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1、煤层气储集工程与数值模拟张遂安张遂安教授中国石油大学(北京)煤层气研究中心 主任煤层气产业技术创新战略联盟专家委员会 主任中国煤炭学会煤层气专业委员会 副主任教授中国石油大学(北京)煤层气研究中心 主任煤层气产业技术创新战略联盟专家委员会 主任中国煤炭学会煤层气专业委员会 副主任13901129720 物质、能量、流动、条件物质、能量、流动、条件四大问题四大问题制约产能制约产能本质因素本质因素的的内在关系内在关系：物质问题：物质问题：主要因素主要因素的的内在关系内在关系能量问题能量问题：主要因素主要因素的的内在关系内在关系VL对煤层气产能及采收率的影响对煤层气产能及采收率的影响VL与煤层气与煤
2、层气产率和累计产量产率和累计产量正相关正相关VL与煤层气与煤层气废弃含量废弃含量正相关正相关，VL越大越大废弃含量废弃含量越大越大PL对煤层气产能及采收率的影响对煤层气产能及采收率的影响PL与煤层气与煤层气产率和累计产量产率和累计产量负相关负相关PL与煤层气与煤层气废弃含量废弃含量负相关负相关，PL越高越高废弃含量废弃含量越小越小对沁水盆地南部无烟煤地区而言，对沁水盆地南部无烟煤地区而言，废弃含量废弃含量是一个严重的问题物质问题：是一个严重的问题物质问题：吸附性与含气性吸附性与含气性对产能的影响对产能的影响煤层气渗流理论2013/8/23中国石油大学（北京）煤层气研究中8有效覆压对煤层试样渗透
3、率的影响有效覆压对煤层试样渗透率的影响保持气体压力为定值，改变有效围压，研究有效围压对渗透率的影响保持气体压力为定值，改变有效围压，研究有效围压对渗透率的影响将试样烘干24小时后装入OPP-1高压孔渗仪试样夹持器。接通N将试样烘干24小时后装入OPP-1高压孔渗仪试样夹持器。接通N2 2并保持试样入口N并保持试样入口N2 2气体压力等于2大气压，有效围压分别取0.6、1.0、1.6、2.4、3.2、5、7.5、10MPa，在各有效围压下分别测定试样的渗透率。测定结果表明：（1）随有效围压增加，煤层试样渗透率降低，这是由于在高有效覆压作用下，煤层试样受到压缩，孔隙变小、微裂缝闭合。（2）有效围压
4、在25MPa之间渗透率变化较快，超过5MPa之后变化相对较缓慢。气体压力等于2大气压，有效围压分别取0.6、1.0、1.6、2.4、3.2、5、7.5、10MPa，在各有效围压下分别测定试样的渗透率。测定结果表明：（1）随有效围压增加，煤层试样渗透率降低，这是由于在高有效覆压作用下，煤层试样受到压缩，孔隙变小、微裂缝闭合。（2）有效围压在25MPa之间渗透率变化较快，超过5MPa之后变化相对较缓慢。煤层气渗流条件实验煤层气渗流条件实验煤层气渗流条件实验煤层气渗流条件实验2013/8/23中国石油大学（北京）煤层气研究中9有效覆压对煤层试样渗透率的影响有效覆压对煤层试样渗透率的影响保持气体压力为
5、定值，改变有效围压，研究有效围压对渗透率的影响保持气体压力为定值，改变有效围压，研究有效围压对渗透率的影响孔隙介质渗透率这种随有效围压变化的性质称为应力敏感性，图表明，与气藏砂岩试样相比，煤层试样的应力敏感性更强。在有效围压10MPa时，砂岩试样的渗透率是初始值（围压1MPa）的90%95%，而煤层试样的渗透率只有原始值的18%25%。孔隙介质渗透率这种随有效围压变化的性质称为应力敏感性，图表明，与气藏砂岩试样相比，煤层试样的应力敏感性更强。在有效围压10MPa时，砂岩试样的渗透率是初始值（围压1MPa）的90%95%，而煤层试样的渗透率只有原始值的18%25%。煤层气渗流条件实验煤层气渗流条
6、件实验煤层气渗流条件实验煤层气渗流条件实验2013/8/23中国石油大学（北京）煤层气研究中10气体压力对煤层试样渗透率的影响气体压力对煤层试样渗透率的影响保持有效围压为定值，研究气体压力变化对渗透率的影响保持有效围压为定值，研究气体压力变化对渗透率的影响将试样烘干24小时后装入OPP-1高压孔渗仪试样夹持器。接通N2气体，有效围压保持为2MPa，调节N2气源压力分别测定不同气体压力（0.6、1.0、1.6、2.4、3.2、5、7.5、10MPa）下的渗透率。然后再测定有效围压分别为4、6MPa时渗透率随气体压力的变化。测定结果表明：（1）随着气体压力的升高，煤层试样有效渗透率降低，当1/P趋
