、流动效率和堵塞比：实际采油指数与理想采油指数的比值称为流动效率。流动效率的倒数为堵塞比。堵塞比表示的是如果彻底清除井壁污染，井在相同生产压差下的产量应能达到井壁污染情形下产量的倍数。9、体积系数：指相同的流体在地面与地下所占体积的比值。附注：公式中符号所代表的物理意义及单位: K：渗透率， m2(平方微米) ； ：流体粘度，mPas(毫帕秒) ； B：体积系数，无单位； h：地层厚度，m(米) ； q：产量，m3/d(立方米每天) ； ：地层孔隙度，无单