油气井测试基础知识.

第1章油气井测试基础知识1.1 地质基础知识1.1.1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，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1000℃，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，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）×100% 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）×100% 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。

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)。

（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。

图1-2各类地质圈闭示意图4.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油区了(见图1-4)。

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1.1.3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、弹性驱动、溶解气驱动、气顶驱动和混合驱动五种驱动方式。

(1)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气驱转化为气顶驱动或边水驱动。

1.1.4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。

①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。

②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体积V op)与岩石总体积Vf之比，称为岩石的有效孔隙度，即：Φt=V op/Vf×100%（5）含油饱和度：油层孔隙中，含油的体积V0与孔隙体积V op之比，称为含油饱和度So ,So= V O /V op×100%（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μm2 。

一个达西(D)的物理意义是:当粘度为1 mPa .s的流体，在压差为0.1 MPa作用下，通过截面积为1 cm2、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=1μm2。

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。