7、于零时，其在纵轴的截距为克氏渗透率，即符合Klinkenberg效应。（2）有效围压增加，渗透率降低，这一点与前面的结论相吻合。将试样烘干24小时后装入OPP-1高压孔渗仪试样夹持器。接通N2气体，有效围压保持为2MPa，调节N2气源压力分别测定不同气体压力（0.6、1.0、1.6、2.4、3.2、5、7.5、10MPa）下的渗透率。然后再测定有效围压分别为4、6MPa时渗透率随气体压力的变化。测定结果表明：（1）随着气体压力的升高，煤层试样有效渗透率降低，当1/P趋于零时，其在纵轴的截距为克氏渗透率，即符合Klinkenberg效应。（2）有效围压增加，渗透率降低，这一点与前面的结论相吻合。
8、煤层气渗流条件实验煤层气渗流条件实验煤层气渗流条件实验煤层气渗流条件实验2013/8/23中国石油大学（北京）煤层气研究中11模拟煤层气开采过程，研究渗透率的变化模拟煤层气开采过程，研究渗透率的变化保持有效围压14MPa，在气体压力10MPa下测定渗透率；然后降低气体压力，测定不同气体压力下渗透率，结果（图4、图5）表明：气体压力降低，渗透率降低。这是由于随着气体压力的降低，有效围压增加，造成煤层试样的孔隙变小、微裂缝闭合，导致渗透率降低。这种渗透率降低包括了上述2.1和2.2中两种效应的综合作用，即一方面随着有效覆压增加，渗透率降低，另一方面随着气体压力降低，渗透率增加。但前者的作用大于后者
9、，故渗透率降低。保持有效围压14MPa，在气体压力10MPa下测定渗透率；然后降低气体压力，测定不同气体压力下渗透率，结果（图4、图5）表明：气体压力降低，渗透率降低。这是由于随着气体压力的降低，有效围压增加，造成煤层试样的孔隙变小、微裂缝闭合，导致渗透率降低。这种渗透率降低包括了上述2.1和2.2中两种效应的综合作用，即一方面随着有效覆压增加，渗透率降低，另一方面随着气体压力降低，渗透率增加。但前者的作用大于后者，故渗透率降低。煤层气渗流条件实验煤层气渗流条件实验煤层气渗流条件实验煤层气渗流条件实验2013/8/23中国石油大学（北京）煤层气研究中12不同气体通过煤层试样的比较不同气体通过煤
10、层试样的比较气测渗透率大小与气体的种类有关，即与分子量相关，气体分子量越低，则该气体通过时渗透率越高。用甲烷所测得煤层试样渗透率最高，CO2所测渗透率最小，N2所测渗透率居于中间。气测渗透率大小与气体的种类有关，即与分子量相关，气体分子量越低，则该气体通过时渗透率越高。用甲烷所测得煤层试样渗透率最高，CO2所测渗透率最小，N2所测渗透率居于中间。煤层气渗流条件实验煤层气渗流条件实验煤层气渗流条件实验煤层气渗流条件实验2013/8/23中国石油大学（北京）煤层气研究中13煤层试样与煤粉试样渗透率的比较煤层试样与煤粉试样渗透率的比较煤粉试样渗透率测试仅改变气体压力，保持围压不变，结论：（1）不同气
11、体与渗透率的关系，与分子量成反比。（2）随着气体压力的升高渗透率变小，即符合Klinkenberg效应，或者在高压下已经出现了高速非达西渗流的情形，影响了渗透率。煤粉试样渗透率测试仅改变气体压力，保持围压不变，结论：（1）不同气体与渗透率的关系，与分子量成反比。（2）随着气体压力的升高渗透率变小，即符合Klinkenberg效应，或者在高压下已经出现了高速非达西渗流的情形，影响了渗透率。煤层气渗流条件实验煤层气渗流条件实验煤层气渗流条件实验煤层气渗流条件实验2013/8/23中国石油大学（北京）煤层气研究中14煤层试样与煤粉试样渗透率的比较煤层试样与煤粉试样渗透率的比较图8是煤层试样与煤粉试样
12、渗透率的对比，可见煤粉试样的渗透率是煤层试样渗透率的4倍左右。煤粉试样在颗粒结构上与砂岩类似（砂岩是石英颗粒经胶结物胶结而成的），实验表明煤体的孔隙结构远比颗粒组成的孔隙结构复杂，以微毛细管为主，流通性差。图8是煤层试样与煤粉试样渗透率的对比，可见煤粉试样的渗透率是煤层试样渗透率的4倍左右。煤粉试样在颗粒结构上与砂岩类似（砂岩是石英颗粒经胶结物胶结而成的），实验表明煤体的孔隙结构远比颗粒组成的孔隙结构复杂，以微毛细管为主，流通性差。煤层气渗流条件实验煤层气渗流条件实验煤层气渗流条件实验煤层气渗流条件实验2013/8/23中国石油大学（北京）煤层气研究中15温度对煤层试样渗透率的影响温度对煤层试
13、样渗透率的影响（1）高温下气体分子运动加剧，分子自由程缩短，故渗透率增加；（2）高温下气体在孔隙表面的到吸附量减小，因而有效流动半径增加。由不同温度下的吸附等温线可知，高压下吸附量差别大，因而渗透率差别也大，低压下吸附量差别较小，因而渗透率差别小。(3)高温下煤层水份含量降低，故渗透率增加。（1）高温下气体分子运动加剧，分子自由程缩短，故渗透率增加；（2）高温下气体在孔隙表面的到吸附量减小，因而有效流动半径增加。由不同温度下的吸附等温线可知，高压下吸附量差别大，因而渗透率差别也大，低压下吸附量差别较小，因而渗透率差别小。(3)高温下煤层水份含量降低，故渗透率增加。围压保持14MPa不变，在室温
