地层测试工艺及资料解释应用(二)
测试工艺概述——【钻井采油 页岩气】
第一章测试工艺概述一、地层测试地层测试是指钻井中途或完井之后，沟通地层到井底的通道，将地层流体诱流到地面，按一定的程序进行测试，搞清地层流体产能、性质、地层压力、温度及动态特征的整个工艺过程。
其目的在于，为油气层评价和科学制定油气田开发方案提供可靠的资料和参数，以进一步加快勘探速度，提高勘探成功率，降低成本，增加效率。
地层测试可以直接取得地层产能、地层压力及温度、压力恢复曲线及地层流体样品等四项资料。
通过地层测试达到以下目的：●证实所钻构造是否存在工业油气层；●探明油气田的含油面积及油水或气水界面；●结合电缆地层测试资料探明气、油、水层的纵向分布及是动力系统；●搞清油、气层的产能、压力、温度及渗透率等动态特征参数；●搞清井下及地面地层流体性质；●观察地层压力衰减，探明油（气）层连通范围，估算单井控制储量；●观察边界显示，计算不渗透边界距离；●搞清油气层受损害的程度，计算理想产能；●搞清地层水性质为测井解释提供参数。
1二、地层测试类型根据工艺特点和测试的差异，地层测试分为以下三类：a．钻杆地层测试（DST）；b．TCP+DST联作测试；c．延长测试（EDST）。
三、测试设计的重要性海上测试是一项系统工程，这项工程完成得好坏，不但与测试阶段的工作有关，而且与测试前的钻井和完井作业质量有关。
如钻井期对油层保护较好，井身较规则，固井质量好，测试层段无窜槽现象，这些都是测试成功的前提条件。
就测试作业而言，有如下四个紧密相关的环节：测试设计、工艺施工、资料录取和资料解释。
每个环节都关系着测试质量，其中测试设计又是首要的工作，一个优秀的测试设计（包括工艺设计和测试方案设计）应该是，针对不同地层、测试层段、井身条件和测试目的，采取有效的工艺方法和测试方案。
使测试既能满足取资料要求，又能达到施工安全、快速和低成本。
地层测试设计基本内容：第一章拟测试井的基本数据a．构造位置；e．开钻日期及完钻日期；b．地理位置；f．完钻井深及完钻层位；2c．经纬度及坐标；g．钻头程序及套管程序；d．水深及补心海拔；h．人工井底。
油矿地质---地层测试
P
H 100
第一节
钻柱测试
BC1 ：开井测试 BC段，斜率小 C1点：初始流动压力 注意： 理论上，C1点的压力 P1趋于 0，但实际上， 为了防止激烈震动或火 灾，加水垫或气垫，致 使P1不等于零。
P2
P1
P
H 100
第一节
钻柱测试
C1C2：流动段 C2：为终流动压力 压力开始增大，呈直线 段。影响直线斜率的因素 有地层渗透率，流体密度 及粘度等，但主要是渗透 率。 C2D：关井复压 时间足够长，P关井=P地层 但实际上不可能 。
第二节
电缆式地层测试
三、测试资料解释 （二）定性解释
经统计，不同渗透性的地层具有不同的测 试曲线形态，它们存在明显的差异。
第二节
电缆式地层测试
解释基础： 非渗透地层：无压力恢复段 极低渗地层：取样压力接近为零 低渗地层：取样压力低，可观察到压力恢复 中等渗透率地层：取样压力中至高，压力恢复 较快 高渗地层：取样压力和关井压力之间存在很小 差距
Cq Kd 2r p p
第二节
1.球形渗流理论
电缆式地层测试
全球形流时C＝ 0.5（均质无限大地 层）；半球形流动时 C＝1.0（相当于井壁 为平面），实际情况 为准球状和柱状流、 半球状流、柱状流和 径向流的叠加，C值 在0.5和1.0之间。
Cq Kd 2r p p
rp
第二节
探头周围的流 动方式可分为准球 形流、半球形流、 球形流、线形流和 径向流五种。
电缆式地层测试
各种流动条件
第二节
电缆式地层测试
1.球形渗流理论
电缆地层测试 器的探管半径很小 ，流动可看作球形 流动，利用地层压 降数据估算地层渗 透率。
地层测试2-1
教材67
三、钻柱测试压力资料的解释和应用
优点： 地层动态条件下 取得，静态方法不能 比拟。
不足： 测试器在井下停留时间不能过长，因此所取资料也存在一 定局限性。 低渗？
教材67
高渗？
三、钻柱测试压力资料的解释和应用 1、应用原理及条件
压力恢复和降落曲线 –直接读取
