油气井测试基础知识解析

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1、第1章油气井测试基础知识1.1.1 地质基础知识岩性石油和天然气都埋藏在地下不同深度的岩石之中。尽管埋藏深度相差很大，但都还在地壳的范围内。组成地壳的岩石，根据其成因可分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类。1. 沉积岩沉积岩是古老的岩石风化剥蚀后，其风化产物再经过搬运、沉积及成岩作用而形成的。根据沉积岩的成因和物质成分，将其分为四类:(1) 碎屑岩是由碎屑和胶结物组成的沉积岩，按粒度分为砾岩、砂岩、粉砂岩。(2) 粘土岩是由粘土矿物组成的沉积岩，如泥岩、页岩。(3) 碳酸盐岩是由碳酸盐矿物组成的沉积岩，如石灰岩、白云岩。(4) 生物岩是由生物沉积物组成的沉积岩，如煤、油页岩。沉积岩的分布面积很广，

2、在沉积岩中蕴藏着极为丰富的矿产，尤其是被誉为工业血液、黑色金子的石油就生成于沉积岩中，而且大部分储集于沉积岩中。2. 岩浆岩岩浆岩是岩浆在一定地质作用的影响下，由地壳深处上升，并且经过冷却、凝固、结晶而成的岩石。岩浆是处于地壳以下高温、高压状态下的含有大量挥发物的硅酸盐熔融体。岩浆的温度超过1000C，压力在几百MPa以上，当地壳运动使地壳本身出现薄弱地带时，岩浆就会冲入薄弱地带，甚至喷出地表，这时岩浆的温度、压力下降，挥发物质析出、经冷凝和结晶后，就形成了岩浆岩。岩浆岩主要分为：超基性岩、基性岩、中性岩、中酸性岩、酸性岩、碱性岩等。3. 变质岩在地球内力作用的影响下，由于物理化学条件的改变，

3、使早期形成的岩浆岩和沉积岩在固体状态下，其成分、结构和构造相应地发生变化的作用，称为变质作用。因变质作用而形成的岩石称为变质岩。由岩浆岩变质而成的叫正变质岩，由沉积岩变质而成的称副变质岩。常见的变质岩有片麻岩、片岩、千枚岩、板岩、大理岩、石英岩、云英岩等。变质岩与火成岩一样是不能生油的，但在储集条件、构造条件及其它条件充分具备的时候，也可以储集石油和天然气。1.1.2 储集层石油天然气储藏在地下岩石的孔隙、洞穴、裂缝中，所以把凡是能够储集油、气，并在其中流动的岩层叫做储集层。1. 储集层的特征储集层能够储集油气是因为它具备了两个重要本质特征：孔隙性和渗透性。孔隙性的好坏决定了油、气的储量;渗透

4、性的好坏决定了油、气的产量。（1）孔隙度岩石的孔隙性的好坏通常用孔隙度来表示。岩石孔隙指的是岩石中孔隙、洞穴和裂缝等各种孔隙空间的总和，称为总孔隙体积。总孔隙体积与岩石总体积的比值即为孔隙率或称绝对孔隙率:绝对孔隙率=（岩石中总孔隙体积/岩石总体积）X100%流体能在其中流动的，相互连通的孔隙称为有效孔隙。有效孔隙体积与岩石总体积之比值称为有效孔隙率:有效孔隙率=（岩石中的有效孔隙体积/岩石总体积）X100%一般地说，绝对孔隙率大于有效孔隙率。对于疏松砂岩或未胶结的砂层来说，绝对孔隙率与有效孔隙率差别不大，而致密砂岩和碳酸盐岩的绝对孔隙率与有效孔隙率差别很大。各种岩石孔隙率的变化是较大的，砂岩

5、的有效孔隙率一般在10%25%之间，甚至在5%40%之间，碳酸岩孔隙度一般小于5%。（2）渗透率在一定的压力差下，岩石本身允许流体通过的性能叫渗透性。渗透性是决定油层产油能力最重要的因素。渗透性的好坏可用渗透率来表示，储油气岩层中，油或油水、油气水渗滤的实际渗透率称为有效渗透率。有效渗透率与岩石性质有关，又与流体性质有关，通常是根据试井（测试）资料求得。2. 储集层分类储集层的类型大致可以分成三大类:（1）碎屑岩类储集层，即颗粒之间孔隙型储集层。碎屑岩类储集层包括砾岩、砂岩、粉砂岩等。（2）碳酸盐类储集层，即溶蚀的洞穴型储集层和破裂的裂缝型储集层。这类储层包括石灰岩、白云岩、白云质灰岩、生物灰

6、岩等。（3）其它类型的储集层，如岩浆岩、变质岩、泥岩。这些岩石裂缝、片理、次生孔隙发育的时候，也可成为良好的储集层。粒问孔隙溶洞裂缝图1-1储集层类型示意图我国已发现的储集层是多种多样的，但也超不出以上三种类型。以大庆油田为代表的属砂岩颗粒间的孔隙型储集层：以任丘油田为代表的属碳酸盐岩的溶蚀洞穴型和裂缝型储集层；以四川气田为代表的属碳酸盐岩裂缝型储集层。还有一些特殊的储集层，如在辽河油田见到的火山岩储集层（孔隙型），玉门鸭儿峡油田的变质岩储集层（裂缝型）以及青海油泉子油田的泥岩储集层等（图1-1）。3. 油气藏构造油、气运移到储集层后，还不一定能够形成油气藏。在这个过程中，如果剥蚀作用、氧化作