14、（20）和50下测定同一试样的渗透率（实验方法同2.3），实验结果（如图9）表明，温度对煤层试样渗透有较大影响，50下渗透率比常温下高。说明升高温度改变了煤层试样的渗透性能，其原因可能有：围压保持14MPa不变，在室温（20）和50下测定同一试样的渗透率（实验方法同2.3），实验结果（如图9）表明，温度对煤层试样渗透有较大影响，50下渗透率比常温下高。说明升高温度改变了煤层试样的渗透性能，其原因可能有：煤层气渗流条件实验煤层气渗流条件实验煤层气渗流条件实验煤层气渗流条件实验2013/8/23中国石油大学（北京）煤层气研究中16煤层气渗流条件实验煤层气渗流条件实验煤层气渗流条件实验煤层气渗流条件
15、实验煤层气渗流条件实验结论煤层气渗流条件实验结论:（1）煤层试样的渗透率受有效覆压的影响很大，其应力敏感性程度超过砂岩岩样。在有效围压10MPa时，煤层试样的渗透率只有原始值的18%25%。（2）模拟煤层气开采过程实验表明，在覆压一定，气体压力逐渐降低的开采过程中，试样渗透率能保持在原始渗透率的70以上。这个结论比结论（1）更具有实际意义，这是本文的一个发现与创新。（3）与砂岩试样中的渗流相类似，气体不同渗流能力也不相等，甲烷气体的渗流能力高于N2或CO2。（4）煤粉试样的渗透率远高于煤层试样的渗透率，说明煤层试样致密、孔隙结构复杂。（5）温度升高，渗透率提高。（1）煤层试样的渗透率受有效覆压
16、的影响很大，其应力敏感性程度超过砂岩岩样。在有效围压10MPa时，煤层试样的渗透率只有原始值的18%25%。（2）模拟煤层气开采过程实验表明，在覆压一定，气体压力逐渐降低的开采过程中，试样渗透率能保持在原始渗透率的70以上。这个结论比结论（1）更具有实际意义，这是本文的一个发现与创新。（3）与砂岩试样中的渗流相类似，气体不同渗流能力也不相等，甲烷气体的渗流能力高于N2或CO2。（4）煤粉试样的渗透率远高于煤层试样的渗透率，说明煤层试样致密、孔隙结构复杂。（5）温度升高，渗透率提高。试样类型长度（试样类型长度（cm）宽度（）宽度（cm）高度（）高度（cm）备注）备注1#（垂直型）（垂直型）11.
17、1486.013.5442#（水平型）（水平型）11.3366.0343.524样品号：样品号：2-2 渗透率：渗透率：0.01310-3m2渗流机理实验渗流机理实验渗流机理实验渗流机理实验18模拟地层平面非均质性实验室意图模拟地层平面非均质性实验室意图19模拟地层层间非均质实验装置示意图模拟地层层间非均质实验装置示意图2013/8/23中国石油大学（北京）煤层气研究中20压差（压差（Mpa）0.511.051.552.032.57气体流量（气体流量（cm3/s）0.0178760.0131130.0123730.0165450.022604压力梯度（压力梯度（Mpa/m）4.4589.136
18、13.48417.70022.378压力梯度与渗流速度关系0.0000.0050.0100.0150.0200.0250.05.010.015.020.025.0压力梯度 Mpa/m渗流速度 cm3/s1#岩心（垂直型）渗流速度与压力梯度关系岩心（垂直型）渗流速度与压力梯度关系当围压为当围压为5Mpa时，时，（1）试验流体渗出口压力）试验流体渗出口压力Fdown=0.55Mpa（2）实验流体渗出口压力）实验流体渗出口压力Fdown=0.60Mpa（3）实验流体渗出口压力）实验流体渗出口压力Fdown=0.70Mpa（4）实验流体渗出口压力）实验流体渗出口压力Fdown=0.84Mpa（5）实验
19、流体渗出口压力）实验流体渗出口压力Fdown=0.91Mpa（6）实验流体渗出口压力）实验流体渗出口压力Fdown=1.03Mpa渗流机理实验渗流机理实验渗流机理实验渗流机理实验2013/8/23中国石油大学（北京）煤层气研究中211#岩心（垂直型）渗流速度与压力梯度关系岩心（垂直型）渗流速度与压力梯度关系压差（压差（Mpa）0.951.521.962.50气体流量（气体流量（cm3/s）0.0262190.0251260.0252780.030084压力梯度（压力梯度（Mpa/m）8.27913.22017.10721.785压力梯度与渗流速度关系0.0000.0050.0100.0150.
