Замеры давления опробователем пластов на кабеле

Қысқаша негізгісі

Претест — отбор нескольких кубических сантиметров флюида поршнем прибора с последующим восстановлением давления. Стабилизированное давление восстановления — пластовое давление на глубине замера; давление в стволе до и после теста — давление столба раствора.
Перепад давления при отборе почти целиком тратится в первых сантиметрах породы у зонда. Установившаяся депрессия даёт подвижность $k/\mu$ фильтрата в зоне проникновения: это локальный показатель, а не проницаемость пласта по нефти.
Кондиционный замер: давление стабилизировалось, повторный тест его подтвердил, давление раствора до и после совпало. Плотный пласт: к концу времени на точке давление ещё растёт — это только нижняя граница. Перезаряд: давление стабилизировалось, но выше истинного, при низкой подвижности. Негерметичность: прибор показывает давление раствора.
Для градиента важны повторяемость манометра и точность глубин, а не абсолютная точность прибора: 1 м по вертикали — это 7 кПа в нефти и 10 кПа в воде, а кварцевый манометр различает сотые доли килопаскаля.
Градиент находят по всем кондиционным точкам методом наименьших квадратов; его ошибка — разброс точек, делённый на корень из суммы квадратов отклонений глубин от средней, поэтому интервал глубин важен не меньше числа точек.
Замеры дают начальное давление пластов, плотность и тип флюида, контакты, режим давления, сведения о сообщаемости пластов и места для отбора проб.

Негізгі қатынастар

\left(\dfrac{k}{\mu}\right)_d = \dfrac{C\,q}{2\pi\,r_{pe}\,\Delta p_d}

подвижность по депрессии при установившемся притоке к зонду, СИ; $C = 0{,}5$ — сфера, $C = 1$ — полусфера

\left(\dfrac{k}{\mu}\right)_d = 39{,}02\,\dfrac{q}{\Delta p_d}

то же для классического стандартного зонда: $k/\mu$ в мД/(мПа·с), $q$ в см³/с, $\Delta p_d$ в МПа (5660 — при $\Delta p_d$ в psi)

\Delta p_{\text{реп}} = p_{\text{гс}} - p_{\text{пл}}

репрессия на пласт на глубине замера

\rho = G/g

плотность флюида в пласте по градиенту давления $G$ кондиционных точек

Жиі қателіктер

Брать в обработку давление, которое ещё растёт: оно занижено.
Принимать точку правее линии кондиционных замеров за пропласток с аномальным давлением, не проверив подвижность: в плотном пропластке это обычно перезаряд.
Считать подвижность по претесту проницаемостью пласта по нефти: это подвижность фильтрата в нескольких сантиметрах промытой породы.
Рассчитывать градиент по глубинам вдоль ствола в наклонной скважине: нужны глубины по вертикали.
Не сравнивать давление раствора до и после теста: расхождение выдаёт смещение прибора, дрейф манометра или изменение уровня раствора в скважине.

Сабақтан кейін сіз

описать устройство опробователя — зонд, пакер, камеру претеста, манометры — и последовательность предварительного теста;
снимать с записи давления давление раствора, пластовое давление, депрессию и время стабилизации и рассчитывать репрессию на пласт;
рассчитывать подвижность флюида по депрессии при сферическом притоке к зонду и объяснять, к какому флюиду и какому объёму породы она относится;
относить претест к классу — кондиционный, плотный пласт, перезаряд, негерметичность — и решать, брать ли его в обработку;
оценивать влияние погрешностей манометра и глубины и строить по набору претестов график «давление — глубина» с градиентом, плотностью флюида и их погрешностью;
перечислять задачи, для которых используют замеры давления опробователем.

Как устроен опробователь

Опробователь спускают на кабеле в открытый ствол, обычно после основного комплекса каротажа (Каротаж в открытом стволе: зачем, как и когда), когда по каротажным кривым уже выбраны проницаемые пропластки. Против каждого из них прибор останавливают и гидравлическими прижимными башмаками (back-up shoes) прижимают к стенке скважины. С противоположной стороны к стенке прижимается зонд (probe) — трубка диаметром порядка сантиметра, окружённая резиновым пакером (packer). Пакер отделяет участок стенки от бурового раствора в стволе, а зонд проходит через глинистую корку к породе.

Внутри прибора зонд соединён с проточной линией (flowline). К ней подключены камера претеста (pretest chamber) с поршнем, который отбирает заданный объём флюида с заданной скоростью, манометры и уравнительный клапан (equalizing valve), соединяющий линию со стволом. В приборах модульной конструкции к той же линии подключают насос для длительной откачки, анализатор флюида, пробоотборные камеры и модуль с двумя пакерами, который изолирует интервал стенки длиной около метра. В русскоязычной практике замеры давления опробователем называют также гидродинамическим каротажем (ГДК), встречается и сочетание ГДК-ОПК; в отчётах попадаются и названия приборов сервисных компаний (RFT, MDT и другие).

СызбаОпробователь на точке замера (схема, не в масштабе): башмак и пакер прижимают прибор к стенке, зонд проходит через глинистую корку, флюид притекает к нему со всех сторон; камера претеста, манометры и уравнительный клапан подключены к проточной линии.

Зонд и пакер: изолируют участок стенки и соединяют прибор с поровым пространством. От размеров зонда зависят площадь притока и постоянная в формуле подвижности; для плотных и неоднородных пород есть зонды большего диаметра и двухпакерный модуль.
Камера претеста: её поршень отбирает несколько кубических сантиметров флюида. В современных приборах объём и скорость отбора задают с поверхности для каждой точки, у ранних они были фиксированными.
Манометры: кварцевый точен и стабилен, но медленнее откликается и чувствителен к температуре; тензометрический (strain gauge) быстрее, но менее точен. Пластовое давление берут по кварцевому.
Уравнительный клапан: выравнивает давление между линией и стволом при установке и снятии прибора; через него после теста давление возвращается к давлению раствора.

От пробы к профилю давления

Первые опробователи на кабеле (1950-е годы) за один спуск делали один замер давления и отбирали одну пробу. Приборы многократной установки, появившиеся в середине 1970-х, сняли это ограничение — и оказалось, что подробный профиль пластового давления ценнее самой пробы: по таким профилям в разрабатываемых залежах увидели, насколько по-разному истощаются пропластки одного пласта. С 1990-х годов распространились модульные приборы с насосами, оптическими анализаторами флюида и двойными пакерами.

