文摘

在简要概述基于地层压力的测定方法及其特性,随钻地层压力测试的主要原则(FPTWD)和现有的物理模拟系统,和现有的物理模拟系统的不足也进行了讨论。因此开发高精度实验室物理模拟系统模拟FPTWD的井下测试环境和测试过程。目前实验系统设计20000 psi,忍受压力和压力的相对控制精度大约0.02% FS。两种人造标本和10 - 110 mD的渗透率是用来测试的压力反应,来验证当前物理仿真系统。调试结果表明,稳定条件下的变异幅度大约0.07 psi, 0.08 psi, 0.11 psi,和0.11 kN的环形压力、孔隙压力、围压,分别和推力。因此,高控制精度约±1.0 psi在稳定条件下。实验结果表明,撤军的压力迅速下降下降阶段形成液体慢慢复苏。压力下降幅度也随渗透率,而振幅随渗透率压力积累。压力变化的趋势几乎是相同的现在和以前的系统,和目前的压力曲线系统非常流畅,比以前的系统。解释地层压力的相对误差小于1%和4%的现在和以前的系统,分别。 In addition, this physical simulation system has important applications to verify the interpretation model, to analyze pressure response recorded by FPTWD tools, to test the capability and design of FPTWD tools, and to calibrate the formation pressure, formation parameters, and instrument factors.

1。介绍

孔隙压力,也称为地层孔隙压力、地层压力,指的是流体(油、气、水)压力多孔岩层的孔隙空间1,2]。一般来说,正常的孔隙压力随深度以恒定梯度(即。、静水压力梯度);如果孔隙压力低或高于静水压力或正常地层压力,它是一个异常孔隙压力(3,4]。当孔隙压力高于正常的孔隙压力,超压或异常高孔隙压力;而当孔隙压力低于正常孔隙压力,压力不足或低于正常的孔隙压力(5,6]。异常孔隙压力有很多影响勘探、开采、利用的活动地球geo-energy和geo-resources深处,如石油钻井、科学钻探、石油开采、地热开发、有限公司₂地质封存、核废物处理(7- - - - - -11]。

在石油钻井和科学钻探的过程中,孔隙压力是最重要的参数之一的钻探计划;它可以用来优化钻井液密度、井筒配置和压力控制设备。如果不能准确地预测孔隙压力异常,一些非常复杂的井下事故,如流体涌入,天然气踢、溢流、井喷,和泥浆损失,甚至发生井喷失控,会发生井漏在严重的情况下,这显然增加了钻井风险,周期和费用(5,6]。在石油开采过程中,孔隙压力是一个重要的石油和天然气开发的基本参数;它可以用来描述储层的类型,估计地质储量,确定油气储层的能量,并进行生产的预测性能,决定了地层流体性质,发展模式,和最终的复苏12]。地热开发的过程中,孔隙压力产生重大影响的动态生产性能和地热资源恢复(13,14]。有限公司的过程中₂地质封存和核废物处置,孔隙压力影响的注入能力有限公司₂或核废料,它还有一个显著的影响在长期存储容量15,16]。因此,它是非常重要的,以确定石油钻井的地层压力,科学钻探、石油开采、地热开发、有限公司₂地质封存、和核废物处置。

目前,有五种常规方法,可用于确定地层压力,比如地震方法,指数法、测井方法、钻柱测试(DST)和绳索抽地层测试(WFT) [5,6]。然而,这些方法通常是低精度、实时差,使得实时准确地检测地层压力变得非常困难。为了克服上述问题,在传统的基础上WFT和随钻测量技术、随钻地层压力测试的概念(FPTWD)提出。FPTWD测试器是安装在底部钻具组合(BHA),以及地层压力测试过程中的一个短暂停在钻井作业(3,4]。因此,地层压力的检测变得更加准确和实时的。由于FPTWD试验机的最大优势,中石油、中石化和中海油,中国也开始进行FPTWD工具的研究和开发。但是在中国还没有成熟FPTWD产品;主要原因是缺乏一个验证方法FPTWD工具。

因此,本文的目的是概述的测定方法和地层压力测试的主要原则,引入一个新的FPTWD物理模拟系统及其应用。节2地层压力的常规测定方法及其特性,介绍了FPTWD的主要原则和综述了FPTWD现有物理模拟系统,和现有的物理模拟系统的不足也进行了讨论。节3,一种新的FPTWD物理模拟系统设计;这个物理模拟系统的关键部分,如样本量,核心持有人,控制系统,和主要操作程序,已经介绍了。节4介绍了两种典型实验来验证当前物理模拟系统;调试结果、测试结果和讨论也进行了讨论。