20、0200.0250.0300.0350.05.010.015.020.025.0压力梯度 Mpa/m渗流速度 cm3/s当围压为当围压为5Mpa时，时，（1）试验流体渗出口压力）试验流体渗出口压力Fdown=0.55Mpa（2）实验流体渗出口压力）实验流体渗出口压力Fdown=0.60Mpa（3）实验流体渗出口压力）实验流体渗出口压力Fdown=0.70Mpa（4）实验流体渗出口压力）实验流体渗出口压力Fdown=0.84Mpa（5）实验流体渗出口压力）实验流体渗出口压力Fdown=0.91Mpa（6）实验流体渗出口压力）实验流体渗出口压力Fdown=1.03Mpa渗流机理实验渗流机理实验渗流
21、机理实验渗流机理实验压差（压差（Mpa）0.361.371.882.42气体流量（气体流量（cm3/s）0.0189970.0185800.0179600.020619压力梯度（压力梯度（Mpa/m）3.14111.90316.38321.0602013/8/23中国石油大学（北京）煤层气研究中221#岩心（垂直型）渗流速度与压力梯度关系岩心（垂直型）渗流速度与压力梯度关系压力梯度与渗流速度关系0.0180.0180.0190.0190.0200.0200.0210.0210.05.010.015.020.025.0压力梯度 Mpa/m渗流速度 cm3/s当围压为当围压为5Mpa时，时，（1）
22、试验流体渗出口压力）试验流体渗出口压力Fdown=0.55Mpa（2）实验流体渗出口压力）实验流体渗出口压力Fdown=0.60Mpa（3）实验流体渗出口压力）实验流体渗出口压力Fdown=0.70Mpa（4）实验流体渗出口压力）实验流体渗出口压力Fdown=0.84Mpa（5）实验流体渗出口压力）实验流体渗出口压力Fdown=0.91Mpa（6）实验流体渗出口压力）实验流体渗出口压力Fdown=1.03Mpa渗流机理实验渗流机理实验渗流机理实验渗流机理实验压差（压差（Mpa）0.361.371.882.42气体流量（气体流量（cm3/s）0.0254840.0234630.0248020.0
23、27203压力梯度（压力梯度（Mpa/m）1.49410.58515.06519.7432013/8/23中国石油大学（北京）煤层气研究中231#岩心（垂直型）渗流速度与压力梯度关系岩心（垂直型）渗流速度与压力梯度关系压力梯度与渗流速度关系0.0230.0240.0250.0260.0270.0280.05.010.015.020.025.0压力梯度 Mpa/m渗流速度 cm3/s当围压为当围压为5Mpa时，时，（1）试验流体渗出口压力）试验流体渗出口压力Fdown=0.55Mpa（2）实验流体渗出口压力）实验流体渗出口压力Fdown=0.60Mpa（3）实验流体渗出口压力）实验流体渗出口压力
24、Fdown=0.70Mpa（4）实验流体渗出口压力）实验流体渗出口压力Fdown=0.84Mpa（5）实验流体渗出口压力）实验流体渗出口压力Fdown=0.91Mpa（6）实验流体渗出口压力）实验流体渗出口压力Fdown=1.03Mpa渗流机理实验渗流机理实验渗流机理实验渗流机理实验压差（压差（Mpa）0.0181.211.732.18气体流量（气体流量（cm3/s）0.0160310.0153140.0146370.015858压力梯度（压力梯度（Mpa/m）1.56010.51915.05619.0182013/8/23中国石油大学（北京）煤层气研究中241#岩心（垂直型）渗流速度与压力梯
25、度关系岩心（垂直型）渗流速度与压力梯度关系压力梯度与渗流速度关系0.0150.0150.0160.0160.0170.05.010.015.020.0压力梯度 Mpa/m渗流速度 cm3/s当围压为当围压为5Mpa时，时，（1）试验流体渗出口压力）试验流体渗出口压力Fdown=0.55Mpa（2）实验流体渗出口压力）实验流体渗出口压力Fdown=0.60Mpa（3）实验流体渗出口压力）实验流体渗出口压力Fdown=0.70Mpa（4）实验流体渗出口压力）实验流体渗出口压力Fdown=0.84Mpa（5）实验流体渗出口压力）实验流体渗出口压力Fdown=0.91Mpa（6）实验流体渗出口压力）实
26、验流体渗出口压力Fdown=1.03Mpa渗流机理实验渗流机理实验渗流机理实验渗流机理实验压差（压差（Mpa）0.131.091.562.05气体流量（气体流量（cm3/s）0.0100700.0098460.0136760.015011压力梯度（压力梯度（Mpa/m）1.1649.53113.61617.8322013/8/23中国石油大学（北京）煤层气研究中25当围压为当围压为5Mpa时，时，（1）试验流体渗出口压力）试验流体渗出口压力Fdown=0.55Mpa（2）实验流体渗出口压力）实验流体渗出口压力Fdown=0.60Mpa（3）实验流体渗出口压力）实验流体渗出口压力Fdown=0.
