Well Testing

[borhanz]

Transient Well Testing​

Pressure transient testing is designed to provide the engineer with a quantitative analysis of the reservoir properties. A transient test is essentially conducted by creating a pressure disturbance in the reservoir and recording the pressure response at the wellbore, i.e., bottom-hole flowing pressure Pwf , as a function of time.​

The pressure transient tests most commonly used in the petroleum industry include:​

pressure drawdown test​

pressure build up test​

multi-rate test​

interference test​

pulse test​

(drill stem test (DST​

fall-off test​

injectivity test​

step rate test​

-----------------------------------------------------------------------------​

The Objectives of Well Test​

Reservoir evaluation​

( Deliverability (conductivity; kh​

Design of well spacing​

Number of wells​

Wellbore stimulation​

( Properties (initial reservoir pressure​

Potential energy of the reservoir​

( Size (reservoir limits​

• Closed or open (with aquifer support) reservoir boundaries​

( Near well conditions (skin, storage and turbulence​

Reservoir management​

Monitoring performance and well conditions​

Reservoir description​

Fault, Barriers​

Estimation of bulk reservoir properties​

-------------------------------------------------------------------------------------------------​

Some of the information that can be obtained from a well test includes:​

Drawdown tests​

Pressure profile​

Reservoir behavior​

Permeability​

Skin​

Fracture length​

Reservoir limit and shape​

Buildup tests ​

Reservoir behavior​

Permeability​

Fracture length​

Skin​

Reservoir pressure​

Boundaries​

DST test​

Reservoir behavior​

Permeability​

Skin​

Fracture length​

Reservoir limit​

Boundaries​

Falloff tests​

Mobility in various banks​

Skin​

Reservoir pressure​

Fracture length​

Location of front​

Boundaries​

Interference and pulse tests​

Communication between wells​

Reservoir-type behavior​

Porosity​

Interwell permeability​

Vertical permeability​

Layered reservoir tests​

Horizontal permeability​

Vertical permeability​

Skin​

Average layer pressure​

Outer boundaries​

Step-rate tests ​

Formation parting pressure​

Permeability​

Skin​

----------------------------------------------​

There are several excellent technical and reference books that comprehensively and thoroughly address the subject of well testing and transient flow analysis, in articular:​

( C. S. Matthews and D. G. Russell, Pressure Buildup and Flow Test in Wells (1967​

( Robert Earlougher, Advances inWell Test Analysis (1977​

(John Lee, Well Testing (1982​

( M. A. Sabet, Well Test Analysis (1991​

(Roland Horn, Modern Well Test Analysis (1995
​

In next article

​

Decline Curve Analysis Model​

Material Balance Analysis Model


​

Borhan Zarei ​

 

[borhanz]

Single-well test and Multiple-well test

Single-well test and Multiple-well test

​

Single-well test and Multiple-well test​

​

When the flow rate is changed and the pressure response is recorded in the same well, the test is called a “single-well test.​

Examples of single-well tests are drawdown, buildup, injectivity, falloff and step-rate tests.​

When the flow rate is changed in one well and the pressure response is recorded in another well, the test is called a “multiple-well” test.​

Examples of multiple-well tests are interference and pulse tests.​

​

Single-well tests provide valuable reservoir and well characteristics that include flow capacity kh, wellbore conditions, and fracture length as examples of these important properties.​

However, these tests do not provide the directional nature of reservoir properties (such as permeability in the x,y, and z direction) and have inabilities to indicate the degree of communication between the test wells and adjacent wells.​

​

Multiple-well tests are run to determine: ​

● the presence or lack of communication between the test well and surrounding wells;​

● the mobility–thickness product kh/μ;​

● the porosity–compressibility–thickness product φcth;​

● the fracture orientation if intersecting one of the test wells;​

● the permeability in the direction of the major and minor axes.​

 

[borhanz]