Предварительный тест и его запись

Каждый претест — маленькое гидродинамическое исследование продолжительностью от десятков секунд до нескольких минут. Его последовательность у всех приборов похожа:

Последовательность претеста

1
Остановка и привязка
прибор останавливают на заданной глубине, уточнённой по записи его гамма-каротажа; записывают давление в стволе — давление столба раствора $p_{\text{гс}}$ .
2
Установка
башмаки и пакер прижимают к стенке; давление немного растёт — пакер сжимает корку и жидкость в линии.
3
Депрессия
поршень камеры отбирает заданный объём с постоянной скоростью $q$ ; давление падает ниже пластового и при достаточной подвижности выходит на постоянное значение — установившуюся депрессию $\Delta p_d$ .
4
Восстановление
после остановки поршня приток из пласта сжимает жидкость в линии, давление растёт и стабилизируется. Стабилизированное значение — пластовое давление $p_{\text{пл}}$ на глубине замера.
5
Повторный тест
часто сразу делают второй претест с другой скоростью или объёмом: стабилизированные давления должны совпасть в пределах нескольких десятых килопаскаля, подвижности — в пределах погрешности.
6
Снятие
открывают уравнительный клапан и отводят прибор от стенки; давление возвращается к давлению раствора и должно совпасть с замером до установки.

ЕсептеуРасчётная запись претеста на глубине 2520,0 м из примера ниже: подвижность 2,1 мД/(мПа·с), отбор 5 см³ со скоростью 0,2 см³/с; модель — установившийся приток к зонду и сжимаемость жидкости в приборе (дополнительный раздел).

Что снимают с записи претеста

Величина: $p_{\text{гс}}$ до и после теста
Как получают: давление в стволе перед установкой и после снятия
Для чего: контроль глубины, манометра и неподвижности прибора; репрессия

Величина: $p_{\text{пл}}$
Как получают: стабилизированное давление восстановления
Для чего: пластовое давление на глубине замера

Величина: $q$
Как получают: объём отбора, делённый на время хода поршня
Для чего: подвижность

Величина: $\Delta p_d$
Как получают: $p_{\text{пл}}$ минус давление в конце отбора
Для чего: подвижность

Величина: Время стабилизации
Как получают: от остановки поршня до постоянного давления
Для чего: качественный признак подвижности, класс замера

Величина	Как получают	Для чего
$p_{\text{гс}}$ до и после теста	давление в стволе перед установкой и после снятия	контроль глубины, манометра и неподвижности прибора; репрессия
$p_{\text{пл}}$	стабилизированное давление восстановления	пластовое давление на глубине замера
$q$	объём отбора, делённый на время хода поршня	подвижность
$\Delta p_d$	$p_{\text{пл}}$ минус давление в конце отбора	подвижность
Время стабилизации	от остановки поршня до постоянного давления	качественный признак подвижности, класс замера

Разность $p_{\text{гс}} - p_{\text{пл}}$ — репрессия на пласт. На записи она видна как ступень между давлением раствора и пластовым давлением. Репрессия гонит фильтрат в пласт и прижимает неподвижный прибор к стенке; от неё зависят и перезаряд плотных пропластков, и риск прихвата прибора.

Прибор на точке — под репрессией

Пока прибор стоит неподвижно против проницаемого пласта, давление раствора прижимает его к стенке, и чем дольше стоянка, тем выше риск дифференциального прихвата. Поэтому время на точке ограничивают и в плотных пропластках прекращают замер до стабилизации.
Пластовое давление, близкое к давлению раствора, — повод проверить не только пакер, но и достаточность плотности раствора. Это учебное объяснение, а не инструкция: порядок работ определяют утверждённые программы исследований и процедуры управления скважиной, а выполняет их персонал с действующей подготовкой (Контроль скважины: первичный барьер и признаки проявления).

Подвижность по депрессии

Флюид идёт к зонду со всех сторон, почти как к точечному стоку. Площадь поверхности, через которую он проходит, растёт как квадрат расстояния, поэтому скорость фильтрации и градиент давления убывают как квадрат расстояния. При притоке к полусфере давление в породе на расстоянии $r$ отличается от пластового на $\Delta p_d\,r_{pe}/r$ : на расстоянии десяти эффективных радиусов зонда остаётся лишь 10 % депрессии. При эффективном радиусе в несколько миллиметров это первые сантиметры породы. Поэтому депрессия быстро выходит на постоянное значение, а по ней находят подвижность по депрессии — отношение проницаемости к вязкости флюида (подвижность фазы).

Подвижность по депрессии при установившемся притоке к зонду

\left(\frac{k}{\mu}\right)_d = \frac{C\,q}{2\pi\,r_{pe}\,\Delta p_d}

мұндағы:

$k$ проницаемость породы у зонда для притекающего флюида, м²
$\mu$ вязкость притекающего флюида — обычно фильтрата бурового раствора, Па·с
$q$ объёмная скорость отбора поршнем, м³/с
$\Delta p_d$ установившаяся депрессия: пластовое давление минус давление в конце отбора, Па
$r_{pe}$ эффективный радиус зонда — радиус сферической поверхности стока, равноценной по притоку круглому отверстию зонда, м
$C$ коэффициент формы потока: 0,5 — приток к сфере в сплошной среде, 1 — к полусфере у непроницаемой плоскости; для зонда на стенке скважины обычного диаметра около 0,67, —

Бірліктер: СИ (любая согласованная система)

Мына жағдайда орындалады

приток установившийся: поршень работает дольше, чем нужно давлению, чтобы выйти на постоянное значение (дополнительный раздел);
течёт одна фаза известной вязкости — как правило, фильтрат в зоне проникновения;
порода у зонда однородна, течение подчиняется закону Дарси; в анизотропной породе результат отражает сочетание горизонтальной и вертикальной проницаемостей и обычно лежит между сферической и горизонтальной проницаемостью;
у отверстия зонда нет дополнительного сопротивления — остатков корки, повреждённой породы, мелких частиц; если оно есть, подвижность занижена.