7、用、岩浆作用等各种破坏性因素比较强烈，就可能使油、气再次逸散，而不能形成油、气藏。如果运移过程中遇到遮挡，运移不能继续进行，油、气就可逐渐聚集而成油气藏。这种适于油气聚集，并形成油气藏的场所就叫做圈闭。聚集油、气的构造就是储油构造。油气藏的构造种类可分成三大类。（1）背斜构造，或称构造圈闭：构造运动使地层发生褶皱或断裂，这些褶皱或断裂当条件具备时就可形成构造圈闭。如背斜圈闭，断层圈闭等（图1-2）o（2）地层圈闭：地壳升降运动引起海进、海退、沉积间断、剥蚀风化等，形成超覆不整合、侵蚀角度不整合、假整合等，其上部为不渗透地层覆盖即构成地层圈闭。（3）岩性圈闭：在沉积盆地中，由于沉积条件的差异，造

8、成储集层在横向上发生岩性变化，并为不渗透岩性遮挡时，即形成岩性圈闭。如砂岩尖灭、透镜体等（图1-2）。图1-2是三种基本的圈闭类型，有时还可见到它们彼此相结合而形成的圈闭类型。但勘探工作的重点仍是寻找有利油、气聚集的构造圈闭。4. 图1-2各类地质圈闭示意图油、气、水在地下的原始分布油、气进入圈闭以后，又因为油、气、水的密度不同，在圈闭内进一步分成三个层次，天然气密度最小在上面，油在中间，密度最大的水在下面，成为一个完整的油、气藏（图1-3）。在气与油接触处和油与水接触处，分别叫油气界面和油水界面。从构造平面图看含油边界又叫含油外端或外含油边界，是油水界面与油层顶面的交线，在这边界以外就不是含

9、油区了（见图1-4）o在油藏最低处四周衬托着油藏的水叫边水，在油藏下面托着油藏底部的水叫底水，夹层水又叫层间水。图1-3油气藏内油、气、水分布示意图1气;2油;3水;4油气界面;5油水界面图1-4油、气、水边界示意图1含气边界;2含水边界；3含油边界油藏类型及驱动方式油藏就是指可以值得作为单元开发对象的含油体，可以是一个油层，也可以是一组性质近似的几个油层。一个油藏可以是一个油田，而一个油田也可以包几个油藏。以含油体形态为主划分油藏类型，分为层状油藏和块状油藏。如以圈闭条件为基础划分，可分为构造油藏、地层油藏和岩性油藏。构造油藏的基本特点在于聚集油气的圈闭是由于构造运动使岩层发生变形和移位而形

10、成的。它的类型也还可以细分，其中最主要的有背斜油藏和断层油藏。地层油藏是指因为地层因素造成遮挡条件，在其中聚集油气而形成的油藏。在地层油藏类型中又有地层超覆油藏和地层不整合油藏的区别。岩性油藏主要是像由砂岩被泥岩所包围，而形成一个岩性尖灭圈闭和透镜体圈闭，在其中聚集油气而形成的油藏。当油井投入生产以后，油气就从油层中流向井底，从井底沿井筒上升至地面。那么，是什么力量将油气举升到地面的呢？是油层压力。而压力的形成又由水压作用、弹性作用、溶解气作用来决定。油井的驱动方式不同，所供给的能量也不同。在生产过程中，主要依靠哪一种能量来驱油，这种能量就称为油藏的驱动方式。由此，可把驱动方式分为水压驱动、弹

11、性驱动、溶解气驱动、气顶驱动和混合驱动五种驱动方式。弹性驱动：在边缘封闭，没有外来能量供给的油藏（如小土豆层）或供水区较远，边水补充不及的油藏中，当地层压力高于饱和压力时，主要依靠岩层和原油本身的弹性能量将原油挤入井底，这种驱动方式称为弹性驱动。（2）溶解气驱动当油层平均压力低于饱和压力时，油层中出现油、气两相渗流，这时油流流入井中主要依靠分离出的天然气的弹性作用，且油藏没有外来能量补充，这种驱动方式称为溶解气驱动。溶解气驱动是一种消耗性开采方式，最终采收率为5%。（3）气顶驱动：有气顶的油藏，在开发过程中，油层压力不断下降，气顶随之膨胀，而把油流挤入井内，这种驱动方式称为气顶驱动。若油藏气顶

12、较大，岩层连续均质，储油构造陡峭，原油粘度又低，这种驱动方式还是很有成效的。（4）水压驱动：油藏主要依靠边水、底水和注人水的侵人而将油气排出，这种驱动方式叫水压驱动。水压驱动的原油采收率高，理想状况可达到60%80%（5）混合驱动：在较大的油藏中，油藏往往同时存在多种驱油能量。靠近气顶区的油井，主要依靠气顶的天然气膨胀来驱动油流流入井中，因而靠近气顶局部地区的井将在气顶驱动方式下生产;而靠近边水驱动的油井，则靠边水的侵人将原油挤人井内，这些区域的井将在水压驱动方式下生产。如果含油带较宽，处在距气顶和边水都较远的井，就可能在溶解气驱的方式下生产。一旦气边水的作用影响到这些油井，则油并又可能从溶解

13、气驱转化为气顶驱动或边水驱动。相关名词术语（1）油气显示：石油天然气及其与成因相联系的各种石油衍生物的天然和人工露头均称为油气显示。油气显示又分为地面油气显示和井下油气显示两种。地面油气显示：石油和天然气沿着地下岩石的孔隙和裂缝运移到地面所形成的各种露头，叫地面油气显示。井下油气显示：由于钻井、取岩心和随同钻井液（或清水）循环而把石油和天然气携带到地面者，叫井下油气显示。（2）含油层：含有油气的储集层。如果储集层中只含有天然气叫含气层。（3）储油层（储集层）：凡能使石油、天然气在其孔隙和裂缝中流通、聚集和储存的岩层（岩石）均叫储油层。（4）有效孔隙度：岩石有效孔隙体积（即液体能在其中流动的孔隙