Injection Well Testing

Injection Well Testing

Injection Well Testing​

Injectivity testing is a pressure transient test during injection into a well. Injection well testing and the associated analysis are essentially simple, as long as the mobility ratio between the injected fluid and the reservoir fluid is unity.​

Earlougher (1977) pointed out that the unit-mobility ratio is a reasonable approximation for many reservoirs under water floods. The objectives of injection tests are similar to those of production tests, namely the determination of:​

● permeability;​

● skin;​

● average pressure;​

● reservoir heterogeneity;​

● front tracking.​

​

Injection well testing involves the application of one or more​

of the following approaches:​

● injectivity test;​

● pressure falloff test;​

● step-rate injectivity test.​

​

The above three analyses of injection well testing are briefly​

of production tests, namely the determination of:​

● permeability;​

● skin;​

● average pressure;​

● reservoir heterogeneity;​

● front tracking.​

​

Injection well testing involves the application of one or more​

of the following approaches:​

● injectivity test;​

● pressure falloff test;​

● step-rate injectivity test.​

​

​

Pressure falloff test​

A pressure falloff test is usually preceded by an injectivity test of a long duration. After the injectivity test that lasted for a total injection time of tp at a constant injection rate of qinj, the well is then shut in. The pressure data taken immediately before and during the shut in period is analyzed by the Horner plot method.​

 

[borhanz]

چاه آزمايي

چاه آزمايي

به محض حفر يك چاه در درون مخزن و آغاز استخراج سيال درون آن، تغييراتي در پارامتر‌هاي مخزني مانند فشار، حجم سيال درون مخزن، گرانروي سيال و... ايجاد مي‌شود. تغيير پارامتر‌هاي مخزن باعث تغيير رفتار مخزن مانند چگونگي فاز‌هاي سيال(مايع و گاز) درون مخزن، در نتيجه چگونگي فازهاي سيال استخراج شده، ميزان دبي و... مي‌شود.
بنابراين با گذشت زمان و ادامه‌ي برداشت از مخزن، رفتار مخزن تغيير مي‌كند. در واقع پارامترهاي مخزن به نوعي تابع زمان هستند. عمليات چاه آزمايي (Well Testing) تجزيه و تحليل رفتار مخزن و چاه بر اساس زمان است؛ نتايج حاصل از آن مي‌تواند تأثير زيادي در تشخيص مقادير واقعي پارامترهاي مخزني داشته باشد، از اين رو چاه آزمايي يكي از مهم‌ترين ابزار‌هاي مهندسان براي شناخت مخزن نفت محسوب مي‌شود. به دست آوردن مقدار واقعي اين تغييرات نقش عمده‌اي در ايجاد يك مدل دقيق و به روز از مخزن دارد.
در سال‌هاي 1950، چاه آزمايي به عنوان ابزاري براي شناخت رفتار واقعي مخزن در قبال تغييرات ايجاد شده‌ي درون چاه، وارد مهندسي نفت شد. مخزن نفت محيطي ناشناخته و بسيار ناهمگن است كه تشخيص دقيق آن عملاً امكان پذير نيست. با توجه به ويژگي‌هاي كلي مخزن، مدل‌هاي رياضي اوليه‌اي براي تفسير رفتار مخزن و چگونگي حركت سيال در درون محيط‌هاي متخلخل مختلف از جمله محيط متخلخل مخازن شكافدار، وجود دارد. اين مدل‌ها كه اصطلاحاً مدل‌هاي ايده‌آل گفته مي‌شوند، تا اندازه‌اي توانايي پيش‌بيني رفتار واقعي مخزن را دارند. پارامتر‌هاي مدل را بايد پس از تطبيق با رفتار مخزن اصلاح كنند، تا رفتار مدل، رفتار واقعي مخزن را نشان دهد.
پس از انجام هرتست، روي مخزن واقعي، اطلاعات فشار و زمان را روي نمودارهايي (مختصات لگاريتمي، شبه لگاريتمي يا دكارتي) پياده كرده و آن را بر اساس نمودار‌هاي مدل‌هاي اوليه تفسيرمي‌كنند و اطلاعاتي مانند نوع رژيم جريان(خطي، شعاعي، كره‌اي)، مساحت مخزن و... غيره را به‌دست آورند.