Вдвое большая скорость отбора даёт вдвое большую депрессию — подвижность та же. Размер зонда и форму притока объединяют в одну постоянную, которую сервисная компания указывает для каждого типа зонда; ниже — её значения для классического стандартного зонда.

Басқа бірліктер жүйелерінде (2)

Промысловые единицы (oilfield), классический стандартный зонд

\left(\frac{k}{\mu}\right)_d\,[\text{мД/сП}] = 5660\,\frac{q\,[\text{см}^3/\text{с}]}{\Delta p_d\,[\text{psi}]}

$k/\mu$ — миллидарси на сантипуаз, $q$ — см³/с, $\Delta p_d$ — psi.

5660 объединяет $C/(2\pi r_{pe})$ этого зонда и перевод единиц; для зондов другого размера постоянная своя.

Метрические единицы, тот же зонд

\left(\frac{k}{\mu}\right)_d\,[\text{мД/(мПа·с)}] = 39{,}02\,\frac{q\,[\text{см}^3/\text{с}]}{\Delta p_d\,[\text{МПа}]}

$k/\mu$ — мД/(мПа·с) (то же, что мД/сП), $q$ — см³/с, $\Delta p_d$ — МПа.

$39{,}02 = 5660\cdot 0{,}0068948$ (1 psi = 0,0068948 МПа).

Есептеу мысалыПластовое давление, репрессия и подвижность по двум претестам

Бастапқы деректер (шартты)

Глубина замера (по вертикали): 2503,5 м; раствор на водной основе плотностью 1,20 г/см³
Давление в стволе до установки и после снятия: 29,572 и 29,573 МПа
Первый претест: 12 см³ за 8,0 с; в конце отбора 27,300 МПа; стабилизация на 27,6964 МПа
Повторный претест: 12 см³ за 4,0 с; в конце отбора 26,905 МПа; стабилизация на 27,6966 МПа
Вязкость фильтрата при пластовой температуре: 0,40 мПа·с; зонд — классический стандартный

Шешім

Давление раствора до и после различается на 1 кПа — прибор не сместился, манометр стабилен. Проверка по гидростатике: $0{,}101 + 0{,}00981\cdot 1{,}20\cdot 2503{,}5 = 29{,}572$ МПа.
Стабилизированные давления двух претестов различаются на 0,2 кПа — замер подтверждён: $p_{\text{пл}} = 27{,}6964$ МПа. Репрессия: $29{,}572 - 27{,}6964 = 1{,}876$ МПа.
Первый претест: $q_1 = 12/8{,}0 = 1{,}50$ см³/с; $\Delta p_{d1} = 27{,}6964 - 27{,}300 = 0{,}3964$ МПа; подвижность $39{,}02\cdot 1{,}50/0{,}3964 = 148$ мД/(мПа·с).
Повторный: $q_2 = 3{,}00$ см³/с, $\Delta p_{d2} = 27{,}6966 - 26{,}905 = 0{,}7916$ МПа, подвижность 148 мД/(мПа·с): вдвое больший расход дал вдвое большую депрессию, как и должно быть при законе Дарси.
Проницаемость по фильтрату: $k \approx 148\cdot 0{,}40 = 59$ мД. В промысловых единицах: $\Delta p_{d1} = 57{,}5$ psi и $5660\cdot 1{,}50/57{,}5 = 148$ мД/сП — то же число.

Жауап: Пластовое давление на 2503,5 м — 27,6964 МПа, репрессия — 1,876 МПа, подвижность по депрессии — около 148 мД/(мПа·с): порода у стенки пропускает фильтрат примерно как 59-миллидарсиевая.

Бұл нені білдіреді. Высокая подвижность и совпадение двух тестов говорят о кондиционном замере: при такой подвижности давление стабилизируется за секунды, а перезаряд пренебрежимо мал. Проницаемость 59 мД относится к нескольким сантиметрам породы, промытой фильтратом с остаточной нефтью, — это не проницаемость пласта по нефти. Её используют как относительный показатель: сравнить пропластки, выбрать точку для отбора пробы. Данные примера условные.

Подвижность фильтрата не равна подвижности пластовой нефти. Вязкость фильтрата водного раствора при пластовой температуре — 0,3–0,6 мПа·с, нефти — от долей до десятков мПа·с; проницаемость промытой зоны для фильтрата снижена остаточной нефтью. В скважинах, пробуренных на растворе на углеводородной основе, к зонду притекает углеводородный фильтрат с вязкостью порядка 1–2 мПа·с. Поэтому подвижность по претесту переводят в проницаемость с вязкостью фильтрата, а не пластового флюида.

От подвижности зависит и то, сколько ждать стабилизации. Ориентировочно: при подвижности больше 10 мД/(мПа·с) давление восстанавливается за секунды, при 1–10 — за десятки секунд и минуты, при 0,1–1 — за минуты и десятки минут, и в таких пропластках уже возможен заметный перезаряд; при подвижности меньше примерно 0,1 мД/(мПа·с) замер часто не успевает стабилизироваться за допустимое время. Границы условны и зависят от прибора, объёма отбора и раствора.

Подвижность, керн и гидродинамические исследования

Претест исследует сантиметры породы у стенки, образец керна — сантиметры в лаборатории, а исследование скважины — сотни метров пласта. Порядок величины у них обычно совпадает, точное согласие — скорее исключение. Как сводят эти масштабы, разобрано в теме Сопоставление опробователя, керна и гидродинамических исследований, а оценка проницаемости по восстановлению давления после претеста — в теме Перезаряд пласта и оценка проницаемости по опробователю.

Качество замеров: классы претестов

Прежде чем проводить линии и считать градиенты, каждый претест относят к одному из классов — по форме записи, подвижности, повторным тестам и положению точки среди соседних. Названия классов у компаний различаются, суть одна.

СызбаТипичные записи претестов четырёх классов (схема): штриховые линии — давление раствора и истинное пластовое давление.