2。概述的地层压力的决心

2.1。传统的地层压力的确定方法

为了使用孔隙压力指导勘探、开发、和利用活动深入地球geo-energy geo-resources,因此许多学者已经提出了预测或孔隙压力的检测方法。孔隙压力预测的基本理论是基于Terzaghi和毕奥的有效应力法,这表明,孔隙压力是总应力和有效应力的函数(5]。换句话说,当总应力和有效应力,孔隙压力可以由使用Terzaghi和毕奥的有效应力法。总压力,可以很容易地确定地静压力的形成,而有效应力的测定通常是更加困难。1965年,Hottmann和约翰逊最早研究对页岩地层孔隙压力预测(17];他们的发现被称为正常压实理论。从那时起,许多孔隙压力预测方法提出了基于电阻率、声波传播时间,自然潜力,地震波速度,和其他测井数据(5]。

根据基本理论,传统的孔隙压力预测方法可以分为两大类:(1)基于正常压实趋势预测方法(NCT):英国的决心是至关重要的;最常用的方法包括等效深度法(18),伊顿的方法(19,20.伊顿的方法[],和修改21];使用日志数据包括电阻率、声波传输时间,和自然的潜力,和(2)预测方法基于有效应力理论:确定NCT是不必要的;最常见的使用方法包括鲍尔斯的方法(22),米勒的方法(5],τ方法[23),张的方法(24[25]],Eberhart-Phillips的方法;这些方法主要是由使用声波测井数据和其他测井数据。由于压实理论适用于泥岩或页岩的形成,因此,这些方法可以用来预测泥岩或页岩地层孔隙压力。目前,困难是预测碳酸盐岩地层的孔隙压力(26]。根据获得的顺序,常规孔隙压力预测或检测方法可以分为三类:(1)Predrill孔隙压力预测:预测孔隙压力可以通过提取出地震波速度从地球物理勘查数据,但地震数据所需的空间分辨率往往缺乏准确的孔隙压力预测(1]。因此,这种方法通常适用于孔隙压力预测新的勘探领域或新开发井。(2)钻井期间孔隙压力检测:孔隙压力可以使用钻井参数,检测到的理论基础仍然是正常压实理论,在渗透的速度(ROP)数据用于确定NCT)和最常用的方法包括指数法和σ指数法(5,6),但检测精度很差。(3)Postdrill孔隙压力预测或检测:Postdrill孔隙压力预测,主要是指logging-based预测方法;正常压实理论和有效应力理论可以使用;和电阻率、声波传播时间、自然的潜力,和其他测井数据是合适的。postdrill孔隙压力检测,主要的方法包括DST和WFT27- - - - - -29日];这两个方法可以精确地确定测试孔隙压力,但DST和WFT费时、低效、高成本。此外,WFT工具通常是很难达到高度斜井和水平井,还有坚持管的风险,偷懒,和钓鱼在地层压力测试3,4]。

2.2。随钻地层压力测试(FPTWD)

为了提高孔隙压力的检测精度,一些新需求提出了WFT的应用。在1990年代的中后期阶段,传统WFT的基础上和随钻测量技术,国外油田技术服务公司提出的概念随钻地层压力测试(FPTWD)克服DST和WFT的缺点。的探测类型FPTWD测试仪是安装在底部钻具组合(BHA),以及地层压力测试过程中的一个短暂停在钻井作业。

1999年,探路者公司开发了第一个FPTWD测试仪,也就是说,钻井地层测试器(DFT),双封隔器的结构设计,如图1;DFT测试的主要流程如下(30.):(1)定位DFT的井下位置通过使用伽马测井数据;(2)发送一个命令来激活开始井下DFT和设置封隔器;(3)让井下DFT启动测试序列,包括压降、压力增加,未密封的过程。然而,由于橡胶封隔器之间的摩擦效应和井壁,包装工队很容易损害在钻柱的旋转;因此,这两个封隔器无法密封井眼环空和整个测试失败了。

2002年,哈里伯顿公司开发了一种探测类型FPTWD tester, Geo-Tap系统,来解决上面提到的问题(31日]。图2(一个)显示了典型的探测类型的主要组件FPTWD tester,人物2 (b)显示了FPTWD测试仪的主要工作流程,和图2 (c)显示了FPTWD测试仪的压力响应曲线。如数据所示2(一个)和2 (b)FPTWD测试,主要流程如下:(1)提升或降低钻柱定位的井下位置FPTWD测试仪;(2)发送一个命令来激活井下FPTWD测试仪开始;(3)让井下FPTWD测试仪发射地层压力测试的测试序列;如图2 (c)主要包括五个阶段,测试序列(3,4]:(A)进行预测阶段,(B)组封隔器阶段,(C)压力下降阶段,阶段,(D)压力增加和(E)后续测试阶段;(4)反应的压力测试后,井下FPTWD测试过程的压力响应曲线,然后表面处理结果上传,和测试序列完成;(5)一旦井下数据上传完成后,自动测试序列结束,然后是钻井操作可以继续。