教材67
基于压力恢复的基本公式
稳定时间：24小时/日产
教材67
3、地层条件下的流体样品
通过取样器取得地层条件下的流体样品（终流 动结束前取样）
取样器
实验室PVT分析：压力、体积、温度 实验室成分及含量分析：流体类型、含量、成分等
测试工具下井， 压力升高至钻井液 静液柱压力。 初关井压力 初始 静液柱压力 初流动 结束压力 初流动开始压力 测试器起出， 压力逐渐降低 静液柱压力
终流动开 始压力
测试阀
第二次开井
旁通阀
封隔器
E1--终流动开始压力:压力迅速下降 至E1点（E1应与C2近似），然后，流体 开始第二次流动。
筛管
教材66
1、压力（特征）卡片
终流动结 束压力
测试阀
旁通阀
封隔器
体从地层流入钻杆，压力上升，最大 达到E2点压力。 取样器取流体样品
E2--终流动结束压力:开井后，流
第一节
地层测试
地层测试简介
中途测试--裸眼井 完井测试—套管井 油气井测试—生产井 常用钻柱测试
一、测试类型
二、测试方式
电缆测试
第二章
第二节
地层测试
钻柱测试
测试工具 测试过程—四个过程 油气井测试—生产井 压力特征（卡片）资料—掌握
地层测试
锁紧接头
卡瓦封隔器：由摩擦块、弹簧、 卡瓦块、 胶筒、通径规环、端 面密封、换位槽、换位凸耳等 组成 座封方式：上提、正旋转、
保持扭矩下放。 解封方式：上提即可。
卡瓦封隔器
旁通阀： 作用： 起下钻遇到缩径井段时，泥浆可以从管
柱内部经旁通通过，从而减少起下钻阻力 和抽吸力。 测试结束时，平衡封隔器上下方的压力。
维修保养注意事项
1. 2.
3.
工具在装卸及搬运过程中要轻抬轻放，防 止磕碰。 工具在装车时，公扣朝前，避免碰撞母扣 密封面。 施工回来的工具，应尽早维修保养，如条 件不允许，应用清水彻底清洗，防止因放 置过久，残留的盐水、泥浆等液体腐蚀工 具。
维修保养注意事项
4.
5. 6. 7.
8.
清洗后，仔细检查工具外观，尤其是施工 中出现问题的工具。 按要求拆卸所有丝扣，防止时间长不动而 粘扣或锈死。 更换所有密封件和损坏的铁件。 所有配件清洗干净后按要求组装。 丝扣处涂抹密封脂，密封面涂抹润滑油。
地层测试获得参数
渗透率---平均有效渗透率 地层损害程度 --- 堵塞比和表皮系数 油藏压力 衰竭 测试半径---调查半径 边界显示
二.地层测试的原理和分类
地层测试基本原理 地层测试是用钻杆或油管将测试工具 下入测试层段以上，通过地面操作，使封 隔器座封，将压井液和其它层段与测试层 隔离，然后由地面控制，打开井下测试阀， 使测试层段的地层流体经筛管流入管柱内， 直至地面。可以进行多次开、关井，开井 流动求得产量，关井测压求得压力数据。
超深井测试注意事项
9、选用70MPa地面控制管汇。 10、解封时，上提至自由点后，再施加30-50 kN的拉力，等旁通阀延时拉开、悬重降到 自由点后，方可继续上提起管。 11、RTTS封隔器解封时，如果旁通阀拉开后 悬重不降，则下放到自由点，再上提。 12、244.5mm套管井单卡瓦封隔器深井测试 时，应配旁通，保证解封顺利。
地层测试工艺及资料解释应用(二)
线性流示意图
几个物理概念
5、双线性流
双线性流产生于具有有限导流
的垂直裂缝。有限导流垂直裂缝 是指进行水力压裂的井，当加入 的支撑剂砂粒配比适当时，裂缝 中的导流能力与地层的导流能力 可以相比拟。此时除垂直于裂缝 的线性流外，沿裂缝方向也产生 线性流，所以称为双线性流。
几个物理概念
2、不稳定试井
通过改变油、气、水井的工作制度，引起地层中 压力重新分布，测量井底压力随时间的变化，根据这一 变化结合产量等资料，研究取得测试层在测试影响范围 内的特性参数。
压力恢复试井和压力降落试井
曲线对应关系
压 力 Drawdown
Buildup
P(△t=0)
tp
△P(△t)= P(△t) - P(△t=0)
指孔隙度、渗透率各 向同性的单一孔隙介质 地层，是地层测试中最 常见的一种地层类型， 主要反映了在测试研究 半径范围内储层及流体 性质变化不大的特点。
均
质
模
k
型
均质地层物理模型
均质地层的单对数图形特征