Классы претестов

Класс: Кондиционный (good)
Признаки: чёткая депрессия и стабилизация; повторный тест совпал; давление раствора до и после одинаково
Причина: достаточная подвижность, пакер герметичен
Что делают: берут в обработку

Класс: Плотный пласт (tight)
Признаки: большая депрессия, медленный рост; к концу времени на точке давление ещё растёт. «Сухой» тест — притока почти нет
Причина: очень низкая подвижность
Что делают: последнее давление — нижняя граница; в градиент не берут

Класс: Перезаряд (supercharged)
Признаки: давление стабилизировалось, но точка правее линии соседних кондиционных; подвижность низкая; повторные тесты могут расходиться
Причина: фильтрат через корку поднимает давление у стенки быстрее, чем пласт его отводит
Что делают: в градиент не берут; при необходимости оценивают поправку

Класс: Негерметичность (lost seal)
Признаки: давление в линии равно давлению раствора или следует за ним
Причина: пакер не изолировал стенку: каверна, неровная стенка, слабая корка
Что делают: отбраковывают; прибор переустанавливают рядом

Класс	Признаки	Причина	Что делают
Кондиционный (good)	чёткая депрессия и стабилизация; повторный тест совпал; давление раствора до и после одинаково	достаточная подвижность, пакер герметичен	берут в обработку
Плотный пласт (tight)	большая депрессия, медленный рост; к концу времени на точке давление ещё растёт. «Сухой» тест — притока почти нет	очень низкая подвижность	последнее давление — нижняя граница; в градиент не берут
Перезаряд (supercharged)	давление стабилизировалось, но точка правее линии соседних кондиционных; подвижность низкая; повторные тесты могут расходиться	фильтрат через корку поднимает давление у стенки быстрее, чем пласт его отводит	в градиент не берут; при необходимости оценивают поправку
Негерметичность (lost seal)	давление в линии равно давлению раствора или следует за ним	пакер не изолировал стенку: каверна, неровная стенка, слабая корка	отбраковывают; прибор переустанавливают рядом

Бывают и другие неполадки: засорение зонда или его фильтра (при ходе поршня давление резко падает и почти не восстанавливается — запись похожа на «сухой» тест), газ в линии (искажённое восстановление), смещение прибора во время теста.

Перезаряд пласта (суперзарядка, supercharging) стоит разобрать отдельно: из четырёх классов только он выглядит как хороший замер. Пока скважина открыта, фильтрат раствора под действием репрессии уходит через корку в пласт (Скважина как среда измерений: зона проникновения и глинистая корка). В проницаемом пропластке фильтрат легко растекается, и давление у стенки почти не отличается от пластового. В плотном пропластке порода не успевает его отвести, и у стенки держится избыточное давление — тем большее, чем ниже проницаемость и чем хуже корка удерживает раствор. Зонд измеряет давление именно у стенки и показывает пластовое давление плюс это превышение. Признаки — низкая подвижность и смещение точки вправо от линии кондиционных замеров. Как оценить перезаряд количественно и учесть его, разобрано в теме Перезаряд пласта и оценка проницаемости по опробователю.

Точность давления и глубины

Ошибка точки на графике «давление — глубина» складывается из ошибки манометра и ошибки глубины, к которой отнесён замер. Характеристики манометра различают так:

Разрешение (resolution): наименьшее изменение давления, которое манометр различает. У кварцевых манометров — тысячные и сотые доли psi, то есть от тысячных до сотых долей килопаскаля.
Точность (accuracy): отличие показания от истинного абсолютного давления. У кварцевых манометров — порядка 0,01–0,02 % верхнего предела, около ±7–15 кПа при пределе 70 МПа (10 000 psi); у тензометрических — в несколько раз хуже.
Повторяемость и дрейф: насколько одинаково манометр показывает одно и то же давление в разное время. Для градиента в одной скважине важны именно они: постоянная ошибка показаний линию сдвигает, но не наклоняет.
Температурная чувствительность: показания кварцевого датчика зависят от температуры. После остановки прибору нужно время, чтобы прийти в тепловое равновесие, иначе давление «плывёт»; современные датчики измеряют температуру в том же кристалле и вносят поправку.

Глубина часто вносит больше ошибки, чем манометр. Прибор привязывают к каротажу открытого ствола по записи гамма-каротажа (Гамма-каротаж и спектрометрия естественной радиоактивности): замер должен относиться к той же глубине, что и кривые, по которым выбран пропласток. Затем глубину по стволу пересчитывают в глубину по вертикали по данным инклинометрии (Расчёт траектории скважины по инклинометрии); градиенты и контакты считают только по вертикальным глубинам. Для градиента внутри одного пласта важны относительные глубины точек: постоянный сдвиг всех глубин линию не наклоняет. Для сравнения скважин, положения контактов и пересчёта к плоскости приведения нужны абсолютные глубины, а в наклонных скважинах ошибки инклинометрии в них достигают метров.

Случайная ошибка точки на графике «давление — глубина»

\sigma_p^2 = \sigma_{\text{м}}^2 + (G\,\sigma_z)^2

мұндағы:

$\sigma_p$ случайная ошибка пластового давления, отнесённого к своей глубине, Па
$\sigma_{\text{м}}$ повторяемость манометра на точке (вместе с тепловыми эффектами), Па
$G$ градиент давления флюида в пласте, Па/м
$\sigma_z$ случайная ошибка глубины по вертикали, м

Бірліктер: СИ (на практике кПа, кПа/м и м)

Мына жағдайда орындалады

ошибки давления и глубины случайны и независимы;
систематические ошибки — общий сдвиг глубин, постоянная ошибка манометра — сюда не входят: они сдвигают линию, но не меняют её наклон; ошибка, растущая с глубиной (растяжение кабеля, ошибка инклинометрии), меняет и наклон.

Ошибка глубины входит, умноженная на градиент: в воде она весит в полтора раза больше, чем в нефти, и примерно в пять раз больше, чем в газе. Ошибка 0,3 м по вертикали в нефти — около 2 кПа, в десятки–сотни раз больше разрешения кварцевого манометра.