14、体积Vop）与岩石总体积Vf之比，称为岩石的有效孔隙度，即：t=Vop/VfX100%（5）含油饱和度：油层孔隙中，含油的体积V0与孔隙体积Vop之比，称为含油饱和度So,So=Vo/VopX100%（6）渗透率：在一定压差下，岩石让流体通过的能力叫渗透率。国外普遍采用的渗透率单位是“达西”，而我国法定计量单位采用的渗透率单位符号是卩m2。一个达西（D）的物理意义是：当粘度为1mPa.s的流体，在压差为0.1MPa作用下，通过截面积为1cm2、长度为1cm的多孔介质，其流量为1cm3/s渗透率就称为1达西，1D=1卩m2。因渗透率是面积的因次，所以渗透率代表了多孔介质中孔隙通道面积的大小，渗透

15、率越高，多孔介质孔道面积越大，流动越容易，渗透性也就越好。（7）绝对渗透率：单相液体或气体完全充满岩石的孔隙，且这种液体或气体不与岩石起任何物理、化学反应，流体的流动符合直线渗透定律，这时测得的岩石渗透率为岩石的绝对渗透率。这时岩石的渗透率表示岩石本身的特性。岩石的绝对渗透率一般用空气测定。（8）有效渗透率：当两种以上的流体通过岩石时，岩石让某一相流体通过的能力，也称相渗透率。（9）相对渗透率：有效渗透率与绝对渗透率的比值。（10）油田开发层系：在油田开发过程中，把能连通的油层组合在一起，用一套井网来开采，这个油层组合称为开发层系。（11）油田开发方式：油田开发方式是指油田开发时采用的注水方式

16、、层系划分、井网部署和开采方式等的总称。（12）油田开发阶段：开发阶段的划分，一般是按开发过程的水驱油机理分为无水期、低含水期，中含水期和高含水期四个阶段，油田综合含水低于2%称为无水期，油田综合含水在2%20%时称低含水期。按油田产量变化规律，亦可将开发过程分为建设阶段、稳产阶段、产量递减阶段和开发后期阶段。（13）原始地层压力：油藏被打开未进行开采之前所测得的油层中部压力（代表油藏原始状态的地层压力）叫原始地层压力。（14）静止压力：采油（气）井关井后，井底压力回升到稳定状态时，所测得的油层中部压力，简称静压(15) 流动压力：油井在正常生产时所测得的油层中部压力叫流动压力。(16) 原始

17、饱和压力：油藏处于原始状态时，溶解于原油中的天然气开始从原油中分离出来的压力叫原始饱和压力。(17) 流压梯度：油井在正常生产时，每单位液柱高度所产生的压力;一般用每100m液柱所产生的压力表示。(18) 静水柱压力：井口到油层中部的水柱压力。(19) 油管压力、套管压力：油气从井底流到井口后的剩余压力叫油管压力，简称油压。油套管环形空间内，油和气在井口的压力叫套管压力，简称套压。(20) 地层系数：地层系数是油层有效厚度与有效渗透率的乘积，参数符号为Kh，单位符号为卩m2m。它反映油层物性的好坏，Kh越大，油层物性越好，出油能力越大。(21) 压力系数：原始地层压力与静水柱压力之比。(22)

18、 流动系数：是地层系数与地下原油粘度的比值，参数符号kh/卩，单位符号卩m2m/(mPaS)。(23) 采油指数：采油指数是指生产压差每增加1MPa所增加的日产油量，也称为单位生产压差下的日产量。它表示油井生产能力的大小，参数符号为J,单位符号为m3/(MPad)。(24) 总压差：原始地层压力与目前地层压力的差值。(25) 生产压差：静压(即目前地层压力)与油井生产时测得的流压的差值叫生产压差。(26) 地饱压差：目前地层压力与原始饱和压力的差值叫地饱压差，它是表示地层原油是否在地层中脱气的指标。(27) 采油压差：油井生产时，地层静压与流动压力之差，又称为生产压差。(28)注水压差：注水井

19、注水时的井底压力与地层压力之差。(29) 含水率：生产油井日产水量与日产液量(油和水)之比称含水百分数。(30) 油气比:油气比分为原始油气比和生产油气比。油田未开发时，在油层条件下，一吨原油中所溶解的天然气量称为原始油气比。在油田开发过程中，每采出一吨原油所伴随着采出的天然气量称为生产油气比。采收率:油田采出来的油量与地质储量的比值称为采收率。无水采油阶段的米收率称为无水米收率。油田开发结束时达到的米收率叫最终米收率。1.2油藏流体向井流动油藏流体的向井流动是指原油或其它介质沿渗流通道从地层向生产井底的流动。流动规律满足达西定律。流动状态分为单相渗流和多相渗流。单相液体的流入动态根据达西定律

20、，在供给边缘压力不变的圆形单层油藏中心一口井的产量公式为：2nkoh（PrPwf）aqo=-r-7-（1-1）巴B（ln上1+S）-w2式中q。油井产量地面m3/sk。油层有效渗透率m2B。原油体积系数，m3/m3h油层有效厚度，m卩0地层油的粘度，Pa.sp-边缘压力，Pare油井供油（泄油）边缘半径，m-w井眼半径，mS表皮系数，与油井完成方式、井底污染或增产措施等有关，可由压力恢复曲线求得。a采用不同单位制的换算系数，采用流体力学达西单位及法定（SI）单位时a=1;采用法定实用单位时；a=86.4；若压力实用单位中用kPa时，贝Ua=0.0864对于圆形封闭油藏，即泄油边缘上没有液体流过

21、，拟稳态条件下的产量公式为：2咏-h（p-pwf）aqo=-3-（1-2）JoBo（ln-3S）-w4对于非圆形封闭泄油面积油井拟稳态条件下的产量公式，可根据泄油面积和油井位置进行校正。其方法是令公式中的空=X，根据泄油面积形状和井的位置可确定相应-w的X值见图1-5在单相流动条件下，油层物性及流体性质基本不随压力变化，这样，上述产量公式可写成:(1-3)A-O心1.Q.571”严O0565心ni4/yO.h1A*-a2kd%2心gA,ai14T3681l/J1*I11112cjyygOS8dAli-El!?IN彩亏心qo=J(PrPwf)图1-5泄油面积形状与油井位置系数（A为供油面积）泄油

