电缆地层测试物理模拟实验研究

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石油钻采工艺 2005年 10月 ( 第 27卷 ) 第 5期
岩心来模拟储层介质, 在岩心一端 ( 出口端 ) 进行抽 汲来模拟电缆地层测试中的探头抽汲端, 在岩心另 一端以恒定压力注入原油模拟储层无穷远处的定压 边界, 通过多次改变岩心渗透率和原油性质进行多 次模拟实验, 模拟不同地层压力、不同储层渗透率和 不同储层流体性质等储层条件, 记录岩心出口端在 不同条件下的压力随时间变化关系, 以此来研究合 理的抽汲流量和抽汲时间等测试工作制度, 为合理 设计电缆地层测试工作制度, 保证地层测试安全有 效地进行提供理论指导。
关键词 电缆地层 测试 工作制度 物理模拟 实验设计 理论模型
中图分类号: TE272
文献标 识码: A
0 引言
电缆地层测试技术是一种新型中途测试和完井 测试技术 [ 1 ] 。现 代电缆地层测试仪 器增加了泵抽 系统, 代表了电缆地层测试的发展前沿, 是钻井中途 测试、评价地层流体物性的主要手段之一。目前, 在 国内外电缆地层测试中普遍遇到测试工作制度不合 理而导致测试失败的情况。对高渗透储集层, 如果 测试流量过小, 则测试在储层中引起的压力降太小, 测试数据无法用于储层参数的解释; 如果测试流量 过大, 则容易造成储层出砂, 堵塞仪器测试管线, 导 致测试失败。对于低渗储集层, 如果测试流量过大, 则测试过程中在储层中引起的压力降过大, 使得压 力恢复时间过长, 导致测试失败, 还可能造成地层压 力低于泡点压力, 测试的压力数据同样无法用于正 确解释储层参数 [ 2 ~ 3 ] 。因此, 设计合理的测试工作 制度对电缆地层测试压力资料获取和进行储层流体 取样至关重要。经过大量资料调研发现, 在国内外 还没有一套行之有效的电缆地层测试工作制度设计 方法。通过电缆地层测试物理模拟实验, 对不同物 性条件和不同流体类型储层的测试工作制度进行设 计, 并推导建立了电缆地层测试物理模拟实验的数
摘要 合理的测试工作制度 是电缆地层测试成功的关键, 是目前国内外电 缆地层测试 中的一项 难题。通过分 析电缆地层测试过程和 影响因素, 设计了电缆地层测试 工作制 度选择 的实验 方案, 针对原 油饱和的 不同渗 透率的 岩心, 改变测试参数对其进行测试, 研究抽 汲端压力变化 与岩石渗 透率、流体 黏度、抽汲流 量及抽汲 时间之 间的关 系, 用以设计合理的测试工作制度。通过推导建立了物 理仿真 模拟实验 一维数 学模型, 分 析对比实 验结果 与理论 计算结果, 研究了一维渗流条件下的合理 测试 工作制 度设 计方法, 由 渗流 力学知 识, 可将 一维 模型转 换为 三维模 型, 为国产电缆地层测试器合理测试工作制度设计和解释方法研究提供了指 导。
的岩心, 用黏度为 1. 4 m Pa# s的原油饱和, 恒压端
压力 为 11 M Pa, 采用不同出 口抽汲流量的计 算结
果, 然后将计算所得曲线与同等条件下的物理模拟
实验曲线进行对比来研究合理的测试流量、测试时
间等工作制度。
图 2 不同流量下计算的压降与时间 的关系曲线
3 实验装置及流程
实验装置由长岩心夹持器、变流量数控精密抽
Px 2L
( 6)
则在抽汲端, 即 x = L 处的压力为
p (L,
t) = p i -
10LqL kA
80LqL kA P2
e-
P2L 2 0. 4G t
( 7)
式 ( 7)即为压降过程中岩心出口端压力随时间
的变化关系。
根据渗流力学知识, 由压力叠加原理知, 对于抽 汲时间为 tp 后的压力恢复 $t时间内岩心出口端压 力可表示为 p b
出口方向为 x 坐标方向, 如图 1所示; 根据渗流力学 理论可知, 抽汲过程中岩心内压力分布可用式 ( 1) 数学模型表示。
图 1 物理模拟实验简化模 型
92 p 9x2
=
1 9p G 9t
( 1)
初始条件: p ( x, 0) = p i
( 2)
边界条件: 入口端恒压 p ( 0, t) = p i ( 3)
安小平等: 电缆地层测试物理模拟实验研究
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汲泵、恒压柱塞泵、压力变送器、多功能数字采集系 统、不同渗透率的长岩心以及流体容器等组成。实 验采用加拿大 DBR公司制造的 JEFR I型长岩心驱 替装置, 最大耐压为 70 MP a; 美国 RUSKA 公司制造 的高精度恒压柱塞泵, 精度为 0. 001 M Pa; 数控精密 变流量电动活塞泵, 抽汲流量精度为 0. 1 m L /h; 石 油大学研 制的多 功能数 据采 集仪 器, 响应频 率为 1000 H z; 压力变送器精度为 0. 006 M Pa, 实验装配 见图 3, 流程见图 4。