续流段
径向流段
均质地层的双对数-导数图特征
续流段
过渡段
径向流段
压力
压力导数
井筒储集系数C值分级表
图形判识
单对数分析： Horner、MDH、SUPF、MBH法等
常规方法- MDH方法
由压降曲线或压力恢复曲线求参数
◆ 利用斜率 m 计算渗透率 K K 2.121 10 3 qB
mh
◆ 利用斜率 m 计算表皮系数 S
S
1.151
pws 1h
m
p
2 地层测试
第二章地层测试主要内容一、地层测试概述二、钻柱测试第一节地层测试概述油田地质研究的主要内容包括：油气田地质结构、油气水分布、油气藏的能量、储量计算等；其资料来源包括：地质录井、地球物理测井、试油或地层测试。
这三种类型的资料作用不同，录井、测井资料指出了油气层的位置，但只知道油气的层位是不够的，我们还应该弄清楚油气层产量、压力、产液性质、地层渗透率、流体样品等资料。
这样才能合理地开发、开采油气田，而这些资料的取得是通过地层测试来完成的。
1、概念地层测试（Formation Testing）：在钻井过程中或完井后对油气层进行测试，获得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。
是确定地层有无工业生产能力的一次暂时性完井。
基本原理：利用井下测试设备或工具使测试层与其它地层和井筒内钻井液隔离，而直接暴露在大气压下，在ΔP作用下流体便可进入钻杆中，进行测试。
速度快，获取的资料多，最经济的“临时性”完井方法。
2、分类①据测试时间分：中途测试：探井钻进过程中，钻遇油气层或发现重要油气显示时，中途停钻对可能的油气层进行测试。
一般在裸眼井中进行，岩性致密，井壁规则，早期评价。
完井测试：完井后进行的地层测试，又称为试油（试气）。
通常在套管井中进行，开井时间长，地层参数齐全，可靠程度高。
②据不同类型的井分：裸眼井测试：套管井测试：③据测试方式分：常规测试：封隔器下部只有一个测试层。
跨隔测试：在一口井有多层的情况下对其中某一层进行的测试，要求必须有两个封隔器将测试层的上部和下部都隔开。
3、测试方法：近些年来，无论国内、外，地层测试技术都被广泛应用着，大部分探井和部分生产井都要进行地层测试。
随着电子工业的飞速发展，地层测试技术，无论是测试工具方面，还是资料的处理都已日臻完善。
在开发、应用地层测试技术方面，美国、加拿大、法国是比较先进的国家，尤其美国，不但历史长，发展也快，可以作为西方石油发达国家的代表。
地层测试资料应用-2016.9
应用之一 -----判断产能、压力、油气藏类型情况
不同的流动曲线，具 有不同的产能特征。
不同的恢复曲线，具 有不同的压力系统。
应用之一 -----判断产能、压力、油气藏类型情况
1、均质地层
指孔隙度、渗透率 各向同性的单一孔隙 介质地层，是地层测 试中最常见的一种地 层类型， 主要反映了 在测试研究半径范围 内储层及流体性质变 化不大的特点。
100
' D
无量纲压力和压力导数 p ，D&p
10
1
续流段
0.1
0.1
1
线性流动段特征图
0.301 导数1/2 斜率
拟径向流段
10
100
1000
无量纲时间，t D/C D
10000 100000
6、有限导流垂直裂缝模型
有限导流垂直裂缝模型假定： 1．有一条垂直裂缝与井筒相交，沿井筒对称； 2．裂缝存在一定渗透率，沿裂缝有压降； 3．裂缝宽度大于0； 4．裂缝渗透率远远大于基质渗透率。
4Kh B
(
pi
pwf
)
ln
8.984
Lf 2
ln
t
（1） （2）
压后产能(q)与流动系数（kh/µ）、 生产压差(Pi-Pwf) 、裂缝 半长（ Lf ）成正比关系。 压后产能(q)与时间（t）成反比。
产量
50 40 30 20 10
0 1
压后产能随时间变化的曲线
10
100 1000 10000 100000
压裂选层图版制作