22、面积形状与油井的位置系数式中J采油指数m3/（s.pa）表达式为：,2兀k0haJ03（1-4）Bo（lnXS）4在一些文献中，把式2-3称为油井流动方程。由式2-3可得：J=一q一（1-5）Pr-pwf油气两相渗流时的流入动态油气两相渗流发生在溶解气驱油藏中，油藏流体的物理性质和相渗透率将明显地随压力而改变。因而，溶解气驱油藏油井产量与流压的关系是非线性的。要研究这种井的流入动态，就必须从油气两相渗流的基本规律入手。根据达西定律，对于平面径向流，直井油气两相渗流时油井产量公式为：2trk0hdpq。：%Bodr令kro=ko/k油相相对渗透率，并积分，可得:qoredr2：khrwrPePw

23、fkro-0B0dp2rkhFKrodp“a、qodp（1-6）ln-pwfJoBorw式中，、Bo及kro都是压力的函数，只要找到它们的压力的关系，就可求得积分，从而找到产量和流压的关系。及Bo不难由高压物性资料或经验相关式得到，而Kro与压力的关系则必须利用生产气油比、相渗透率曲线来寻找。显然，利用上述方法来绘制IPR曲线是十分繁琐的。因而，在油井动态分析和预测中通常结合生产测试资料来绘制IPR曲线。（1）Vogel方法1968年Vogel发表了适用于溶解气驱油藏的无因此IPR曲线及描述该曲线的方程。它们是根据用计算机对若干典型的溶解气驱油藏的流入动态曲线的计算结果提出的。计算时假设：a.

24、圆形封闭单层油藏，油井位于中心；b.单层均质油层，含水饱和度恒定；c.忽略重力影响；d.忽略岩石和水德压缩性；e.油、气组成及平衡不变；f.油、气两相的压力相同；g.拟稳态下流动，在给定的某一瞬间，各点的脱气原油流量相同。计算结果表明，产量与流压的关系随采出程度Np/N而变。如果以流压与油藏压力的比值Pwf/p为纵坐标，以相应流压下的产量qo与流压为零时的最大产量qomax之比为横坐标则不同采出程度下的IPR曲线很接近。Vogel对不同流体性质、油气比、相对渗透率、井距及压裂过的井和井底有污染的等各种情况下的21个溶解气驱油藏进行了计算。其结果表明：IPR曲线都有类似的形状，只是高粘度油藏及油

25、井污染严重时差别较大。Vogel在排除了这些特殊情况之后，绘制了一条如图1-6所示的参考曲线（常称为Vogel曲线）。这条曲线可看作是溶解气驱油藏渗流方程通解的近似解。图1-6溶解气驱油藏无因次IPR曲线图1-6的曲线可用下面的方程（Vogel方程）来表示:q。q0max=1一0.2宝一0.8PrPwfViPr(1-7)参考曲线与各种情况下的计算机计算曲线的比较表明：除高粘度及井底污染严重的油井外，参考曲线更适合于溶解气驱早期（即采出程度较低时）情况。应用Vogel方程可以在不涉及油藏参数及流体性质资料的情况下绘制油井的IPR曲线和预测不同流压下得油井产量，使用很方便。但是，必须给出该井的某些

26、测试数据。应用Vogel方程绘制IPR曲线的步骤已知油藏压力P及一个测试产量流压q（test）时的产量Pwf（test）时，应用Vogel方程绘IPR曲线的步骤如下:a.计算qomaxqomaxqo(test)b.给定不同流压，用下式计算相应的产量:q。=1一0.2IPrc.根据给定的流压及计算出得相应产量绘制IPR曲线如果油藏压力未知，但是要测得两种油井工作制度下的产量及相应的流压，可由下式求得油藏平均压力后，再计算IPR曲线Pr=B,B24AC2A(1-8)Aq2B=0.2氾Pwf2-FWfi8丿f、C=0.8虫PWf2-PWfim丿Vogel曲线与数值模拟IPR曲线的对比图1-6中绘制了

27、用Vogel方程计算的和用数值模拟计算的不同开采阶段的IPR曲线由IPR曲线的对比表明：a. 按Vogel方程计算的IPR曲线，最大误差出现在用小生产压差下的测试资料来预测最大产量。一般误差低于5%虽然，随着采出程度的增加，到开采末期误差上升到20%但其绝对值却很小。如果用测试点得资料按直线外推时，最大误差可达7080%只是在开采末期约30%2w-r4八&芒/D金匸主寸;心手汀：fJ.:一C&J图1-7完善井和非完善井周围的压力分布示意图上述认识仅仅是根据对一般的溶解气驱油藏与用数值模拟计算的结果进行对比得到的。但矿场实践表明，除前述的某些特殊情况外，用Vogel方程来预测溶解气驱油藏的油井产

28、量将会得到较满意的结果。（2）费特柯维奇方法对溶解气驱油藏，即油气两项渗流：q。二2二khPrkro3 pwfs4(1-9)费特柯维奇假设(盖)与压力P成直线关系故:q。2khPrIn_3scpdppwf2二khpr-pwflnerw式中,2c-3sPrpr-pwf2Pr令q。k2二khroJO：OIn3存p2Pr-(r(1-10a)(1-10b)则qo=qmax|l里IPr丿r_2或q0=J0prpwf2当Pwf=0日寸qomax=JoPr不完善井Vogel方程的修正在建立无因次流入动态曲线和方程时，认为油井是理想的完善井。即油层部分得井壁是完全裸露的，井壁附近的油层未受到伤害而保持原始状况

