随钻地层测试工作制度设计方法研究

周艳敏

[摘要]电缆地层预测试由现场工程师操作控制，依据测试结果调整测试制度，获得地层压力和流度值，而随钻地层测试由于受泥浆传输速率和测量时间等条件的限制，测量参数选择必须在井下自动完成。本文通过研究随钻地层测试序列，建立数学模型，解最小二乘和优化方程，确定地层压力和流度值，划分测试类型，设计井下作业制度。

[关键词]随钻地层测试；工作制度设计

0引言

对目的层进行测试以获得流度、流体类型、地层压力及压力梯度等信息通常由电缆地层测试或钻杆地层测试完成。然而，在这类地层测试中往往存在仪器遇卡，泥浆滤液侵入影响测试精度及作业费用高等问题。此外，电缆地地层测试和钻杆地层测试还会使钻井作业延期。随钻地层测试技术能够实时得到地层的原始信息，缩短钻井周期，减小仪器粘卡风险，降低成本。随钻地层工具有明显的优越性，用于大斜度井、水平井、大位移井，消除了工具下人困难等问题。与传统技术相比，随钻测压工具能更好地反映地层的真实压力状况，据此可优化钻井工艺，提高钻井效率。

1测试类型

随钻地层测试是否成功取决于井壁条件、测试时机、测试类型选取和地层渗透率等，当选择了不恰当的测试类型时，对测试效果影响甚大。随钻地层测试的测试序列包括压降和压恢测试，每种测试序列包括识别阶段，调查阶段和测量阶段。识别阶段非常重要，主要是建立仪器与地层流体之间的联系，当探针刺穿泥饼，砂面压力低于地层压力，即有流体进入地层。准确判断流体进入地层的时间，对于估算地层压力和流度值起至关重要的作用。接下来是调查阶段，初步估算地层流度和地层压力值。测量阶段利用调查阶段获得的参数值，设计最优的测试参数，这些在井下通过解优化问题解决。随钻地层测试配备对于地层快速响应的石英压力计记录测试数据和电机精确控制预测试，以便进行优化测试。

2数学模型建立

2.1压力响应方程

建模的前提条件，把探针看成有限的圆盘，位于半径为r_w的井筒内，垂向的地层边界为H。探针位于上下边界（非渗透层）之间z_p处。地层是均质的渗透率各向同性的，泥饼阻止泥浆滤液进入地层，起着密封作用。所建模型考虑存储效应和表皮的影响探针处的响应方程：

（1）

t_p是下降时间，see；p_f是无穷远处地层压力，psi；q是常数流量，Ω，探针几何形状因子，无量纲；r_p探针半径，em；k_r和k_z分别代表地层径向渗透率和垂直渗透率mD；μ地层流体粘度，cP；f_s球形流时间函数，sec；？孔隙度，无量纲；C_t总压缩系数，1/Pa；λ_s是球形流度，mD/eP；V是从地层中抽吸的流体体积，cc。

2.2管线膨胀判断

认为测试管线中的流体是泥浆，管线中的压力和预测试活塞速率的关系：

p（t）=p（0）-log（1+V（t）/（V（0）Cm）） （2）

P（0）和V（0）分是膨胀阶段开始的管线压力和流量。

已知或未知泥浆滤液压缩性的情况下，通过稳健最小二乘法来计算管线开始膨胀的点，通过下面三种方法判断地层流体流入管线。对下降阶段的压力求时间导数，当导数变化范围在2-5%的点出现时，即为流体流人地层：在压力下降段，做最佳拟合曲线，判断拟合曲线与下降曲线的最小偏差出现的时间点：泥浆压缩测试方法估算。

2.3泥饼刺穿判断

探针处的压力响应：

（3）

2.4調查阶段

测试时判断压力下降终止点，进行压力恢复。当满足下面任何一种情况时，压降结束。一，当泥饼刺穿时的压力与探针处的压力差大于5000psi；二，从地层中抽吸的流体大于预测试最大体积：三，预测试时间大于40秒。测试时判断压力恢复结束点：一，测试时间大于120秒时：二，通过曲线的平直性判断比较在一段时间内压力恢复值的平均值，前后两段平均值之差为压力计分辨率的2倍，压力恢复结束。三，当前时间增量与前一时间增量比值大于等于2.5，估算的值接近地层压力。

3优化测试计算结果

优化的重复压降和压力恢复测试由一个序列的多个压降组成。先是调查阶段的试探性测试，根据计算的地层压力值和流度值来估计下次预测试的测试参数，即流量和抽吸量。固定模式，地层流度为2 mD/cP第一次抽吸4.5cc，第二次抽1cc，没有降到地层压力之前，压降不充分。采取常规模式不能得到真实的地层压力。智能模式，测试条件与固定模式相同，第一次测量阶段压降为0.6psi，第二次压降为0.3psi，总的测试时间为5分钟，在测量阶段最后的压力变化率为0.29psi/min。调查阶段抽吸体积为7.3ce，流量为0.3cc/s，第一次测量阶段的抽吸体积为11.8cc，流量为0.32cc/s，第二次测量阶段的抽吸体积为4.49cc，流量为0.32cc/s。

4结论

随钻地层测试与电缆地层测试一样，测压时受多种因素的影响，选取正确的测试模式对测试结果精度影响尤为重要。当地层流度值已知时，采取常规模式；对于非均质地层，地层物性未知或变化较大时，采取智能模式（表1）。对于低渗地层，采用常规定模式，可能引起地层压力下降不充分，不能得到真实地层压力，而采用优化方法，依据调查阶段的计算参数，来估计测量阶段的测量参数，得到反映真实地层情况的流体参数。

[责任编辑：王伟平]