درحدود سال‌هاي 1970به بعد، محققين با ارائه كردن نمودارهاي مدل (Type curves) فشار در برابر زمان، به تشخيص حالت‌هاي كلي شكل مخزن پرداختند كه در تفسير نمودارهاي چاه‌آزمايي نقش بسيار زياد و مهمي دارند.
نمودار‌هاي مدل نسبت به روش قبلي، جزئي تر و دقيق‌تر بوده و حالت‌هاي بيشتري را نشان مي‌دهند، از اين رو براي مهندس نفت اين امكان ايجاد مي‌شود كه با اخذ اطلاعات مخزن و پياده كردن داده‌هاي مربوط به آزمايش روي نمودار، نمودار بدست آمده از مخزن واقعي را با نمودارهاي مدل
(Type curves) منطبق كرده و براساس آن پارامترهاي ديگر مهندسي مخزن (نفوذ‌پذيري، ضريب پوسته و....) را به دست ‌آورد، و يا درحالت عدم انطباق كامل با نمودار‌هاي مدل، برخي از پارامترهاي نمودار مدل را تغيير داده تا بهترين نمودار بيان‌كننده‌ي حالت واقعي مخزن را شناسايي كند.
پس از اين براي افزايش دقت، روش استفاده از نمودارهاي مشتق ( نمودار مشتق فشار در برابر زمان ) ارائه شد. در واقع نمودار‌هاي مشتق نيز يك نوع نمودار مدل هستند كه محاسبات مهندسي بر اساس آن‌ها بيشتر، در تأييد و تكميل نتايج بدست آمده از نمودارهاي مدل(Type curves) معمولي بكارمي‌رود. امروزه روش‌هاي مدرن‌تري درحال گسترش مي‌باشند كه Deconvolution ناميده مي‌شوند.

دركشورما به دليل اهميت داشتن توليد روزانه، بستن چاه به مدت دو يا سه روز براي انجام تست تا حدود زيادي امكان‌پذير نيست و يا خيلي سخت است به‌همين دليل مجهز كردن چاه‌ها به سيستم‌هاي هوشمند (چاه هوشمند) براي ثبت فشار و زمان و دبي توليد مي‌تواند تا حدودي ما را از عمليات چاه‌آزمايي بي‌نياز كند.
يكي از نكات جالب درمورد چاه‌آزمايي اين است كه با استفاده از اطلاعات سه متغير زمان، فشار و دبي توليدي يا دبي تزريقي، اكثر پارامترهاي مهندسي مخزن نظير نفوذپذيري، ضريب پوسته، سطح تخليه چاه (حجم مؤثر درتوليد چاه، به بيان ديگر حجمي از مخزن كه توسط هر چاه تخليه مي‌شود)، نوع مخزن (ساده يا تركيبي) را به ‌دست مي‌آورند.



مفاهيم مورد نياز چاه آزمايي
نفوذپذيري يا تراوايي Permeability)
توانايي سنگ براي عبوردهي سيالي (با گران‌روي مشخص و در فشار مشخص) از درون خلل و فرج خود را Permeability مي‌گويند. نفوذ پذيري مطلق تنها به خصوصيات سنگ بستگي دارد، اما نفوذپذيري نسبي علاوه برخصوصيات سنگ، به خصوصيات سيال و درصد اشباع(سنگ از سيال) نيز بستگي دارد.