29、。实际油井并非理想的完善井。就其油井完成方式而言：射孔完成的井为打开性质上的不完善井；为防止底水锥进，而未全部钻穿油层的井为打开程度上的不完善井；打开程度和打开性质都不完善的井称为双重不完善井。另外，在钻井或修井过程中油层受到伤害或进行酸化、压裂等措施的油井，其井壁附近的油层渗透率都会改变，从而改变油井的完善性。所有这些都会增加或降低井底附近的压力降，如图1-7所示，从而影响油井流入动态。实际油井的完善性可用流动效率FE来表示。所谓油井的流动效率是指该井的理想生产压差与实际生产压差之比Pr-PwfPr-Pwf-虫PskFE=Pr-Pwf-PrPwf式中：Pr-平均油藏压力1Pwf-理想完善井的

30、流压Pwf-同一产量下实际非完善井的流压：Psk-非完善井表皮附加压力降，Psk=Pwf-Pwf(1-11)(1-12).:Psk为“正”称“正”表皮，油井不完善；和sk为“负”称“负”表皮，油井超完完善井q。2k。hPe-Pwf(1-13a)非完善井q。2巾侃Pwf)Bj。丄ln丄m上korsksrw(1-13b)假定油层未受污染的渗透率为ko,受污染区的渗透率为ks，伤害半径为rs，根据稳定流公式，可导出计算.：Psk的公式。由式（1-13a、（1-13b）及（1-12）可得q(/oB。2koh-1)ln空rw令:kores=(-1)lnksrw(1-14)则:qoBs2二k。h(1-15

31、)式中s表皮系数或井壁阻力系数实际上，由于rs及kr难于确定，利用式（1-15）来确定表皮系数s。通常是利用压力恢复曲线来确定s值。完善井s=0，FE=1;增产措施后的超完善井s1;油层受污染或不完善的井s0，FE1的IPR曲线时，不应超过Standing提供的无因次曲线的范围（FE=0.51.5）。超过曲线范围之后，既无法查曲线，也不能应用上面所介绍的式（1-16）来计算。Harrison方法Harrison提供了FE=12.5的无因次曲线（图1-9），扩大了Standing曲线的范围%0其计图1-9Harrison无因次IPR曲线（FE1）算步骤如下：a.计算FE=1时的qomax先求Pw

32、f/Pr，然后查图1-9中在对应的FE曲线上的相应qomax/qomax（FEW）值，则qomax(FE:d)-qo/(qo/qomax(FE)b求FE对应的最大产量，计P,f=0时的产量qmax（FE）；由图1-9的FE对应的曲线上查得Pwf=0时的qmax（FE）/qomax（FE）。则qomax(FE)二qomax(FE)qomax(FE)qomax(FE4)c计算不同流压下的产量qo由查图1-9中对应FE的曲线得到q/qomax（FEm。则对应pwf和FE下的产量为qo-qomax(FE4)q。qomax(FE二)c. 根据计算结果绘制IPR曲线1.3垂向管流油气水从地层进入生产井后，

33、在井筒中形成了单相（油、气、水）、两相（油水、气水、油气）或油气水三相流动。气井通常井下为气水两相流动。油井在流压大于饱和压力时，井下为油水两相流动，反之井下出现油气水三相流动。注水井一般为单相水流动，生产井中很少出现单相流动。禾用地面油气水产量信息可以了解井下可能出现的相态。如果地面产油和水，井下为油水两相流动；如果地面只产油，井下应有静水柱存在应为油水两相流动；如果地面只产气，井下可能为气水、气油两相流动；如果地面产水和气，井下只可能是油水两相流动。对于地面同时产油气水的井，应根据泡点压力和流动压力的关系确定是油水两相或三相流动。同一口井中，自下而上压力依次降低，在某一位置气从油中析出，形

34、成三相流动，因此，一口井也可能同时出现单相、两相和三相流动。气液两相流动和单相液流的比较当油井的井口压力高于原油的饱和压力时井筒内流动着的是单相液体，其流动规律和普通水力学中单相液体流动的规律完全相同。原油从油层流到井底后具有的压力（简称流压）既是油藏流体流到井底后的剩余压力，也是原油沿井筒向上流动的动力。如果流压足够高，在平衡了相当于井深的静液柱压力和克服流动阻力之后，在井口尚有一定的剩余压力（称油管压力），则原油将通过油管和地面管线流到计量站。根据普通水力学的概念，此时油管中的压力平衡等式应为：Pwf=P+Rr+Pvt式中：Pwf井底流动压力PH井内静液柱压力Pfr摩擦阻力Pwt井口油管压

35、力单相管流的能量来自液体的压力（井底流压），其能量消耗于克服重力及摩擦阻力。在单相水平管中没有克服液柱重力的能量消耗;而在井筒中，井底压力大部分消耗在克服液柱重力上。当自喷井的井底压力低于饱和压力时，整个油管内部都是气一液两相流动。当井底压力高于饱和压力而井口压力低于饱和压力时，油流上升过程中其压力低于饱和压力后，油中溶解的天然气开始从油中分离出来，油管中便由单相液流变为气一液两相流动。液流中增加了气相之后，其流动型态（流型）与单相垂直管流有很大差别，流动过程中的能量供给和消耗关系也要复杂得多。油气流上升过程中，气体膨胀能是一个很重要的方面。一些溶解气驱油藏的自喷井，流压很低，主要是靠气体膨胀

36、能来维持油井自喷；气举井主要是依靠从地面供给的高压气来举升液体。实践表明，并非所有的气体膨胀能都可以有效地举油，它取决于气体在举升系统中做功的条件，如油气在油管中气液的分布状态及流速。油气在流动过程中的分布状态不同，气体膨胀举油的条件不同，其流动规律也不相同。在单相管流中，由于液体压缩性很小，各个断面的体积流量和流速相同。在多相管流中，沿井筒自下而上随着压力不断降低，气体不断地从油中分出和膨胀，使混合物的体积流量和流速不断增大，而混合物密度则不断减小。多相垂直管流的压力损失除重力和摩擦阻力外，还有由于气流速度增加所引起的动能变化造成的损失。另外，在流动过程中，混合物密度和摩擦力沿程随气一液体积