27、70Mpa（4）实验流体渗出口压力）实验流体渗出口压力Fdown=0.84Mpa（5）实验流体渗出口压力）实验流体渗出口压力Fdown=0.91Mpa（6）实验流体渗出口压力）实验流体渗出口压力Fdown=1.03Mpa1#岩心（垂直型）渗流速度与压力梯度关系岩心（垂直型）渗流速度与压力梯度关系压力梯度与渗流速度关系0.0000.0020.0040.0060.0080.0100.0120.0140.0160.05.010.015.020.0压力梯度 Mpa/m渗流速度 cm3/s渗流机理实验渗流机理实验渗流机理实验渗流机理实验压差（压差（Mpa）0.6331.6692.5993.6504.68
28、75.655气体流量（气体流量（cm3/s）0.000630.001510.001020.001200.003080.00420压力梯度（压力梯度（Mpa/m）5.67714.97123.31632.74642.04050.7242013/8/23中国石油大学（北京）煤层气研究中26当围压为当围压为10Mpa时，时，（1）实验流体渗出口压力）实验流体渗出口压力Fdown=0.5Mpa（2）试验流体渗出口压力）试验流体渗出口压力Fdown=0.85Mpa1#岩心（垂直型）渗流速度与压力梯度关系岩心（垂直型）渗流速度与压力梯度关系压力梯度与渗流速度关系0.0000.0010.0020.0030.0
29、040.0050.010.020.030.040.050.060.0压力梯度 Mpa/m渗流速度 cm3/s压差（压差（Mpa）1.0942.2063.2124.2785.2776.227.198气体流量（气体流量（cm3/s）0.020750.014140.012580.011830.017780.018620.02334压力梯度（压力梯度（Mpa/m）9.81519.78828.81138.37647.33255.81264.563压力梯度与渗流速度关系0.0000.0050.0100.0150.0200.0250.020.040.060.080.0压力梯度 Mpa/m渗流速度 cm3/s
30、渗流机理实验渗流机理实验渗流机理实验渗流机理实验压差（压差（Mpa）0.39720.89311.38651.87742.41602.8990气体流量（气体流量（cm3/s）0.01420.07900.28821.05823.18886.5963压力梯度（压力梯度（Mpa/m）3.5047.87812.23116.56221.33025.5732013/8/23中国石油大学（北京）煤层气研究中27当围压为当围压为5Mpa，实验流体渗出口压力，实验流体渗出口压力Fdown=0.10Mpa时时2#岩心（水平型）渗流速度与压力梯度关系2#岩心（水平型）渗流速度与压力梯度关系压力梯度与渗流速度关系0.0
31、001.0002.0003.0004.0005.0006.0007.0000.05.010.015.020.025.030.0压力梯度 Mpa/m渗流速度 cm3/s渗流机理实验渗流机理实验渗流机理实验渗流机理实验压差（压差（Mpa）0.420.911.922.383.894.875.856.84气体流量（气体流量（cm3/s）0.0070.0080.0100.0170.06120.1230.4791.833压力梯度（压力梯度（Mpa/m）3.7018.03116.9121.0234.3242.9851.6060.352013/8/23中国石油大学（北京）煤层气研究中28当围压为当围压为10M
32、pa，实验流体渗出口压力，实验流体渗出口压力Fdown=0.10Mpa时时2#岩心（水平型）渗流速度与压力梯度关系2#岩心（水平型）渗流速度与压力梯度关系压力梯度与渗流速度关系0.0000.5001.0001.5002.0000.020.040.060.080.0压力梯度 Mpa/m渗流速度 cm3/s渗流机理实验渗流机理实验渗流机理实验渗流机理实验压差（压差（Mpa）0.3850.9151.9322.8743.8664.8685.846.866气体流量（气体流量（cm3/s）0.0140.01370.01270.0160.0230.0340.0490.076压力梯度（压力梯度（Mpa/m）3