График «давление — глубина» по набору претестов

Результат съёмки — таблица претестов по глубинам. Её обрабатывают по порядку: сначала классифицируют каждый замер, затем проводят линии через кондиционные точки и только потом делают выводы о флюидах и контактах. Линию через много точек проводят методом наименьших квадратов:

Градиент давления по точкам методом наименьших квадратов

G = \frac{\sum_i (z_i - \bar z)\,p_i}{\sum_i (z_i - \bar z)^2},\qquad s_G = \frac{s}{\sqrt{\sum_i (z_i - \bar z)^2}}

мұндағы:

$G$ градиент давления — наклон прямой, Па/м
$z_i,\ p_i$ глубина по вертикали и пластовое давление $i$ -го кондиционного замера, м, Па
$\bar z$ средняя глубина кондиционных точек, м
$s$ среднеквадратичное отклонение точек от прямой, $\sqrt{\sum e_i^2/(n - 2)}$ , где $e_i$ — отклонение точки от прямой, $n$ — число точек (два параметра прямой уже подобраны), Па
$s_G$ стандартная ошибка градиента, Па/м

Бірліктер: любые согласованные (на практике МПа и м; градиент — в кПа/м)

Мына жағдайда орындалады

все точки принадлежат одной непрерывной фазе в гидростатическом равновесии и одной гидродинамически связанной системе;
ошибки точек случайны и одинаковы по величине; точки с известным смещением — перезаряд, незаконченное восстановление — исключены заранее;
плотность флюида в интервале постоянна; для высоких газовых столбов это не так (давление в столбе газа).

Прямая проходит через точку со средними глубиной и давлением. Ошибка наклона тем меньше, чем меньше разброс точек и чем шире интервал глубин: крайние точки весят больше средних. Плотность флюида — $\rho = G/g$ , её стандартная ошибка — $s_G/g$ (о стандартной ошибке).

Претесты новой скважины в нефтяной оторочке залежи из темы о пластовом давлении

Глубина, м: 2470,5
Раствор, МПа: 29,184
Конечное давление, МПа: 27,4635
Подвижность, мД/(мПа·с): 85
Запись: стабилизация

Глубина, м: 2476,0
Раствор, МПа: 29,248
Конечное давление, МПа: 27,4307
Подвижность, мД/(мПа·с): < 0,1
Запись: давление ещё растёт

Глубина, м: 2481,5
Раствор, МПа: 29,313
Конечное давление, МПа: 27,5397
Подвижность, мД/(мПа·с): 240
Запись: стабилизация

Глубина, м: 2487,0
Раствор, МПа: 29,378
Конечное давление, МПа: 27,5807
Подвижность, мД/(мПа·с): 36
Запись: стабилизация

Глубина, м: 2492,5
Раствор, МПа: 29,443
Конечное давление, МПа: 27,6179
Подвижность, мД/(мПа·с): 120
Запись: стабилизация

Глубина, м: 2498,0
Раствор, МПа: 29,507
Конечное давление, МПа: 29,504
Подвижность, мД/(мПа·с): —
Запись: равно давлению раствора

Глубина, м: 2503,5
Раствор, МПа: 29,572
Конечное давление, МПа: 27,6964
Подвижность, мД/(мПа·с): 148
Запись: стабилизация

Глубина, м: 2509,0
Раствор, МПа: 29,637
Конечное давление, МПа: 27,7338
Подвижность, мД/(мПа·с): 15
Запись: стабилизация

Глубина, м: 2514,5
Раствор, МПа: 29,702
Конечное давление, МПа: 27,7746
Подвижность, мД/(мПа·с): 64
Запись: стабилизация

Глубина, м: 2520,0
Раствор, МПа: 29,766
Конечное давление, МПа: 27,8141
Подвижность, мД/(мПа·с): 2,1
Запись: стабилизация

Глубина, м: 2526,5
Раствор, МПа: 29,843
Конечное давление, МПа: 27,9046
Подвижность, мД/(мПа·с): 0,35
Запись: стабилизация

Глубина, м: 2531,0
Раствор, МПа: 29,896
Конечное давление, МПа: 27,8897
Подвижность, мД/(мПа·с): 9,5
Запись: стабилизация

Глубина, м	Раствор, МПа	Конечное давление, МПа	Подвижность, мД/(мПа·с)	Запись
2470,5	29,184	27,4635	85	стабилизация
2476,0	29,248	27,4307	< 0,1	давление ещё растёт
2481,5	29,313	27,5397	240	стабилизация
2487,0	29,378	27,5807	36	стабилизация
2492,5	29,443	27,6179	120	стабилизация
2498,0	29,507	29,504	—	равно давлению раствора
2503,5	29,572	27,6964	148	стабилизация
2509,0	29,637	27,7338	15	стабилизация
2514,5	29,702	27,7746	64	стабилизация
2520,0	29,766	27,8141	2,1	стабилизация
2526,5	29,843	27,9046	0,35	стабилизация
2531,0	29,896	27,8897	9,5	стабилизация

Давления абсолютные, глубины по вертикали; «раствор» — давление в стволе перед установкой прибора. Раствор на водной основе плотностью 1,20 г/см³. Данные условные.

Есептеу мысалыГрадиент нефти и плотность нефти в пласте по набору претестов

Бастапқы деректер (шартты)

Претесты: таблица выше: 12 точек от 2470,5 до 2531,0 м
Ориентир для перезаряда: подвижность меньше примерно 1 мД/(мПа·с) и точка правее линии кондиционных замеров
Ускорение свободного падения: 9,81 м/с²

Шешім

Классификация. На 2498,0 м конечное давление отличается от давления раствора всего на 3 кПа — негерметичность. На 2476,0 м к концу времени на точке давление ещё росло — плотный пласт, замер лишь нижняя граница. На 2526,5 м давление стабилизировалось, но подвижность 0,35 мД/(мПа·с) — кандидат в перезаряд. Остальные 9 точек — кондиционные.
Метод наименьших квадратов по 9 точкам: средняя глубина $\bar z = 2501{,}1$ м, среднее давление 27,6789 МПа, $\sum (z_i - \bar z)^2 = 3092$ м²; градиент $G = 7{,}065$ кПа/м.
Отклонения точек от прямой — от −1,26 до +1,33 кПа; $s = 1{,}02$ кПа, $s_G = 1{,}02/\sqrt{3092} = 0{,}018$ кПа/м.
Плотность нефти в пласте: $\rho = G/g = 7{,}065/9{,}81 = 0{,}720$ г/см³, стандартная ошибка — 0,002 г/см³.
Проверка подозрительных точек. На 2526,5 м прямая даёт 27,8587 МПа, замер выше на 46 кПа — в 45 раз больше разброса $s$ : это перезаряд. Точка 2476,0 м ниже прямой на 71 кПа — восстановление не закончилось.
Если по ошибке оставить в обработке перезаряженную точку, градиент станет 7,35 кПа/м (плотность 0,749 г/см³), а вместе с незаконченным замером — 7,74 кПа/м (0,789 г/см³).
Контроль глубин по раствору: давление в стволе растёт от 29,184 до 29,896 МПа на 60,5 м, то есть на 11,77 кПа/м — плотность 1,20 г/см³, как у раствора. Репрессия на кондиционных точках — от 1,72 до 2,01 МПа.