37、比、流速及混合物流动结构的变化而变化。气液混合物在垂直管中的流动结构流动型态的变化油气混合物的流动结构是指流动过程中油气的分布状态（图1-10），也称为流动形态，简称流型。它与油气体积比，流速及油气的界面性质有关。不同流动结构的混合物有各自的流动规律，因此可按其流动结构把混合物的流动分为不同的流动类型。图1-10气体混合物流动结构(流型)示意图如图1-10(a)所示，在井筒中从低于饱和压力的深度起，溶解气开始从油中分离出来，这时，由于气量少，压力高，气体都以小气泡分散在液相中，气泡直径相对于油管直径要小很多。这种结构的混合物的流动称为泡流。由于油、气密度的差异和泡流的混合物平均流速小，因此，在

38、混合物向上流动的同时，气泡上升速度大于液体流速，气泡将从油中超越而过，这种气体超越液体上升的现象称为滑脱。泡流的特点是气体是分散相,液体是连续相；气体主要影响混合物的密度，对摩擦阻力的影响不大；滑脱现象比较严重。当混合物继续向上流动时，压力逐渐降低，气体不断膨胀，小气泡将合并成大气泡，直到能够占据整个油管断面时，在井筒内将形成一段油一段气的结构如图1-10(b)所示。这种结构的混合物的流动称为段塞流。出现段塞后，大气泡托着油柱向上流动，气体的膨胀能得到较好的发挥和利用。但这种气泡举升液体的作用很像一个破漏的活塞向上推油。在段塞向上运动的同时，沿管壁还有少许油相对于气泡向下流动。虽然如此，在油气

39、段塞结构情况下，油、气间的相对运动要比泡流小，滑脱也小。一般自喷并内，段塞流是主要的。随着混合物继续向上流动，压力不断下降，气相体积继续增大，炮弹状的气泡不断加长，并逐渐由油管中间突破，形成油管中心是连续气流而管壁是油环的流动结构，这种流动称为环流，如图1-10(c)所示，在环流结构中，气液两相都是连续的，气体的举油作用主要是靠摩擦携带。在油气混合物继续上升的过程中，当压力下降使气体的体积流量增加到足够大时，油管中流动的气流芯子将变得很粗，沿管壁流动的油环变得很薄，此时绝大部分油都以处油滴分散在气流中，这种流动结构称为雾流，如图1-10（d）所示。雾流的特点是：气体是连续相，液体是分散相；气体

40、以很高的速度携带液滴喷出井口；出并口汽、液之间的相对运动速度很小，气相是整个流动的控制因素。根据以上讨论，油井中可能出现的流型自下而上依次为：纯油流、泡流、段塞流、环流、雾流（图1-11）o图1-11油气沿井筒喷出时的流型变化示意图图1-11为了说明油井生产时各种流型在井筒中的分布和变化情况的示意图。实际上，在同一口井内，不会出现如图所示的完整的流型变化，特别是在一口自喷井内不可能同时存在纯油流和雾流的情况。环流和雾流只是出现在混合物流速和气液比很高的情况下。因此，除某些高产量凝析气井和含水气井外，一般油井都不会出现环流和雾流。区分不同的流型并研究其流动规律，对于气一液两相垂直管流计算是十分重

41、要的。但由于其流动的复杂性，不同研究者根据自己在实验中的观察和实验结果，在计算中对流型的描述和划分标准也不尽相同。滑脱损失的概念井筒气一液两相流动中，通常用来克服混合物液柱重力所消耗的能量远比其它能量消耗要大。重力消耗的大小直接取决于井深和混合物密度，而混合物的密度与滑脱现象有关。在气液两相管流中，由于气体和液体间的密度差而产生气体超越液体流动的现象称为滑脱，出现滑脱之后将增大气液混合物的密度，从而增大混合物的静水压头（即重力消耗）。因滑脱产生的附加压力损失称为滑脱损失。通常是有滑脱时的混合物的密度Pm之差pm来表示单位管上的滑脱损失，即：p=m_m不考虑滑脱，即认为油气之间不存在相对运动时，

42、某一深度的混合物密度可由下式Qi;?iQg-计算:(1-17a)式中臨无滑脱时就地的混合物密度；Q液体的体积流量；Q就地气体的体积流量；i、爲一一油、气的密度。式（1-17a）中的增大气液混合物的密度Q、Q和Pi、Pg及Pm均为该深度处压力p及温度T下的相应值图1-12气液两相流的流动断面简图通过每个断面的液体和气体流量应分别等于各自的真实流速（vi、vg）与流过断面（图1-12）的乘积，而：在无滑脱时，V|=Vg=Vm，所以:QgQl二V这样，式（1-17a）可以写成:(1-17b)式中fl液相所占的流动断面面积;fg气相所占的流动断面面积;f流动断面的总面积；V|、Vg、Vm液相、气相和混

43、合物的流速。如果忽略气体的密度，贝U：mT几（1-17C）显然，液相的流动断面增大将引起混合物密度的增加。存在滑脱时，气体速度将大于液流速度（VgV|）0为了便于比较和分析存在和不存在滑脱时的混合物密度，可假定两种情况下的液、气体积流量不变。由于有滑脱时，气体流速大，液体流速小，为了保持体积流量不变，气体过流断面将减小为fg，而液体的过流断面将增加为f|。考虑滑脱后分相过流断面的变化：讦=fl-fl=-(fg-fg)则存在滑脱时的混合物密度5可表示为:?mf|fgg(flfl讦，ist由式（1-17C）和式（1-18）可得单位管长上的滑脱损失为:上面的讨论仅仅是为了说明由于滑脱而引起附加压力损