从那以后,各种各样的油田技术服务公司也开发了几种探测类型FPTWD测试人员:贝克公司开发Tes-Trak系统魏泽福斯伦贝谢公司开发Stetho-Scope系统,公司开发了Compact-MFT系统(35]。的探测类型FPTWD测试仪是安装在底部钻具组合(BHA),以及地层压力测试过程中的一个短暂停在钻井作业。FPTWD测试仪开始地层压力测试在短时间内只要水井;也就是说,泥浆侵入过程刚刚开始,所以测量孔隙压力是更准确的3,4]。此外,由于FPTWD测试人员可以确定孔隙压力没有消除钻孔的钻柱,它可以克服的缺点DST和WFT, FPTWD是实时、高精度、高效率的孔隙压力的检测,以及WFT遇到的困难高度斜井和水平井也解决了。

由于FPTWD测试仪的优点,中石油、中石化和中海油的中国也开始组织FPTWD工具的研究与开发:栓和合作者,在西南石油大学工作,开发了一个原型工具的探测类型FPTWD [35];赵和合作者,在中石油大庆钻探工程公司工作,开发了一个SDC-I FPTWD工具的类型和6口井进行了现场试验36];郑的合作者,在中石化石油工程研究所的工作,开发了一个原型工具的探测类型FPTWD [37]。总的来说,这些研究已经有了很大的进步,但是仍然存在不成熟FPTWD产品;主要原因是缺乏一个验证方法FPTWD工具,结果如下:(1)FPTWD工具的合理设计参数不是很清晰,如吸方案、吸水率、吸卷,调查和推动力量;(2)压力响应的理论模型和数据处理方法很难验证;(3)FPTWD工具的性能测试是非常困难的。因此,为了加快FPTWD工具的研究和开发的过程中,有必要开发一个物理模拟系统随钻地层压力测试。因此,本文旨在研制一种高精度FPTWD测试仪和物理模拟系统进行物理模拟系统中的应用。

2.3。FPTWD现有物理模拟系统

事实上,地层压力测试的过程实际上是一个流体渗流过程中多孔岩层的孔隙空间。最重要的阶段是主要的压力下降阶段和压力积累阶段。的地层压力、时间常数和累积大小可以由多个压力恢复曲线的线性回归(30.,31日,35]。一旦我们获得了时间常数和积累规模,形成流动性和流体压缩系数也可以确定,在流动性是指粘度渗透率的比值。此外,一些仪器因素,如探针几何形状因子,流线体积,减少压力和流量因素,需要校准之前FPTWD工具使用。如果这些仪器因素没有校准准确,FPTWD工具的计算结果不可信。

地层压力测试的物理模拟是一个非常重要的方面达到的目标上面提到的,但只有很少的实验室工作已经出版。1994年,Desbrandes和徐38)进行了WFT的压力瞬态试验系统,并实际泥浆循环系统或泥饼的影响有关;然而,实验仪器并不是介绍,这些测试在只有少数情况下进行和非常低的地层压力低于600 psi。

1995年,Ramakrishnan et al。39)设计了一个实验装置研究渗透率与应用程序形成半球形流测试人员;这个实验仪器可以通过探针在各向同性的液体流动压力。主要包括压力容器、橡胶外套,浮动活塞,probe-packer大会,两个泵,几个阀门,几个传感器,控制系统和计算机。标本被设计为两次的半径长度来测试各向异性渗透率。合成和天然岩石被用来进行围压的压力测量,探头尺寸、流量、和流动方向WFT的条件,但他们没有测试地层测试的压力反应。

2004年,李et al。40)设计了一个实验仪器分析压力瞬态记录由Geo-Tap FPTWD工具;实验装置主要由核心持有人、三缸,三个泵,减少活塞,两个传感器,三个螺线管,电气控制和可视化系统。虽然antipressure这实验仪器可以达到6000 psi的能力,他们报道~ 180实验,只有五个代表发表的病例,和这五个实验进行了非常高的渗透率高于982医学博士(医学博士982年医学博士,1946年和3649年mD)和介质地层压力低于2000 psi (500 psi、1500 psi和2000 psi)。