* 基金项目: 国家 863 高新技术 ( 渤海大油田勘探开发关键技术, 编号 JSK F2004Y J38) 资助。 作者简介: 安小平, 1977年生。 2000 年毕业于江汉石油学院, 主要从事油 气田开发 及系统工 程方面的 研究, 现为 在读博士 研究生。 E m ai:l axp21@ tom. com。
图 3 电缆地层测试物理模拟实验装置
图 4 电缆地层测试物理模拟实验流程
首先制备高渗、中渗以及低渗 3种岩心若干块, 模拟不同渗透率和孔隙度的储层条件, 岩心的渗透 率和孔隙度为已知量; 将制备好的岩心装入橡胶的 岩心夹持器中, 两端用夹子加紧以防漏并固定岩心。 将岩心夹持器放入金属岩心筒中, 并在夹持器入口 与出口两端安装压力变送器, 用于监测出口和入口 端压力的变化, 用氮 气向岩心 筒加围压 0. 2 ~ 0. 4 M P a, 观察岩心管是否有气体排出, 以检查岩心夹持 器两端胶筒和堵头之间是否有泄漏; 根据实验需要 分别配制不同黏度和不同含气量的原油, 将实验用 原油装入耐高压容器中, 容器一端与岩心相连, 另一
1 2
2 L
2
P2
Gt
少, 在 t> 0. 18L 2 /G 时, p ( x, t) 的误差已经很小, 保
留 n= 0的项且略去 n> 0的项, 压力单位采用 MP a,
于是式 ( 5)可简化为
p ( x,
t) = p i -
1k0ALqx -
80LqL kA P2
e-
P2L 2 0. 4G t
s in
[ 4] 孔祥言. 高等渗流力学. 安徽 : 中国科技大学出版社,
199 9 [ 5] 南京工学院数 学教研 组. 数 学物理 方程与 特殊函 数.
北京: 高等教育出 版社, 1991
( 收稿日期 2005-07-05 ) 〔编辑 薛改珍〕
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O IL DR ILL ING & PRODUCT ION TECHNOLOGY
参 考文献
[ 1] 马建国, 符 仲金. 电缆地 层测试 器原理 及应 用. 北 京: 石油工业出版社, 1995
[ 2] 夏位荣. 钻杆测试 解释方法 与油层 评价. 北京: 石油工 业出版社, 1993
[ 3] 林梁. 电缆地层测 试资料解 释及地 质应用. 北京: 石油 工业出版社, 1994
出口定产量
dp dx
=
x= L
-
Lq kA
( 4)
求解得测试过程中岩心内压力的分布为 [ 4]
1
n+
1 2
2 e-
n+
1 2
2L 2 P2
Gt s in
n+
1 2
L
Px
( 5)
量,
cm3 / s; A 为岩心截面积,
cm2;
G=
k 为导压系 <LC t
数,
Lm2 # M mP a#
P s
a;
k 为岩心渗透率,
e ) 0. 4Gtp
( 9) 式中, p ( x, t) 为抽汲过程中岩心内任一点、任一时刻 的压力, MP a; p i 为岩心入口压力, M Pa; p (L, t )为岩 心出口压力, M Pa; x 为岩心内任一点距恒压端距离, cm; t 为抽汲时间, s; L 为岩心长度, cm; q 为抽汲流
第 27卷 第 5期 2005年 10月
石油钻 采工艺 OIL DR ILL ING & PRODUCT ION TECHNOLOGY
文章编号: 1000- 7393( 2005) 05- 0023- 03源自电缆地层测试物理模拟实验研究*
V o.l 27 No. 5 Oc.t 2005
安小平 1 李相方 1 程时清 1 王志伟 1 刘书民 2 ( 1. 中国石油大学, 北京 102249; 2. 中国海洋石油技术服务有限公司, 北京 101149)
在进行电缆地层测试之前可以利用钻井过程中 的测井、录井和取心资料来了解储层的流体性质和 储层的物性特征, 通过这些储层特征信息设计出较 为合理的测试工作制度, 必将减少测试时间, 提高测 试成功率。设计了一套利用室内物理模拟实验来模 拟电缆地层测试在不同储层条件和不同流体性质条 件下的测试实验方法。实验中采用不同渗透率的长
4 结论
( 1)大排量电缆地层测试器的研制工作才刚起 步, 还没有进行类似的物理仿真模拟实验研究。在 国内外, 电缆地层测试器测试合理工作制度设计这 一难题仍然没有得到有效解决。
( 2)所设计的实验方案可行, 能够模拟岩心中 一维线性渗流的压降和压力恢复过程, 通过对比实 验模拟结果与理论模型计算结果, 可以研究一维线 性渗流条件下的合理测试流量和时间等测试工作制 度, 在此基础上可通过简单的推导将一维模型转换 为电缆地层测试储层条件下的三维数学模型。
( 3)在进行电缆地层测试之前, 根据测试储层 的地质参数和储层的流体性质, 先通过计算设计出 合理的电缆地层测试工作制度, 防止由于测试压差 不合理而引起储层出砂和脱气等现象的发生, 提高 电缆地层测试成功率, 同时利用物理模拟实验与理 论模型推导相结合研究电 缆地层测试资料 解释方 法, 可以提高测试资料的解释精度。