Жауап: Градиент нефти — 7,065 ± 0,018 кПа/м, плотность нефти в пласте — 0,720 ± 0,002 г/см³; из 12 претестов в обработку вошли 9.

Бұл нені білдіреді. Градиент совпадает с линией нефти, найденной для этой залежи в теме Пластовое давление и температура (7,07 кПа/м): новая скважина вскрыла ту же гидродинамическую систему, а линия по девяти точкам надёжнее линии по двум. Разброс около 1 кПа в десятки–сотни раз больше разрешения кварцевого манометра: его дают глубины — 0,15 м по вертикали в нефти уже дают 1 кПа — и мелкие эффекты на каждой точке. Две «плохие» точки, оставленные в обработке, завысили бы плотность на 10 %: нефть приняли бы за заметно более тяжёлую, а контакт по такой линии сместился бы. Данные примера условные.

ЕсептеуПретесты из примера. Слева — давление по глубине: точки пластового давления, прямая по кондиционным точкам и давление столба раствора; точка негерметичности лежит на линии раствора. Справа — отклонения от прямой в килопаскалях: кондиционные точки в пределах ±1,5 кПа, перезаряд и незаконченное восстановление далеко в стороне.

Порядок обработки

1) отбраковать негерметичные и нестабилизированные замеры; 2) отметить точки с низкой подвижностью; 3) провести линии через кондиционные точки; 4) проверить отклонения подозрительных точек; 5) только по чистым линиям находить плотности, контакты и давление на плоскости приведения.
Давление раствора на всех точках должно лечь на одну прямую с градиентом, отвечающим плотности раствора: выпадающая точка выдаёт ошибку глубины или манометра.

Для чего нужны замеры давления

Что получают из съёмки опробователем

Задача: Начальное пластовое давление каждого пласта
Что берут из замеров: давление кондиционных точек, приведённое к плоскости приведения
Подробнее: Пластовое давление и температура, Общее уравнение материального баланса нефтяной залежи

Задача: Тип и плотность флюида в пласте
Что берут из замеров: градиенты по кондиционным точкам
Подробнее: этот урок

Задача: Контакты и зеркало свободной воды
Что берут из замеров: пересечения линий разных флюидов
Подробнее: основы, Градиенты давления, контакты флюидов и капиллярное равновесие

Задача: Режим давления и проектирование скважин
Что берут из замеров: давление против нормального гидростатического; репрессия
Подробнее: Аномальные пластовые давления: происхождение, прогноз, распознавание, Расчёт обсадных колонн

Задача: Сообщаемость пластов и барьеры
Что берут из замеров: общие или раздельные линии; ступени давления
Подробнее: Замеры давления в разрабатываемых пластах: барьеры и точность

Задача: Выбор интервалов для проб и перфорации
Что берут из замеров: подвижность по претестам
Подробнее: Отбор проб пластовых флюидов

Задача	Что берут из замеров	Подробнее
Начальное пластовое давление каждого пласта	давление кондиционных точек, приведённое к плоскости приведения	Пластовое давление и температура, Общее уравнение материального баланса нефтяной залежи
Тип и плотность флюида в пласте	градиенты по кондиционным точкам	этот урок
Контакты и зеркало свободной воды	пересечения линий разных флюидов	основы, Градиенты давления, контакты флюидов и капиллярное равновесие
Режим давления и проектирование скважин	давление против нормального гидростатического; репрессия	Аномальные пластовые давления: происхождение, прогноз, распознавание, Расчёт обсадных колонн
Сообщаемость пластов и барьеры	общие или раздельные линии; ступени давления	Замеры давления в разрабатываемых пластах: барьеры и точность
Выбор интервалов для проб и перфорации	подвижность по претестам	Отбор проб пластовых флюидов

В неразрабатываемой залежи пропластки одной гидродинамической системы ложатся на общие линии давления. Если пласты разделены непроницаемыми прослоями или разломами, их точки могут лежать на разных, смещённых друг относительно друга линиях — признак разных систем, которые придётся разрабатывать и учитывать в балансе по отдельности. В скважинах, пробуренных уже во время разработки, по профилю видно, какие пропластки истощены, а какие поддержаны закачкой: тема Замеры давления в разрабатываемых пластах: барьеры и точность.

Контакты по пересечению линий давления в основах разобраны в теме о пластовом давлении; с капиллярным равновесием, переходной зоной и ловушками интерпретации — в теме Градиенты давления, контакты флюидов и капиллярное равновесие. Испытание пласта на трубах (ИПТ) дополняет опробователь: оно исследует пласт на большем удалении от скважины и даёт приток на поверхность (Гидродинамические исследования: цели и виды).

Терминдер мен белгілер

Опробователь пластов на кабеле (ОПК, WFT): прибор на каротажном кабеле для замеров пластового давления, оценки подвижности и отбора проб в открытом стволе; метод также называют гидродинамическим каротажем (ГДК).
Претест: отбор нескольких кубических сантиметров флюида поршнем прибора с записью депрессии и восстановления давления.
$p_{\text{гс}}$ и $p_{\text{пл}}$: давление столба раствора в стволе и пластовое давление на глубине замера (стабилизированное давление восстановления).
Подвижность по депрессии $(k/\mu)_d$: отношение проницаемости к вязкости по установившейся депрессии претеста; характеризует фильтрат в нескольких сантиметрах породы у зонда.
Кондиционный замер: стабилизированный, подтверждённый повторным тестом замер без признаков перезаряда и негерметичности.
Перезаряд (суперзарядка): превышение давления у стенки над пластовым из-за фильтрата раствора; заметен в плотных пропластках.
Ёмкость прибора $S$: объём жидкости в проточной линии и камере претеста, умноженный на её сжимаемость; задаёт время стабилизации.