2014年,马和合作者(3,4)也为FPTWD系统开发了一个实验装置。主要包括工作平台、核心抓手,推动动作气缸,预备考试室,三个增压器,三个泵,七个阀门、控制主板,电脑。主要性能指标如下:试样直径100毫米,标本长度是50 - 200毫米(可调),围压是0 - 10000 psi精度为±0.5%,地层压力是0 - 10000 psi±0.5%的精度,环形压力是0 - 10000 psi精度为±0.5%,撤回体积0-25毫升±0.1%的精度,并减少流量是0 - 5毫升/秒的精度±0.1%。他们进行了大量的实验来验证分析模型的有效性,分析压力响应FPTWD记录的工具和测试FPTWD工具的功能和设计。有七个代表情况下发布,这些实验进行具中低渗透率低于120 mD (1.14 - -110.25 mD)和中地层压力低于3000 psi (2393 - 2973 psi)。

物理模拟系统可以被用来验证记录的解释模型和分析压力响应FPTWD工具。它也可以被用来校准仪器因素,孔隙压力,形成流动性和流体压缩系数。目前,只有三种实验设备已报告,只有很少的实验与压力相关的反应FPTWD已经出版。这个实验仪器不是用来校准FPTWD工具,也许因为物理仿真系统的精度要求非常高,和这些系统没有足够的精度。由于这些仪器因素,形成流动性和流体压缩系数对压力非常敏感;物理仿真系统的精度要求非常高。一般来说,压力传感器的分辨率在FPTWD工具大约是1.0 psi;因此,物理模拟系统的控制精度应尽可能接近1.0 psi。现有物理模拟的精度性能系统据报道很少;只有马和合作者(3,4提供了精密的表演,但压力±0.5%的精度的测量范围为0 - 10000 psi;就是全部的绝对精度约±50 psi,和校准FPTWD工具是不够的。因此,有必要开发一种高精度物理模拟系统调查的压力响应FPTWD记录的工具,来验证分析模型的有效性,并校准仪器因素,孔隙压力,形成流动性和流体压缩系数。

3所示。物理仿真系统的研究

3.1。系统设计

针对需要测试压力响应FPTWD记录的工具,测试FPTWD工具的功能和设计,验证模型,解释和校准仪器因素和FPTWD工具,物理模拟系统FPTWD设计能模拟FPTWD工具模拟井筒条件下的作用。根据FPTWD工具的测试原理,物理模拟系统的示意图如图3。物理仿真系统组成的基础,核心持有人,封隔器,推力杆,活塞进行预测,5个伺服电机,五减速器,五球螺丝,三缸,三船,7个阀门,三个安全阀,五个传感器,控制和测量线,几个液体线,驱动和控制系统,电脑。目前的物理仿真系统可以模拟测试环境,如地层压力、围压、环空压力、封隔器坐封。

3.2。样本容量确定

3.2.1之上。样品直径

FPTWD进行物理模拟的关键是确定的形状和大小等代表性样本。虽然标本160毫米直径和标本50 - 200毫米的长度(可调)节中给出3.1,我们应该讨论如何确定样本容量。因此,我们分析了井壁附近的压力分布之间的关系。考虑一个典型的渗流FPTWD问题,如图2(一个),分析模型的压力响应方程可以表示为 在压力传递系数给药

边界条件和初始条件如下: 在哪里是径向距离(米)η压力传递系数,孔隙度(%),是流体的粘滞性(cp),压力(psi),是形成球形渗透率(md),是综合压缩系数(ψ⁻¹),是时候,井筒半径(厘米),调查半径(厘米),是流体的撤回流量(cc / s),然后呢是初始孔隙压力(psi)。

根据(1),(2)和(3),我们可以通过使用拉普拉斯变换求解解析解,和理想的压力响应方程的解析解可以给出

假设一个典型的井筒条件5800 psi的孔隙压力,6000 psi的井筒压力,孔隙度为10.0%,渗透率10个医学博士1 mPa·s流体的粘滞性,综合压缩系数2.07×10⁻⁶ψ⁻¹井筒半径10.8厘米,探测半径1.0厘米,撤回的流量1毫升/秒。使用(4),如果取消时间是5 s,井壁附近的压力分布如图4。很明显发现,压降主要出现在测试探针,压降约1608 psi, 1158 psi, 836 psi, 536 psi, 268 psi, 143 psi, 53 psi的径向距离2厘米,3厘米,5厘米,7厘米,10厘米,20厘米,分别和40厘米。径向距离大于10厘米时,压降小于300 psi,当径向距离大于20厘米,压降小于150 psi;因此,径向距离达到一定值时,压力降必须足够小。换句话说,FPTWD的典型渗流问题可以被看作是一个有限的渗流问题的边界。因此,FPTWD的物理模拟是合理的和可行的。从这个角度来看,供给边界的合理比率为FPTWD探针应该高于10 - 20。一般来说,探针的直径大约是10毫米,建议和样本容量大于100毫米直径。