坐标：横坐标为流动系数（kh/µ），纵坐标为地层压力（p）。 建议压裂：压裂后裂缝半长（ Lf ）在40m之内，储层产能(q)能达到东部储量起 算标准时，建议压裂。 建议放弃：压裂后裂缝半长（ Lf ）在150m以上，储层产能(q)仍达不到储量标准 时，建议放弃。 慎重决策：压裂后裂缝半长（ Lf ）在40m-150m之内,达到东部储量起算标准时， 建议慎重决策。 图版类型：压力系数1.0图版、 1.2图版、1.4图版、1.6图版等。
地层测试基础知识
1．总论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。
（一）、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。
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：①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；②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；③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，结合试井分析理论，可以得到下列主要参数：①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；②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；③油藏压力通过关井压力恢复曲线可外推出原始油藏压力；④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；⑤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；⑥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。
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线性流示意图
几个物理概念
5、双线性流
双线性流产生于具有有限导流
的垂直裂缝。有限导流垂直裂缝 是指进行水力压裂的井，当加入 的支撑剂砂粒配比适当时，裂缝 中的导流能力与地层的导流能力 可以相比拟。此时除垂直于裂缝 的线性流外，沿裂缝方向也产生 线性流，所以称为双线性流。
实例5
20
10
0
2
0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
工作历史曲线 (压力 [MPa], 液体流量 [m3/D]-时间 [hr])
第三次：管外水泥封窜、补孔后测试曲线，DST日油0.07t，水1.7m3
实例6
30 20
0.1
0 0
10
20
30
40
50
60
70
工作历史第曲线一(压次力 [测MPa]试, 液，体流量常[m压3/D]地-时间层[h，r]) 未见到油，原井段补孔重测
q
q0
产 量
0
PWBS
q(t)
qsf(t)
物理意义：关井状态下，要使井筒压力升高
t
1MPa，必须从井筒中流进C（m3）原油。
几个物理概念
10、表皮效应和表皮系数
由于钻井液或压井液侵入、射孔不完善以及酸化、压裂增产措
施等原因的影响，使油井附近地层的渗透性发生了变化，当原油从 地层流入井筒时，在这个渗透性不同的很薄的环状“表皮区”产生 一个附加压力降(ΔPs)，这种现象称为表皮效应。
线性流动是指在某一区域内，流体流动方向
相同，流线呈平行状态。能形成线性流的情 况主要有以下几种：
一是边界的影响，如作为外边界条件的平行 断层，形成条带形的地层，使得离开井稍远 的流动形成线性流。
二是由压裂形成的无限导流垂直裂缝井（如 小型压裂井，裂缝中流动阻力很小），或天 然裂缝或构造裂缝井，在流动初期形成的垂 直于裂缝的线性流。
地层测试工艺及资料解释应用(二)
车664-~1 [MPa]
实例3
40
Байду номын сангаас
30
20
10
0 0
20
40
60
80
100
120
140
160
压力 [MPa] vs 时间 [hr]
第一次：压后测试评价，APR工具， 未关住井