33、.3948.07517.04325.3634.1042.9451.5160.572013/8/23中国石油大学（北京）煤层气研究中29当围压为当围压为15Mpa，实验流体渗出口压力，实验流体渗出口压力Fdown=0.10Mpa时时2#岩心（水平型）渗流速度与压力梯度关系2#岩心（水平型）渗流速度与压力梯度关系压力梯度与渗流速度关系0.0000.0500.1000.1500.020.040.060.080.0压力梯度 Mpa/m渗流速度 cm3/s渗流机理实验渗流机理实验渗流机理实验渗流机理实验煤层气试井理论与技术1试井原理与方法试井原理与方法2解释模型与方法解释模型与方法3获取的主要参数获取的
34、主要参数4参数正确性判断参数正确性判断试井原理与方法试井原理与方法试井目的：试井目的：通过合理的技术手段，正确获取储层参数，如渗透率、储层压力等，为制定开发方案、产能评价和生产管理提供科学依据。通过合理的技术手段，正确获取储层参数，如渗透率、储层压力等，为制定开发方案、产能评价和生产管理提供科学依据。煤层渗透率与测试方法及其误差煤层渗透率与测试方法及其误差渗透率与样品尺寸渗透率与样品尺寸由于煤的天然裂缝发育特征，较大样品显示出渗透率较高。由于煤的天然裂缝发育特征，较大样品显示出渗透率较高。3.610.2990.0990.00.51.01.52.02.53.03.54.0注入/压降水箱试验DST
35、 测试(md)率透渗渗透率与测试方法渗透率与测试方法测试层段测试层段试井原理与方法试井原理与方法试井原理：试井原理：通过合理的技术手段，使得井底流压降低或上升，记录压力随时间的变化，并通过对压力随时间变化而变化的数据进行分析，求取地层参数。通过合理的技术手段，使得井底流压降低或上升，记录压力随时间的变化，并通过对压力随时间变化而变化的数据进行分析，求取地层参数。试井方法稳定试井（产能试井）不稳定试井试井方法稳定试井（产能试井）不稳定试井 DST 试井(钻杆测试)压降试井（注入/压降试井）压恢试井 干扰试井 等 DST 试井(钻杆测试)压降试井（注入/压降试井）压恢试井 干扰试井 等试井原理与方
36、法试井原理与方法试井原理与方法分类：试井原理与方法分类：试井原理与方法试井原理与方法DST测试DST测试（Drill Stem Test）DST测试是用钻杆将测试工具下入井内，在井下进行开关井操作，直接快速获取井下压力-时间关系曲线，分析曲线获得地层参数。DST测试是用钻杆将测试工具下入井内，在井下进行开关井操作，直接快速获取井下压力-时间关系曲线，分析曲线获得地层参数。试井原理与方法试井原理与方法压降测试压降测试（Draw Down Test）以定产量进行生产，使得井底压力不断降低。记录压力随时间变化而变化的时刻压力值，并运用科学方法对这一压力历史数据进行分析，求取地层参数。以定产量进行生产
37、，使得井底压力不断降低。记录压力随时间变化而变化的时刻压力值，并运用科学方法对这一压力历史数据进行分析，求取地层参数。试井原理与方法试井原理与方法注入/压降试井注入/压降试井（Injection/Fall-off Test）注入/压降法，是通过向测试段地层恒量注水，建立测试地层的压力上升和关井后的下降，运用井底电子压力计监测注入期(压力负降落,注入/压降法，是通过向测试段地层恒量注水，建立测试地层的压力上升和关井后的下降，运用井底电子压力计监测注入期(压力负降落,Pwf-lgt)和关井后(压力降落期，压力负恢复,)和关井后(压力降落期，压力负恢复,Pws-lg(t+t)/t)井底压力随时间变化
38、关系，通过解释求得各项储层参数。)井底压力随时间变化关系，通过解释求得各项储层参数。试井原理与方法试井原理与方法压力恢复测试压力恢复测试（Pressure Buildup Test）以恒定产量生产一定时间之后关井，监测关井后的井底压力随时间变化关系，并对这一压力历史数据进行分析，求取地层参数。以恒定产量生产一定时间之后关井，监测关井后的井底压力随时间变化关系，并对这一压力历史数据进行分析，求取地层参数。试井原理与方法试井原理与方法干扰试井干扰试井（Interference Test）注入井注入井监测井监测井监测井监测井监测井监测井监测井监测井监测井监测井监测井监测井监测井监测井监测井监测井干扰