44、失的物理概念（1-18）（1-19）在实际计算中不能直接应用简单的式（1-18）来计算滑脱，因为春是未知的，也是实验中难以测量的参数。通常是直接研究存在滑脱时不同流型下混合物密度臨的确定方法；或者用式（1-17a）计算订，而用矿场资料相关分析求出包含滑脱在内的摩擦阻力系数来进行多相垂直管流计算。1.4钻井液基础知识钻井液的功用1清除井底岩屑并携带至地面钻井液从钻具内注入井底从钻头喷嘴流出，清除井底和钻头破碎的岩屑，并将其由环形空间携带至地面。2. 冷却并润滑钻头和钻柱钻井过程中，钻头和钻柱与地层摩擦产生大量的热，必须用循环的钻井液把它带到地面散发掉，从而起到冷却钻头和钻柱的作用。同时钻井液对钻

45、柱还有一定的润滑作用，从而降低钻柱扭矩，延长钻头寿命。3. 形成低渗透性滤饼阻止滤液渗入地层性能良好的钻井液，能在渗透性地层的井壁上形成薄而低渗透性的滤饼，以巩固井壁，并可阻止滤液渗入地层。控制地层压力调节钻井液密度以建立与地层压力相适应的液柱压力，防止发生喷、漏、卡、塌等井下复杂情况。合理的钻井液密度必须根据所钻地层的孔隙压力和破裂压力加以确定。正常情况下，密度的附加值按压力值计算：气层为35MPa,油层为1.53.5MPa。4. 悬浮岩屑钻井液具有触变性，当停止循环时，能使钻屑处于悬浮状态。恢复循环时，钻井液恢复原来的流体状态，把砂子携带到地面。5. 减少油层损害选用适当类型及性能的钻井液

46、钻开油层，可以使油层的损害降至最低程度。6. 录井通过分析钻井液带出来的岩屑、油花、气泡及钻井液性能的变化，可以了解钻遇地层的岩性和地层含油气情况。8将水力功率传给井下动力钻具钻井液是从地面向井下动力钻具传递水力功率的媒介。钻井液的性能1密度钻井液单位体积的质量称为钻井液的密度，常以kg/m3（或g/cm3）表示。钻井液密度主要用来调节钻井液静液柱压力，以平衡地层压力，防止发生井喷，钻井液的密度必须符合地质和工程的要求。密度过大有以下害处:损害油气层;降低钻井速度；易造成压差卡钻;易憋漏地层。而密度过低则容易发生井喷，井塌等事故。2. 粘度钻井液流动时，液体分子间、固体颗粒之间以及液体与固体颗

47、粒之间有内摩擦阻力，粘度就是钻井液流动的内摩擦阻力的大小。钻井过程中钻井液粘度的大小与钻井工作有着密切关系。钻井液粘度过高，有以下危害：(1) 流动阻力大，能量消耗高。(2) 净化不良易引起井下复杂情况。(3) 易泥包钻头，起下钻易产生抽汲或压力激动，易引起卡、喷、漏、塌等事故。(4) 脱气较难，易造成气浸。粘度过低，钻井液携砂能力差，井内沉砂快而且多，容易引起井下事故。因此钻井液粘度应根据钻进的地层、井深和井眼实际情况来决定。3. 切力和触变性当钻井液静止时，粘土颗粒之间会形成某种网状结构，结构的强度随静止时间的延长而增大，反映这种结构强度大小的性能称为静切力。现场一般测二个切力值，一个是钻

48、井液静止1min的切力，称为初切力;另一个是静止l0min后的切力，称为终切力。钻井液静止时切力随时间延长而增大，网状结构加强，但经搅拌后结构破坏，又能恢复其流动性的这种性质叫做触变性。切力和触变性的大小与悬浮岩屑、携带岩屑和循环泵压、开泵泵压等有密切关系。通常希望初切力小(一般规定为020mg/cm2)，终初力适当(1060mg/cm2)。4. 滤失量和滤饼厚由于钻井液液柱压力通常比地层压力大，钻井液中的一部分水因为压力差的作用渗透到地层里去，这种现象叫做失水。失水的多少称为滤失量。在失水的同时，钻井液的一些固体颗粒便在井壁上形成滤饼，滤饼的厚薄与滤失量的大小有关。滤失量大，滤饼厚;滤失量小

49、，滤饼薄。滤失量过大常引起下列不良后果:(1) 滤液大量进入油气层内会引起油气层的渗透率变化，损害油气层，降低产能。(2) 易泡垮坍塌地层，形成不规则井眼，造成一系列井下问题，如电测困难，起下钻阻卡甚至造成卡钻，报废井眼。(3) 在高渗透地层易造成较厚的滤饼而引起阻卡，甚至发生压差卡钻。钻井中对滤失量的要求如下:(1) 在油气层中钻进，滤失量愈低愈有利于减少对油气层的损害，尤其在高温高压地层滤失量应在1015cm3较为合适(一般地层滤失量为20cm3)。(2) 在易塌地层钻进，滤失量应严格控制在5cm3以内。(3) 要求滤饼薄而坚韧，以利于保护井壁，避免压差卡钻。API滤失量的测量是用滤失仪和

50、高温高压滤失仪进行测量。API滤失量是在用滤失仪在压差为0.6895MPa及常温下通过45.8.6cm2过滤的滤纸，经历30分钟时滤液的数量(以cm3计)，同时在滤纸上沉积的固相颗粒厚度为滤饼厚度(以mm表示)。API高温高压滤失量是用高温高压滤失仪在压差为1.034MPa和150C情况下测定的滤失量，或在压差为3.105MPa和200E情况下测定的滤失量。固相含量固相含量是指钻井液中的岩屑、粘土、加重材料等的全部含量。前者为无用固相，后二者为有用固相。对钻井液中的无用固相(岩屑)要彻底清除，粘土要控制到规定的范围内。固相含量过多弊多利少:(1) 细的固相颗粒浸入油气层后会造成永久性堵塞，造成