Жиі қателіктер

Қате

«Последнее давление на записи — это пластовое давление».

Шын мәнінде

Только если давление стабилизировалось. Если оно ещё растёт, это нижняя граница: в плотном пропластке до пластового давления могут не хватать десятки килопаскалей.

Қате

«Точка правее линии — значит, пропласток с другим, аномальным давлением».

Шын мәнінде

Сначала проверяют подвижность и повторные тесты: в плотном пропластке это чаще всего перезаряд. Отдельную систему давления подтверждают несколько кондиционных точек на собственной линии.

Қате

«Подвижность по претесту — это проницаемость пласта по нефти, делённая на вязкость нефти».

Шын мәнінде

Это подвижность фильтрата в нескольких сантиметрах промытой породы у зонда. Для проницаемости берут вязкость фильтрата, а результат используют как относительный показатель.

Қате

«Манометр различает сотые доли килопаскаля, значит, и градиент так же точен».

Шын мәнінде

Разброс точек задают глубины и условия на каждой точке: 0,1 м по вертикали в нефти — уже 0,7 кПа. Точность градиента определяют число кондиционных точек, их разброс и интервал глубин.

Толық: тереңдетілген

Ёмкость прибора и время стабилизации

Между зондом и манометром — проточная линия и камера претеста, заполненные сжимаемой жидкостью. Чтобы давление в них выросло на 1 МПа, из пласта должен прийти объём $S$ — ёмкость прибора, то есть объём жидкости, умноженный на её сжимаемость; для сотен кубических сантиметров жидкости это десятые доли кубического сантиметра на мегапаскаль. Приток к зонду пропорционален разности пластового давления и давления у зонда. Получается то же уравнение, что для влияния ствола скважины при исследовании скважин, только с объёмом в сотни кубических сантиметров:

Давление у зонда с учётом ёмкости прибора

S\,\frac{\dd p}{\dd t} = -q_{\text{п}} + \frac{k/\mu}{K}\,(p_{\text{пл}} - p),\qquad \tau = \frac{S\,K}{k/\mu}

мұндағы:

$S$ ёмкость прибора: объём жидкости в линии и камере, умноженный на её сжимаемость, см³/МПа
$p$ давление у манометра, МПа
$q_{\text{п}}$ скорость отбора поршнем; во время восстановления — ноль, см³/с
$K$ постоянная зонда из формулы подвижности (39,02 для классического стандартного зонда), мД·МПа·с/(мПа·с·см³)
$k/\mu$ подвижность, мД/(мПа·с)
$\tau$ постоянная времени, с которой давление приближается к установившемуся значению, с

Бірліктер: см³, МПа, с; подвижность — мД/(мПа·с)

Мына жағдайда орындалады

приток к зонду квазиустановившийся: в породе у зонда давление перестраивается намного быстрее, чем в приборе;
ёмкость прибора постоянна; переходный сферический приток в пласте не учтён. Он даёт медленный «хвост» восстановления: последние килопаскали давление набирает не по экспоненте, а заметно медленнее, поэтому время стабилизации по этой оценке — нижняя граница, а при строгом критерии (доли килопаскаля) реальное время в несколько раз больше.

Давление приближается к установившемуся значению по экспоненте с постоянной времени $\tau$ , обратно пропорциональной подвижности. Чтобы отставание сократилось от депрессии $\Delta p_d$ до разрешения $\delta p$ , нужно время около $\tau\ln(\Delta p_d/\delta p)$ . При той же скорости отбора в плотном пропластке больше и $\tau$ , и депрессия, поэтому время стабилизации растёт даже быстрее, чем падает подвижность.

Есептеу мысалыСколько ждать стабилизации

Бастапқы деректер (шартты)

Претест на 2520,0 м: подвижность 2,1 мД/(мПа·с); отбор 5 см³ со скоростью 0,2 см³/с
Ёмкость прибора: $S = 0{,}25$ см³/МПа (принята)
Стабилизацию считают достигнутой: когда до пластового давления остаётся 0,1 кПа

Шешім

Постоянная времени: $\tau = 0{,}25\cdot 39{,}02/2{,}1 = 4{,}65$ с; поршень работает $5/0{,}2 = 25$ с — больше пяти $\tau$ , депрессия успевает установиться.
Установившаяся депрессия: $39{,}02\cdot 0{,}2/2{,}1 = 3{,}72$ МПа; к концу отбора набрано 99 % её, $\Delta p_d = 3{,}690$ МПа, и подвижность по этой депрессии завышена лишь на 0,7 %.
Время восстановления до 0,1 кПа: $4{,}65\cdot\ln(3{,}690/0{,}0001) = 49$ с.
Пропласток с подвижностью 0,1 мД/(мПа·с) при той же ёмкости: $\tau = 98$ с. Даже если уменьшить скорость отбора до 0,0095 см³/с, чтобы депрессия осталась той же, отбор 5 см³ займёт 9 мин, а стабилизация — ещё 17 мин.

Жауап: По модели ёмкости давление подходит к пластовому на 0,1 кПа примерно через 49 с после остановки поршня, в пропластке с подвижностью в двадцать раз ниже — через 17 мин. Это нижние границы.

Бұл нені білдіреді. Оценка учитывает только ёмкость прибора. Переходный сферический приток в пласте добавляет медленный «хвост» восстановления, и последние доли килопаскаля давление набирает в несколько раз дольше: в пропластке с подвижностью около 2 мД/(мПа·с) — минуты, а не десятки секунд. Время на точке ограничено риском прихвата и стоимостью работ, поэтому в плотных пропластках уменьшают объём и скорость отбора, а если и это не помогает, замер оставляют нестабилизированным и помечают как «плотный пласт». Ёмкость прибора в примере принята; в приборах её уменьшают, сокращая объём линии между зондом и манометром. Данные примера условные.