39、试井及示踪剂分布测试将选择中心井注入，选择周边邻近的45口井作为观测井。中心井(激动井)注入清水和示踪剂，周边井监测井底流压压力变化和示踪剂到达情况。干扰试井及示踪剂分布测试将选择中心井注入，选择周边邻近的45口井作为观测井。中心井(激动井)注入清水和示踪剂，周边井监测井底流压压力变化和示踪剂到达情况。试井原理与方法试井原理与方法 筛管筛管3 号煤层3 号煤层膨胀封隔器膨胀封隔器MRO 压力计 MRO 压力计 座节座节关井阀 关井阀 关井工具串 关井工具串 0.092”钢丝 0.092”钢丝 油管 油管 套管 套管 井口三通井口三通防喷头 防喷头 桥塞 桥塞 PCT测试器PCT测试器MFE地层
40、测试器MFE地层测试器HST测试器HST测试器APR测试工具APR测试工具膨胀式测试工具膨胀式测试工具电缆井下关井工具电缆井下关井工具导阀井下关井工具导阀井下关井工具泄压阀井下关井工具泄压阀井下关井工具电子响应组件井下关井工具电子响应组件井下关井工具电子井下关井工具电子井下关井工具井下关井工具井下关井工具试井解释理论模型试井解释理论模型均质储层非均质储层基本模型内边界条件外边界条件均质储层非均质储层基本模型内边界条件外边界条件井筒存储效应表皮效应人工裂缝无限大地层（无外边界）井筒存储效应表皮效应人工裂缝无限大地层（无外边界）不渗透边界（断层、尖灭等）恒压外边界封闭边界不渗透边界（断层、尖灭等）
41、恒压外边界封闭边界解释模型与方法解释模型与方法以Horner半对数分析方法为代表利用直线段的斜率和截距反求地层参数的方法。以Horner半对数分析方法为代表利用直线段的斜率和截距反求地层参数的方法。不稳定试井常规分析方法：不稳定试井常规分析方法：Horner压降和压力恢复分析方法；MDH分析方法；MBH分析方法；Y函数分析法等。Horner压降和压力恢复分析方法；MDH分析方法；MBH分析方法；Y函数分析法等。常规分析方法常规分析方法解释模型与方法解释模型与方法解释模型与方法解释模型与方法后期阶段恒压外边界的特征识别图后期阶段恒压外边界的特征识别图恒压外边界：恒压外边界：0tp当压力波到达边界
42、而处于稳定流动状态时，其压力与时间无关。在当压力波到达边界而处于稳定流动状态时，其压力与时间无关。在双对数双对数诊断图和诊断图和半对数半对数特征图上均出现一段特征图上均出现一段近水平近水平的直线段。的直线段。解释模型与方法解释模型与方法consttp双对数诊断图：后期上翘直线段的斜率近似等于1。（若后期直线段的斜率不等于1，外边界则有可能为不渗透外边界）半对数特征图：为一条直线。后期阶段封闭边界的特征识别图双对数诊断图：后期上翘直线段的斜率近似等于1。（若后期直线段的斜率不等于1，外边界则有可能为不渗透外边界）半对数特征图：为一条直线。后期阶段封闭边界的特征识别图封闭外边界：封闭外边界：当压力
43、波到达边界而处于稳定流动状态时，其压力与时间成线性关系，流动达到拟稳定状态。当压力波到达边界而处于稳定流动状态时，其压力与时间成线性关系，流动达到拟稳定状态。解释模型与方法解释模型与方法（假设）已知油气藏（包括边界性质等）（假设）已知油气藏（包括边界性质等）正过程（正问题）正过程（正问题）建立相应的物理和数学模型建立相应的物理和数学模型求 解求 解得出一系列表征已知油气藏的数据表、曲线图等得出一系列表征已知油气藏的数据表、曲线图等解释模型与方法解释模型与方法改变产量或压力（对未知的油气藏施加信号）改变产量或压力（对未知的油气藏施加信号）获得产量或压力历史数据（得到反应未知油气藏的相关信息）获得
44、产量或压力历史数据（得到反应未知油气藏的相关信息）图板拟合或计算（将得出的信息与标准信息进行比较）图板拟合或计算（将得出的信息与标准信息进行比较）确定未知油气藏的基本参数确定未知油气藏的基本参数反过程（反问题）反过程（反问题）解释模型与方法解释模型与方法确定井到一条封闭边界（直线断层）的距离确定井到一条封闭边界（直线断层）的距离直线断层的镜像映射示意图直线断层的镜像映射示意图假设测试井附近有一条不渗透边界，如直断层。假设测试井附近有一条不渗透边界，如直断层。设井到边界的直线距离为d，当对压裂测试或恢复测试，其井底压力可由镜像映射和叠加原理求得。设井到边界的直线距离为d，当对压裂测试或恢复测试，