3.2.2。样品长度

如图5,FPTWD的渗流过程应该是半球形渗流问题。因此,我们应该调查控制物理模拟和FPTWD测试之间的关系。图中提供的物理模拟3孔隙压力是应用在正确的样品,和探针应用中心的样本的左端。因此,物理模拟的物理模型如图5;测量的压力是两个半球形的反映和线性流动。为了确保边界影响不影响压力测试和流动特性在很大程度上是半球形,下列条件强加(39]: 在哪里样品半径(厘米),样品的长度(厘米),是线性流的压降(psi /厘米),然后呢是半球形流的压降(psi /厘米)。

如图5中心,在圆柱坐标原点的左端和示例设在与样品的轴,孔隙流体的平衡方程可以表示为39]

边界条件和初始条件如下: 在哪里是径向距离(厘米),是轴向距离(cm),是样本长度(厘米),是样品半径(厘米)。

根据(6)和(7),我们可以解决理想的压降的解析解。 在哪里和贝塞尔函数。

在(8),右边的第一项属于半球形流项,在右边的第二项属于线性流。因此,根据的假设条件(5),线性流项应满足以下条件:

减少(9),我们可以获得

方程(10)提出了确定样本容量的关系。一般来说,调查大约10毫米直径;如果样品直径设置为100毫米,那么样品的长度应该是72毫米;如果样品直径设置为160毫米,那么样品的长度应该是114毫米。

测定样品直径和长度的基础上,考虑到需求更大的探测器,样本容量被推荐为直径160毫米和50 - 200毫米的长度,长度可调整从50毫米到200毫米,所以在物理模拟样本量的影响可以调查。

3.3。核心持有人

为了进行实验相关的高压(20000 psi),实验室配置了一个高压核心持有人可以同时承担孔隙压力,围压和井筒压力。核心的配置如图6;它主要由汽缸,两端帽、可调垫、密封环、推力杆、橡胶套、探针和封隔器,几个拉棒,和一些坚果。最大操作压力是20000 psi,能满足高压物理模拟的需求;因此,由操作压力引起的轴向力超过2800 kN。拉杆的配置适用于紧张,所以拉杆的配置适应的高操作压力对孔隙压力、围压和井筒压力。气缸的•冯•米塞斯应力分布如图7,最大应力发生在汽缸内壁,但如果使用组装配置,最大应力发生在圆柱体的外墙。因此,气缸不承担由操作压力引起的轴向力;它是有利于高压容器的安全。左和右端帽是由两个端帽由铰链连接,增强可操作性,因为后盖很重。端帽1是内部和端帽2是外面,和密封是由气缸提供后盖1,和密封环,后盖2只提供了由拉杆螺母压实效果。

3.4。控制系统

的难度控制系统是实现高精度控制。为了提高压力的控制精度,流量,和力量,采用高精度伺服控制系统,和核心组件由伺服控制器、同步电机、减速器、滚珠丝杠。根据物理模拟的要求,有五个闭环控制子系统,如地层压力、围压、环形压力、流量、撤回和推力,如图3和8。然而,根据控制目标,有三种控制子系统:(1)每个控制子系统的压力,如地层压力、围压,和环形压力,主要包括主控制器、数字模拟转换器、伺服控制器、同步电机、减速器、滚珠螺杆,活塞式液压缸,负荷、压力传感器、信号处理器。这三个控制子系统可以提供高精度地层压力、围压和环形压力模拟FPTWD的测试环境。每个压力的控制精度可以达到±5.0 psi的绝对压力,而这些压力传感器的测量精度±1.0 psi。(2)取消流量的各个控制子系统主要由主控制器、数字模拟转换器,伺服控制器,同步电动机,减速器,滚珠螺杆,活塞式液压缸,负荷、压力和位移传感器,信号处理器,位移传感器的配置来控制液体的撤回流量,而压力传感器配置为测量退出的压力。因此,撤销子系统可以进行高精度取消测试,但它不能执行撤回的伺服控制压力。撤回子系统有撤回0-25毫升量精度为±0.1%,0 - 5毫升/秒的压降流量精度为±0.1%,和压力测量精度±1.0 psi。(3)推力的个人控制子系统主要包括主控制器、数字模拟转换器、伺服控制器、同步电机、减速器、滚珠丝杠、负载、力和位移传感器、信号处理器。推力子系统是用来模拟的过程设置封隔器和提供封隔器密封。因此,推力推力子系统的控制是非常重要的。推力的控制精度达到±1.0% FS的相对价值,和封隔器的推力位移是40 - mm控制精度为±1.0% FS。