Какую проницаемость видит зонд

Подвижность по депрессии — честное измерение, но не того, что обычно хотят знать. На результат влияют четыре обстоятельства. Анизотропия. Флюид идёт к зонду и вдоль слоёв, и поперёк, поэтому в слоистой породе подвижность отражает сочетание горизонтальной и вертикальной проницаемостей и обычно лежит между сферической проницаемостью $(k_h^2 k_v)^{1/3}$ и горизонтальной. Промытая зона. Фильтрат течёт в присутствии остаточной нефти, и это эффективная, а не абсолютная проницаемость. Сопротивление у отверстия. Остатки корки, мелкие частицы и повреждённая порода у зонда добавляют перепад давления, как скин у скважины (Скин-фактор), и занижают подвижность. Малый объём. Сантиметры породы у стенки не представляют неоднородный пласт.

Поэтому подвижность по претестам используют как профиль относительной проницаемости по разрезу и как признак качества замера давления. Количественные оценки проницаемости по восстановлению давления после претеста, по многозондовым приборам с наблюдательным зондом на некотором расстоянии по вертикали и по двухпакерным испытаниям интервала разобраны в теме Перезаряд пласта и оценка проницаемости по опробователю.

Басқа тақырыптармен байланыс

Пластовое давление и температура — градиенты флюидов, нормальное и аномальное давление, контакты по двум точкам на зону.
Отбор проб пластовых флюидов — как тем же прибором отбирают пробы пластовых флюидов и следят за их загрязнением.
Скважина как среда измерений: зона проникновения и глинистая корка — зона проникновения и глинистая корка — откуда берётся перезаряд.
Гидродинамические исследования: цели и виды — испытание пласта на трубах и другие исследования, дополняющие опробователь.
Режимы фильтрации — сферический приток среди других геометрий потока.
Влияние ствола скважины — тот же механизм ёмкости, что в приборе, — в масштабе скважины.
Перезаряд пласта и оценка проницаемости по опробователю — как оценить перезаряд и проницаемость по восстановлению после претеста.
Градиенты давления, контакты флюидов и капиллярное равновесие — контакты, зеркало свободной воды и капиллярное равновесие по градиентам.
Замеры давления в разрабатываемых пластах: барьеры и точность — профили давления в разрабатываемых пластах: истощение, барьеры, точность.

Өзіңізді тексеріңіз

1
Претест классическим стандартным зондом: 8 см³ отобрано за 5,0 с, установившаяся депрессия — 0,52 МПа, вязкость фильтрата — 0,50 мПа·с. Найдите подвижность по депрессии и проницаемость по фильтрату.
Жауабын көрсету
$q = 8/5{,}0 = 1{,}6$ см³/с; $(k/\mu)_d = 39{,}02\cdot 1{,}6/0{,}52 \approx 120$ мД/(мПа·с); $k \approx 120\cdot 0{,}50 = 60$ мД. Это проницаемость промытой фильтратом породы в нескольких сантиметрах от стенки, а не проницаемость пласта по нефти.
2
После хода поршня давление в линии поднялось до 31,25 МПа и не меняется. Давление раствора до установки — 31,25 МПа, соседние кондиционные точки — около 28,9 МПа. К какому классу отнести замер?
1. А.Негерметичность пакера
2. Б.Кондиционный
3. В.Плотный пласт
4. Г.Перезаряд
Жауабын көрсету
Дұрыс жауап: А. Негерметичность пакера
Давление в линии равно давлению раствора и на 2,3 МПа выше соседних точек: пакер не изолировал участок стенки, и прибор измерил давление в стволе. Замер отбраковывают и переустанавливают прибор рядом. При перезаряде превышение — десятки килопаскалей, а не мегапаскали, и давление не совпадает с давлением раствора.
3
Стабилизированная точка лежит на 25 кПа правее линии соседних кондиционных замеров; её подвижность — 0,4 мД/(мПа·с), у соседей — 20–200. Что вероятнее всего?
1. А.Отдельный пласт с аномально высоким давлением
2. Б.Ошибка манометра — нужно перекалибровать прибор
3. В.Негерметичность пакера
4. Г.Перезаряд плотного пропластка — точку исключают из градиента
Жауабын көрсету
Дұрыс жауап: Г. Перезаряд плотного пропластка — точку исключают из градиента
Низкая подвижность и смещение вправо при стабилизированной записи — типичные признаки перезаряда: фильтрат поднимает давление у стенки плотного пропластка. Отдельную систему давления подтвердили бы несколько кондиционных точек с нормальной подвижностью на своей линии; при негерметичности давление было бы равно давлению раствора.
4
В наклонной скважине с зенитным углом 35° два кондиционных замера в водоносном пласте разделены 40 м по стволу и различаются на 0,346 МПа. Найдите градиент и плотность воды. Что получится, если по ошибке взять расстояние по стволу?
Жауабын көрсету
По вертикали $40\cdot\cos 35^\circ = 32{,}77$ м; градиент $0{,}346/32{,}77 = 10{,}56$ кПа/м, плотность $10{,}56/9{,}81 = 1{,}08$ г/см³ — минерализованная вода. По стволу вышло бы $0{,}346/40 = 8{,}65$ кПа/м и 0,88 г/см³: вода «превратилась» бы в нефть.
5
Что сильнее влияет на градиент в водоносном пласте (около 10,4 кПа/м): случайная ошибка глубины по вертикали 0,3 м или разрешение кварцевого манометра 0,01 кПа?
Жауабын көрсету
Ошибка глубины даёт $0{,}3\cdot 10{,}4 \approx 3$ кПа на точку — в сотни раз больше разрешения манометра. Поэтому точность градиента определяют привязка глубин и инклинометрия, а также число точек и интервал между крайними из них.
6
Скорость отбора та же, а подвижность пропластка в 10 раз меньше. Как изменится время стабилизации давления после претеста?
1. А.Не изменится
2. Б.Вырастет в 10 раз
3. В.Уменьшится в 10 раз
4. Г.Вырастет больше чем в 10 раз
Жауабын көрсету
Дұрыс жауап: Г. Вырастет больше чем в 10 раз
Постоянная времени $\tau = SK/(k/\mu)$ вырастет в 10 раз, и депрессия при той же скорости тоже вырастет в 10 раз. Время $\tau\ln(\Delta p_d/\delta p)$ поэтому увеличится больше чем в 10 раз: к росту $\tau$ добавляется рост логарифма.

Жаңартылған: 15 октября 2026 г.