51、油气层严重损害。(2) 固相含量高，滤饼厚，滤饼摩擦系数大，易引起井下复杂情况。(3) 固相含量高，钻井液的流变性能难以控制，流动阻力大，功耗高，钻井效率低。5. 含砂量钻井液含砂量是指大于741m的颗粒在钻井液中所占的体积百分数。一般规定含砂量不能大于2%,深井不能大于1%。含砂量大，容易磨损钻具和泵配件。同时也会使失水量增大，滤饼增厚，摩阻系数大，容易发生卡钻。6. 泥饼摩阻系数在钻井过程中发生的卡钻最多的、危害最严重的是泥饼粘附卡钻。钻柱与泥饼的粘附力与泥饼摩阻系数成正比。为了预防泥饼粘附卡钻，钻井过程需经常测定泥饼摩阻系数。7. pH值(酸碱度)pH值即钻井液的酸碱度，钻井液pH值的大

52、小表示钻井液酸碱性的强弱。pH=7时，钻井液为中性;pH7时，钻井液为碱性钻井液以呈微碱性较好，对于某一种钻井液，有一个合适的pH值范围，在这范围内，钻井液性能较稳定。钻井液的类型常用的钻井液类型有以下几种体系。1. 淡水钻井液体系淡水钻井体系的费用较低，原材料来源较广，技术难度较小，易为人们掌握，而且对环境的污染较轻。因此在地层情况不太复杂的中深井钻井大多采用淡水钻井液体系。淡水钻井液又分为:(1) 不分散钻井液体系该类钻井液是用膨润土(钠土或钙土均可)及清水配成，或利用清水在易造浆地层钻进而自然形成，故也称为天然钻井液。它基本不加药剂处理或用极少量药剂处理。这种钻井液通常用于表层或浅层钻进

53、。(2) 分散型钻井液体系该类型是指以水、膨润土以及各类分散剂，如木质素磺酸盐为主剂配制而成的水基钻井液。这些药剂属于解絮凝剂及降滤失剂，并用一些特殊的化合物来调整或维护特定的性能。该类钻井液主要用于深井或较复杂的地区钻井。2. 钙处理钻井液体系该类型是一种含有钙而具有抑制性的水基钻井液。由于该钻井液含有Ca2十或Mg2十二价阳离子，故具有一定的抑制粘土膨胀的特性，可用来控制页岩坍塌和井径扩大值。3. 不分散聚合物钻井液体系该体系是一种经过具有絮凝及包被作用的有机高分子处理的水基钻井液。它具有较强的抑制分散的能力，故可保持固相颗粒在较粗的粒度范围及固相含量低，从而有利于提高钻速。4. 盐水(包

54、括海水和咸水)钻井液体系该体系包括海水、咸水及盐水钻井液，其氯根浓度在189g/L以内，也就是达到饱和以前的各种含盐钻井液。它具有一定的抑制性，粘土在其中处于粗分散状态。5. 饱和盐水钻井液体系该体系是含盐量达到饱和程度(氯根含量达189g/L)的水基钻井液，主要用于岩盐层的钻进，以防止岩盐层溶解和坍塌。6. 钾基钻井液体系该体系是一类以各种高聚物的钾、铁、钙盐及氯化钾为主处理剂而配成的防塌水基钻井液，它具有很强的抑制能力，主要用于不稳定的水敏性泥页岩中钻井。7. 油基钻井液该类体系包括两种:(1) 油包水乳化钻井液。它是以水为分散相，油为连续相。在液相中的水含量可高达50%。它用不同浓度乳化

55、剂(脂肪酸)、高分子量皂和水来控制流动性。(2) 油基钻井液。它通常是由氧化沥青、有机酸、碱及各种试剂的混合物及柴油组成。它通过酸、碱皂和柴油浓度的调节来维持粘度和凝胶性能，用于含水敏性矿物地层的钻进，减少水对油层的损害。8. 气体体系该类型包括气体及泡沫钻井液二类，主要用于低压、低渗透油层的完井钻进。地层测试对钻井液性能的要求钻开油气层对地层进行测试，首先要考虑钻井液对油层的污染。目前钻开油层所使用的钻井液大多是粘土和水配制而成的水基钻井液。性能不好的水基钻井液会造成对油层的严重污染。因为钻井液的滤液侵入油层会造成地层中的粘土水化膨胀、分散运移，而使油流通道缩小，降低产油能力。而钻井液中的固

56、相颗粒侵入油层会堵塞地层孔隙通道，阻碍油、气产出。因此在钻开油气层进行地层测试时，为了防止钻井液对油层的污染，应选择与油层岩性相适应的钻井液钻开油层。1. 采用低固相或无固相钻井液，以减少固体颗粒的侵入。2. 在钻井液加入桥堵剂以减少固相颗粒和滤液的侵入。这种桥堵剂桥堵在地层孔隙口处，在井壁形成致密的泥饼，从而控制了钻井液固相颗粒和滤液的侵入。这种桥堵剂可通过反冲洗或酸处理加以清除。3. 地层测试时对钻井液性能应达到以下要求:(1)密度合适。要合理选择钻井液密度，不使钻井液液柱压力过多地高于油、气层压力，做到“压而不死，活而不喷”，应以地层压力为依据来确定地层测试时的钻井液密度。(2) 严格控制钻井液失水量。高温高压失水控制在15ml以内(砂泥岩)或20m1以内(碳酸岩)，从而减少滤液浸入油层。控制固相含量。固相含量尽可能降低，无用固相应控制在4%以内，尽量减少固相侵入油层。降低含砂量，含砂量应小于0.2%0.5%，防止砂卡测试工具。(5) 为防止测试时卡钻，(裸眼井测试)泥饼摩阻系数小于0.15/45min。在套管井中测试，为防止压井液对油层的污染，最好采用无固相盐水液，无固相盐水液也称洁净的完井液，一般含20%左右的溶解盐类，由NaCI、KCI、CaCb中的一种或多种盐类配制而成，其密度可在1.051.8g/cm3范围内调节，能满足大多数地层测试的要求。