3.5。物理仿真系统

图9显示了物理仿真系统的真实照片。物理环境模拟器,由基础、核心持有人,封隔器,推力杆,一个减速器,滚珠螺杆1和伺服电动机1单独配置,由于其巨大的体积和重量。撤回子系统,由伺服控制器,同步电动机,减速器,滚珠螺杆,活塞缸,压力和位移传感器也是单独配置;因此,子系统有时需要FPTWD工具,取而代之的是一个真正的退出系统,如图9(b)。在实验平台上配置的其他元素,在伺服控制子系统是安装在底部的平台,计算机,驾驶和控制系统,压力量规,阀门,船只被安装在顶部的平台。这两个部分是由不锈钢管和连接电缆。通过这种方式,它有利于简化实验操作和确保实验安全。

主要性能指标如下:试样直径160毫米,标本长度是50 - 200毫米(可调),围压是0 - 20000 psi的精度0.02% FS,地层压力是0 - 20000 psi的精度0.02% FS,环形压力是0 - 20000 psi的精度0.02% FS,控制精度±1.0 psi压力稳定,封隔器是推力的15—50 kN的控制精度±1.0% FS,封隔器的推力位移是40 - mm控制精度为±1.0% FS,撤回体积0-25毫升±0.1%的精度,并减少流量是0 - 5毫升/秒的精度±0.1%。

3.6。主要操作程序

物理仿真系统的主要工作流程如下(如图3和9):(1)准备物理模拟实验。安装测试样本,拧紧螺栓,连接所有行。(2)注入液体容器。数字1 - 3关闭阀门,注入不同的液体三船,比如地层压力、地层流体对围压油,钻井泥浆的环形压力。(3)注入液体钢瓶。权力在物理模拟系统,关闭阀数字4 - 6,然后开启阀门数字1 - 3,控制伺服电动机数字2 - 4向相应的气缸吸入不同的液体。(4)把探头密封封隔器。数字1 - 3,关闭阀门,开启阀门数字4 - 6。首先,3号开始伺服电动机驱动减速器,滚珠螺杆,活塞移动到左边应用围压。其次,开始伺服电动机数字2和4驱动减速器,滚珠螺杆和活塞移动到左边独立应用地层压力和环形压力。注意,围压应该总是大于地层压力和环形压力。围压、地层压力和环形压力应该由计算机自动控制。(5)启动密封FPTWD测试序列。开阀7号;1号开始伺服电动机驱动探针设置和封隔器密封样品的右端,推力和位移应由计算机自动控制。(6)开始FPTWD的测试序列。如果使用撤销子系统,5号开始伺服电动机驱动减速器,滚珠螺杆,和活塞移动到正确的提取地层流体,撤回流量和体积必须由计算机自动控制,和5号压力传感器记录的反应压力下降。如果撤销系统真正的FPTWD工具使用,开始撤回系统提取地层流体,撤回的流量和体积必须由FPTWD自动控制的工具,内置5号压力传感器和压力传感器可以记录的反应压力下降。(7)测试FPTWD积聚压力的反应。如果使用撤销子系统、控制撤回子系统停止提取地层流体和等待压力增加;即停止伺服电动机5号等进行预测活塞压力增加,和5号压力传感器记录的反应形成压力。如果撤销系统真正的FPTWD工具使用,控制撤回系统停止提取地层流体,压力传感器5号和内置压力传感器可以记录压力增加的反应。压力增加乞讨之后,重复泵测试可以执行,操作员只需要重复步骤(6)步骤(7)。(8)结束FPTWD的测试序列。启动伺服电机数字2 - 4释放围压、地层压力,和环形压力;然后开始伺服电动机1号收回调查并开启封隔器。如果使用撤销子系统,启动伺服电机5号活塞泵的流体进行预测。如果撤销系统真正的FPTWD工具使用,泵流体控制退出系统。完成整个测试序列后,可进行重复检验,操作员只需要重复步骤(5)(8)。(9)完成测试。数字4 - 6,关闭阀门和独立的核心持有人采取样本。开启阀门数字1 - 3,并开始伺服电动机数字2 - 4泵液体钢瓶。(10)最后,关闭物理模拟系统,清理实验平台。

