隨鉆地層測試工作制度設計方法研究

周艷敏

[摘要]電纜地層預測試由現場工程師操作控制，依據測試結果調整測試制度，獲得地層壓力和流度值，而隨鉆地層測試由于受泥漿傳輸速率和測量時間等條件的限制，測量參數選擇必須在井下自動完成。本文通過研究隨鉆地層測試序列，建立數學模型，解最小二乘和優化方程，確定地層壓力和流度值，劃分測試類型，設計井下作業制度。

[關鍵詞]隨鉆地層測試；工作制度設計

0引言

對目的層進行測試以獲得流度、流體類型、地層壓力及壓力梯度等信息通常由電纜地層測試或鉆桿地層測試完成。然而，在這類地層測試中往往存在儀器遇卡，泥漿濾液侵入影響測試精度及作業費用高等問題。此外，電纜地地層測試和鉆桿地層測試還會使鉆井作業延期。隨鉆地層測試技術能夠實時得到地層的原始信息，縮短鉆井周期，減小儀器粘卡風險，降低成本。隨鉆地層工具有明顯的優越性，用于大斜度井、水平井、大位移井，消除了工具下人困難等問題。與傳統技術相比，隨鉆測壓工具能更好地反映地層的真實壓力狀況，據此可優化鉆井工藝，提高鉆井效率。

1測試類型

隨鉆地層測試是否成功取決于井壁條件、測試時機、測試類型選取和地層滲透率等，當選擇了不恰當的測試類型時，對測試效果影響甚大。隨鉆地層測試的測試序列包括壓降和壓恢測試，每種測試序列包括識別階段，調查階段和測量階段。識別階段非常重要，主要是建立儀器與地層流體之間的聯系，當探針刺穿泥餅，砂面壓力低于地層壓力，即有流體進入地層。準確判斷流體進入地層的時間，對于估算地層壓力和流度值起至關重要的作用。接下來是調查階段，初步估算地層流度和地層壓力值。測量階段利用調查階段獲得的參數值，設計最優的測試參數，這些在井下通過解優化問題解決。隨鉆地層測試配備對于地層快速響應的石英壓力計記錄測試數據和電機精確控制預測試，以便進行優化測試。

2數學模型建立

2.1壓力響應方程

建模的前提條件，把探針看成有限的圓盤，位于半徑為r_w的井筒內，垂向的地層邊界為H。探針位于上下邊界（非滲透層）之間z_p處。地層是均質的滲透率各向同性的，泥餅阻止泥漿濾液進入地層，起著密封作用。所建模型考慮存儲效應和表皮的影響探針處的響應方程：

（1）

t_p是下降時間，see；p_f是無窮遠處地層壓力，psi；q是常數流量，Ω，探針幾何形狀因子，無量綱；r_p探針半徑，em；k_r和k_z分別代表地層徑向滲透率和垂直滲透率mD；μ地層流體粘度，cP；f_s球形流時間函數，sec；？孔隙度，無量綱；C_t總壓縮系數，1/Pa；λ_s是球形流度，mD/eP；V是從地層中抽吸的流體體積，cc。

2.2管線膨脹判斷

認為測試管線中的流體是泥漿，管線中的壓力和預測試活塞速率的關系：

p（t）=p（0）-log（1+V（t）/（V（0）Cm）） （2）

P（0）和V（0）分是膨脹階段開始的管線壓力和流量。

已知或未知泥漿濾液壓縮性的情況下，通過穩健最小二乘法來計算管線開始膨脹的點，通過下面三種方法判斷地層流體流入管線。對下降階段的壓力求時間導數，當導數變化范圍在2-5%的點出現時，即為流體流人地層：在壓力下降段，做最佳擬合曲線，判斷擬合曲線與下降曲線的最小偏差出現的時間點：泥漿壓縮測試方法估算。

2.3泥餅刺穿判斷

探針處的壓力響應：

（3）

2.4調查階段

測試時判斷壓力下降終止點，進行壓力恢復。當滿足下面任何一種情況時，壓降結束。一，當泥餅刺穿時的壓力與探針處的壓力差大于5000psi；二，從地層中抽吸的流體大于預測試最大體積：三，預測試時間大于40秒。測試時判斷壓力恢復結束點：一，測試時間大于120秒時：二，通過曲線的平直性判斷比較在一段時間內壓力恢復值的平均值，前后兩段平均值之差為壓力計分辨率的2倍，壓力恢復結束。三，當前時間增量與前一時間增量比值大于等于2.5，估算的值接近地層壓力。

3優化測試計算結果

優化的重復壓降和壓力恢復測試由一個序列的多個壓降組成。先是調查階段的試探性測試，根據計算的地層壓力值和流度值來估計下次預測試的測試參數，即流量和抽吸量。固定模式，地層流度為2 mD/cP第一次抽吸4.5cc，第二次抽1cc，沒有降到地層壓力之前，壓降不充分。采取常規模式不能得到真實的地層壓力。智能模式，測試條件與固定模式相同，第一次測量階段壓降為0.6psi，第二次壓降為0.3psi，總的測試時間為5分鐘，在測量階段最后的壓力變化率為0.29psi/min。調查階段抽吸體積為7.3ce，流量為0.3cc/s，第一次測量階段的抽吸體積為11.8cc，流量為0.32cc/s，第二次測量階段的抽吸體積為4.49cc，流量為0.32cc/s。

4結論

隨鉆地層測試與電纜地層測試一樣，測壓時受多種因素的影響，選取正確的測試模式對測試結果精度影響尤為重要。當地層流度值已知時，采取常規模式；對于非均質地層，地層物性未知或變化較大時，采取智能模式（表1）。對于低滲地層，采用常規定模式，可能引起地層壓力下降不充分，不能得到真實地層壓力，而采用優化方法，依據調查階段的計算參數，來估計測量階段的測量參數，得到反映真實地層情況的流體參數。

[責任編輯：王偉平]