第二次：MFE工具，施工正常
实例4
滨444-~2_2007-02-22-15-14-53-105 [MPa]
qsf(t)
物理意义：开井状态下，当井筒压力降低 1MPa时，靠井筒中原油的弹性能量可以排 出C（m3）原油。
q
产 量 O
PWBS
q0 t
井筒储集效应
在关井时，当油井一关闭，地面产量立即由qo变为0，但在井底，仍有原油
从地层注入井筒，从而使井筒压力逐渐增加，直到与井筒周围地层的压力达 到平衡，此时，井底产量才变为0。
双线性流示意图
几个物理概念
6、稳定流动
一口井以稳定产量生产，如果在晚期段整个油藏的 压力分布保持恒定（即不随时间而变化），油藏中 的每一点压力都保持常数，这种流动状态称为稳定 流动。非常强的水驱油藏容易出现稳定流动。
几个物理概念
7、拟稳定流动
如果在以稳定产量生产过程中的晚期段，油藏中每一点的压力
几个物理概念
2、不稳定试井
通过改变油、气、水井的工作制度，引起地层中 压力重新分布，测量井底压力随时间的变化，根据这一 变化结合产量等资料，研究取得测试层在测试影响范围 内的特性参数。
压力恢复试井和压力降落试井
曲线对应关系
压 力 Drawdown
Buildup
P(△t=0)
tp
△P(△t)= P(△t) - P(△t=0)
40
30
泄压
未打开井
20
10
0
4 2
0
40
80
120
160
200
压力 [MPa], 液体流量 [m3/D] vs 时间 [hr]
二次关井压力一直在波动变化上升 .三开未打开
测试流量 [m3/D]
实例5
第一次：流道堵塞严重，MFE工具拆开 检查，流道被泥浆混合物沉淀完全堵死
第二次：MFE工具，管外串槽
9、井筒储集效应
油井刚打开井或刚关井时，地面产量与井底产量不相等。
当油井一打开，从井口以产量qo采出的原油，完全是靠井筒中被压缩的原油 的膨胀而采出的，此时，还没有原油从地层流入井筒，地面产量为qo，而井底 产量为0。后来，随着井筒中原油弹性能量的释放，井底产量逐渐增加，过渡
到与地面产量相等。
q(t)
拟径向流是指产生于离井底稍远位置的类似于平面径向流
的一种流动状态。对于水力压裂井，当初期的线性流动或双线 性流动阶段以后，在离井底距离大于裂缝半长时，裂缝的影响 减弱，如果这时离外界又较远的话，则会形成拟径向流 。
流
压裂裂缝拟径向流的流动图谱
线
（无限导流裂缝，流动时间很长时）
等 压 线
几个物理概念
用来表示一口井表皮效应的性质和严重程度，称为表皮系数， 用S表示。
40
30
20
10
0 0.15
0.1
0.05
0 0
20
40
60
80
100
120
140
工作历史曲线 (压力 [MPa], 液体流量 [m3/D]-时间 [hr])
第二次测试： 测试过程中回收油0.07t 压力升高 存在射孔不完善
提纲
测试原理及概况 测试工艺技术 测试卡片识别 资料处理解释 测试资料应用
随时间的变化率都相同，即各点的压力以相同的速度下降，这种流 动就称为拟稳定流动。
在拟稳定流动阶段，油藏中不同时刻的压力分布曲线彼此平行， 因此，井底压力随时间变化呈线性关系。 一个封闭油藏中的一口井以稳定产量投入生产，当晚期影响到达 所有的密封边界后，流动便进入了拟稳定流动阶段。
几个物理概念
8、拟径向流
几个物理概念
1、稳定试井
通过逐步改变油井的工作制度（如逐步加大油咀或改变冲程 冲次），系统测量每一个工作制度下的产油量、产水量、产气量、 气油比以及井底稳定流动压力、井口油管压力、套管压力等，通过 分析研究，确定油井合理的工作制度，并推算出油层渗透率和采油 指数等参数。由于要保证每个工作制度下的产量必须稳定，并且要 在井底流动压力稳定之后才能测量各项数据，所以叫“稳定试井”， 也称“系统试井”。
时间
几个物理概念
3、径向流动
设油层是均质、等厚的，且油井打
开了整个油层，开井后，地层中的 流体沿水平面从四周流向井底，流 线是从四面八方向井筒汇集的直线， 其特点是，以井轴为圆心的圆上， 各点的压力和速度是相等的，这种 流动称为平面径向流动，简称径向 流动。
平面径向流示意图
几个物理概念
4、线性流动