45、其井底压力可由镜像映射和叠加原理求得。解释模型与方法解释模型与方法参 数 单 位 参 数 单 位 储层净厚度（储层净厚度（h h）m）m 储层中部深度（储层中部深度（D D）m）m 孔隙度（孔隙度（）%）%流体密度（流体密度（）10）103 3kg/mkg/m3 3 流体粘度（流体粘度（）mPa.s）mPa.s 流体地层体积系数（流体地层体积系数（B B）流体压缩系数（流体压缩系数（C Cw w）MPa）MPa-1-1 综合压缩系数（综合压缩系数（C Ct t）MPa）MPa-1-1 井筒半径（井筒半径（r rw w）m）m 注入时间（注入时间（t tinjinj）h）h 关井时间（关井时间（
46、t tfallfall）h）h 地面最大注入压力（地面最大注入压力（P P）MPa）MPa 注入排量（注入排量（q qinjinj）m）m3 3/d/d 试井解释所需的基础参数试井解释所需的基础参数解释模型与方法解释模型与方法注入/压降试井可获得的储层参数注入/压降试井可获得的储层参数参 数 数 值 单 位 参 数 数 值 单 位 储层压力（储层压力（P Pi i）MPa）MPa 压力梯度 kPa/m 压力梯度 kPa/m 地层系数（地层系数（khkh）md.m）md.m 渗透率(渗透率(k k)md)md 裂缝导流能力（裂缝导流能力（k kf fw w）10）104 4md.m md.m 裂
47、缝半长（裂缝半长（X Xf f）m）m 总表皮系数(总表皮系数(S St t)调查半径（调查半径（R Ri i）m）m 储层温度（储层温度（T T）获取的主要参数获取的主要参数参数数值单位破裂压力（Pb）MPa破裂压力梯度kPa/m闭合压力（Pc）MPa闭合压力梯度kPa/m原地应力测试可获得的主要参数原地应力测试可获得的主要参数获取的主要参数获取的主要参数介质类型评价指标符号储层伤害评价标准伤害未伤害改善均质介质表皮系数s0=00流动效率FE1伤害比DR1附加压力损失p0=0-3=-3-3流动效率FE1.2介质类型评价指标符号储层伤害评价标准伤害未伤害改善均质介质表皮系数s0=00流动效率F
48、E1伤害比DR1附加压力损失p0=0-3=-3-3流动效率FE1.2储层伤害程度评价：储层伤害程度评价：获取的主要参数获取的主要参数表皮效应与表皮系数(S)表皮效应与表皮系数(S)：储层：储层受到伤害或改善，井筒附近储层渗透率发生变化的现象。受到伤害或改善，井筒附近储层渗透率发生变化的现象。aPBqKhSsS值为正S值为零S值为正S值为零井底附近储层因伤害而导致渗透率下降井底附近储层因伤害而导致渗透率下降S值为负S值为负采用增产措施后，井底附近渗透率提高理想状况采用增产措施后，井底附近渗透率提高理想状况表皮系数：均质介质表皮系数：均质介质S-3S=-3S-3S=-3井底附近储层因伤害而导致渗透
49、率下降井底附近储层因伤害而导致渗透率下降S-3S-3采用增产措施后，井底附近渗透率提高理想状况采用增产措施后，井底附近渗透率提高理想状况双重介质双重介质获取的主要参数获取的主要参数流动效率(FE)流动效率(FE)：储层中流体流动时因储层被伤害而造成的压力损失比例。：储层中流体流动时因储层被伤害而造成的压力损失比例。22222wfrswfrpppppFE气井评价：油井评价：气井评价：油井评价：wfrswfrpppppFE获取的主要参数获取的主要参数参数正确性判断参数正确性判断F010.001mdF-02F-03F-04F-05F-06F-07F-08T-03参数正确性判断参数正确性判断储层压力及
50、压力梯度：储层压力及压力梯度：地表面地表面地表面地表面超压储层超压储层地表面地表面最低剥蚀面最低剥蚀面潜水面（水头）潜水面（水头）潜水面（水头）潜水面（水头）最低剥蚀面最低剥蚀面最低剥蚀面最低剥蚀面潜水面（水头）潜水面（水头）欠压储层常压储层欠压储层常压储层详细了解钻井过程是否出现井喷、井涌、水溢，或停钻后钻井液液面是否在井口？详细了解钻井过程是否出现井喷、井涌、水溢，或停钻后钻井液液面是否在井口？3.610.2990.0990.00.51.01.52.02.53.03.54.0注入/压降水箱试验DST 测试(md)率透渗参数正确性判断参数正确性判断试井方法与渗透率值：试井方法与渗透率值：参数