4所示。物理仿真系统的验证测试

4.1。测试标本

测试样品使用两种人造粉砂岩。采用x射线衍射(XRD)的仪器来确定两种人造沙泥岩的矿物成分。XRD测试结果表明,细和粗粉砂岩,富含石英,其次是粘土矿物、长石、方解石、矿物含量如表所示1。很明显发现细粉砂岩中石英含量低于粗粉砂岩,而细粉砂岩中粘土矿物的含量大于粗粉砂岩。这两种粉砂岩中细粒和茶色颜色。干密度是2.50克/厘米来衡量³和2.24克/厘米³分别为细粉砂岩和粗粉砂岩。采用扫描电子显微镜(SEM)观察这两种粉砂岩。如图10的粒度细粉砂岩主要范围从0.01毫米到0.05毫米,而粒度粗粉砂岩的主要范围从0.05毫米到0.10毫米。最后,岩石标本的大小直径160毫米,200毫米的长度从同质人造块切片。

4.2。测试步骤

为了验证当前物理模拟系统,已经进行了一系列的实验。使用的测试样品是人为的粉砂岩,渗透液体油。实验研究是在三个步骤进行:(1)饱和岩石标本通过模拟地层油;(2)测试物理仿真系统的控制精度;和(3)进行物理模拟实验基础上的主要操作过程物理模拟系统。图11显示了部分实验标本,其中一个被使用饱和模拟地层油,和一个钢样品被用来调试这个物理仿真系统。使用这种钢试样,这个物理仿真系统调试。后调试这个物理仿真系统,仿真实验进行了具高到低渗透率高10 - 200 mD和中长期形成的压力1500 - 5000 psi。在测试过程中,吸速率为0.5 3毫升/秒,吸入量是5 - 15毫升,吸入时间是3 - 5 s。大约20 kN推力。

4.3。调试结果

图12显示的调试结果环形压力、孔隙压力、围压和推力下给定值在1000秒。显然发现变异幅度大约是0.07 psi, 0.08 psi, 0.11 psi,和0.11 kN的环形压力、孔隙压力、围压,分别和推力。控制目标是1200 psi, 1150 psi, 1750 psi,和20 kN的环形压力、孔隙压力、围压,分别和推力。因此,推力也可以满足力值的控制精度±1.0%,所有这些压力参数的控制精度能满足压力值的±1.0 psi压力稳定的条件。因此,这个物理仿真系统是一个高精度的实验系统。

4.4。不同渗透率下测试结果

调试这个物理模拟系统后,进行了大量的实验来验证当前物理模拟系统,以验证分析模型的有效性,分析压力响应FPTWD记录的工具,和测试FPTWD工具的功能和设计。本文只选择了两个具有代表性的例子来验证这个物理仿真系统。图13显示了测试结果的压力响应两种不同渗透率(105.2 mD和10.2 mD)。围压控制是4500 psi,环形压力控制3900 psi,而控制地层压力为3000 psi。这些测试的一些特征参数列在表中2。显然发现当前物理仿真系统可以记录对不同渗透率非常光滑曲线的压力反应。压降和压力增加是清楚地记录下来。撤军的压力迅速下降的阶段撤出形成液体慢慢复苏。最低压力与渗透率降低,压降幅度也与渗透率降低。最后形成压力与渗透率降低,而压力增加幅度随渗透率。压力增加时间和渗透率降低。渗透率越高,地层流体的生产率越高。因此,高渗透性的压力增加要快得多,低渗透的情况。

4.5。讨论

4.5.1。与之前的系统的测试结果进行比较

本文前面的实验系统(3,4)也用于测试FPTWD的压力反应。这些实验的围压4500 psi,环形3900 psi的压力,地层压力3000 psi,标本大小直径100毫米和100毫米的长度。压力响应的测试结果为现在和以前的系统图所示14。很明显发现,压力变化的趋势几乎是相同的现在和以前的系统。十字架上的这两个压力绘制在图15,测试压力几乎是位于−20% + 40%的范围内,只有少数的压力并不是位于正常范围(数据图的红色圆圈15)。事实上,还存在一些重大的差异之间的压力反应系统和以前的系统。总的来说,本系统的压力曲线是平滑比以前的系统。阶段的压降,目前系统的压力曲线明显高于之前的系统,和压力曲线趋于线性与现行制度的取消时间下降,当压力曲线往往不平滑的下降与以前的取消时间系统。阶段的压力增加,压力曲线的系统的总体趋势基本一致,之前的系统,和压力曲线趋于平稳,指数与现行制度的取消时间增加,而压力曲线不平滑的和指数增加撤销时间之前的系统。高导磁率的标本( mD)的压力响应曲线非常接近彼此的现在和以前的系统。然而,对于低渗透标本( mD),压力增加曲线非常接近彼此的现在和以前的系统,虽然两个压降曲线的区别是非常重要的,即使是之前的系统不能捕获压力降的过程。误差这两个压力之间的压降阶段,初始阶段压力增加远远高于其他的阶段。1号标本误差小于±40%,而中间的错误和后期的压力增加明显小于±20%;2号样品的误差小于±60%,而中间的错误和后期的压力增加明显小于±20%。原因是由于不同的压力控制精度。在前面的系统中,压力的控制精度是不够的,所以压力不是很稳定,因此,压力反应是不光滑的。因此,目前的系统比以前要好得多。

4.5.2。地层参数的解释

地层压力测试的过程实际上是一个流体渗流过程中多孔岩层的孔隙空间。如图2,最重要的阶段是主要的压力下降阶段,压力积累阶段,和这两个阶段的压力响应可以表示如下(4]: 在恒定的给药 在哪里是皮肤系数,是水平渗透率(mD),是垂直渗透率(mD),压力校正系数,是撤回时间(s),是流体压缩系数(1 / psi),然后呢是流线体积(cc)。

通过使用(11)和(12),解释地层压力是列在表中3。显然发现现行制度的解释地层压力明显比以前的系统。使用之前的系统,绝对误差大约是−50.77 psi和−115.12 psi标本1号和2号,分别。在使用本系统,绝对误差大约是−4.88 psi和−26.78 psi标本1号和2号,分别。换句话说,绝对误差小于30 psi和120 psi的现在和以前的系统,分别。使用之前的系统,相对误差约1.75%和−−3.97%标本1号和2号,分别。在使用本系统,绝对误差大约是−0.17%和0.92%的标本1号和2号,分别。换句话说,相对误差小于1%和4%的现在和以前的系统,分别。此外,高导磁率条件下误差明显低于低渗透条件。总的来说,目前能满足地层压力校准的要求。

5。结束语

在本文中,所有的地层压力的测定方法及其特点进行了综述,包括predrill孔隙压力预测,孔隙压力检测在钻井期间,postdrill孔隙压力预测或检测(测井方法,钻柱测试(DST),电缆地层测试(WFT)),和随钻地层压力测试(FPTWD)。FPTWD的主要原则和现有FPTWD物理模拟系统,介绍了和现有的物理模拟系统的不足也进行了讨论。

一个实验室规模的高精度物理仿真系统的设计和开发模拟井下FPTWD工具的测试环境和测试过程。这个物理模拟系统的关键部分,如样本量,核心持有人,控制系统,和主要操作程序,已经介绍了。相比物理模拟系统,实验系统是为了忍受压力20000 psi。调试测试结果表明,变异幅度稳定条件下大约是0.07 psi, 0.08 psi, 0.11 psi,和0.11 kN的环形压力、孔隙压力、围压,分别和推力。因此,压力的控制精度达到±1.0 psi在稳定条件下,推力也可以满足力值的控制精度±1.0%。

大量的物理模拟实验来验证当前物理仿真系统。有两种不同的标本和10 - 110 mD的渗透率是用来测试FPTWD的压力反应。结果表明,撤军的压力迅速下降下降阶段形成液体慢慢复苏。目前系统可以记录一个非常光滑曲线的压力响应不同渗透率。

最低压力与渗透率降低,压降幅度也与渗透率降低。最后形成压力与渗透率降低,而压力增加幅度随渗透率。时间随渗透率压力积累。压力变化的趋势几乎是相同的现在和以前的系统;目前系统的压力曲线比以前的系统流畅。绝对误差小于30 psi和120 psi的现在和以前的系统,分别和相对误差小于1%和4%的现在和以前的系统,分别。高导磁率条件下的误差明显低于低渗透条件。

在本文中,只有两种类型的典型案例。由于精度高、高压的能力,这个物理仿真系统具有重要的应用。在未来,更多的物理实验应该进行进一步的检查和验证本系统的设计和应用验证分析模型的有效性,分析压力响应记录下FPTWD工具,测试FPTWD工具的功能和设计,和地层压力校准,形成流动性、流体压缩系数和仪器因素。

数据可用性

所有数据提供了完整的测试结果部分。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是支持的年轻精英科学家赞助项目由中国科学技术协会(批准号2017 qnrc001),中国国家自然科学基金(批准号51604230),中国博士后科学基金(批准号2016 m600626和2017 t100592),和科学研究基金会国际合作与交流的四川(批准号2016 hh0001)。