پوسته:Skin
فاصله نزديك چاه كه به دليل عواملي،خواص فيزيكي خود را از دست داده باشد. اين عوامل مي‌تواند ورود آب از گل حفاري به داخل سازند يا عوارض حاصل از مشبك كاري (سوراخ كردن) و هم‌چنين آزادشدن گاز نزديكي چاه، به دليل افت فشار و هم‌چنين رسوب آسفالتين(نوعي نفت بسيار سنگين با گرانروي بسيار بالا) مي‌تواند باشند. مقدار پوسته را با يك ضريب به اسم ضريب پوسته نشان مي‌دهند.


حركت سيال درون محيط متخلخل
پس‌ از اكتشاف مخزن نظارت مهندسين مخازن آغاز شده و با بررسي ساختار فضايي مخزن شروع به عمليات حفاري در نقاط بهينه و مشخص شده‌ي مخزن مي‌كنند. پس از تكميل چاه، حركت سيال به سمت چاه و توليد از مخزن آغاز مي‌شود.
درك چگونگي نمودارهاي چاه‌آزمايي، نيازمند شناخت كمي و كيفي حركت سيال در محيط متخلخل است. ازاين رو سه ‌نمونه حركت خطي(Linear)، شعاعي(Radial)، كروي(Spherical) براي سيال درون مخزن پيش‌بيني شده است .


با استفاده از روابط قانون پايستگي جرم (كه بيان مي‌كند؛ جرم به‌وجود نمي‌آيد و از بين هم نمي‌رود) و هم‌چنين قانون دارسي (كه بيان‌كننده ارتباط ميان سرعت خطي و گراديان فشار(آهنگ تغييرات فشار بر حسب كم و يا زياد شدن فاصله) مي‌باشد)، مدل سازي رياضي حركت سيال در محيط متخلخل در هر يك از سه سيستم فوق به دست مي‌آيد كه البته در به دست آوردن اين معادلات تعداد فاز(جامد، مايع، گاز) و نوع سيال موجود درمخزن نيز تأثيرگذاراست.


مرزهاي مخزن
از مهم‌ترين عوامل تأثيرگذار درحل مدل رياضي حركت سيال در محيط متخلخل نوع مرزهاي مخزن است.
به ديواره‌ي چاه مرز داخلي گفته مي‌شود، دورترين نقطه‌ي مخزن و به بيان ديگر حاشيه‌ي مخزن را مرز بيروني مخزن مي‌گويند.

مرز داخلي: كه به دوصورت مي‌باشد:

-1 توليد با فشار جرياني ثابت
در اين روش فشار را ثابت نگه مي‌داريم و دبي تغيير مي‌كند كه راحت‌تر از روش دبي ثابت است.در اين روش از Gauge هايي استفاده مي‌شود كه مي‌توانند دبي برداشت را تغيير دهند. در مخازني كه خطر مخروطي شدن گاز يا آب وجود دارد، براي پيشگيري از وقوع اين خطر، بيشتر از اين روش استفاده مي‌شود تا فشار مخزن تا حد زيادي حفظ شود.

-2توليد با دبي جرياني ثابت
در اين روش دبي جريان را با استفاده ازيك شير(choke) كه معمولا در مقابل محدوده‌ي مخزن و محلي كه لوله‌ي جداري(Production casing) مشبك كاري قرار مي‌دهند، ثابت نگه مي‌دارند.


مرز بيروني:كه به سه صورت مي‌باشد:
چنان‌كه گفته شد مرز بيروني به دورترين نقطه‌ي مخزن گويند، جريان سيال در ماقبل اين مرز وجود دارد و در اين مرز جرياني نخواهيم داشت.
مرز بيروني نيز به سه صورت توضيح داده مي‌شود.

-1 براي مخازن محدود كه حجم مشخصي دارند، در مرز بيروني افت فشار داريم.
-2 براي مخازني كه همراه با تأمين‌كننده قوي، نظير محيط آبده يا كلاهك گازي با فشار بالا هستند كه اجازه كاهش فشار را درسطح بيروني مخزن نمي‌دهند، فشار درسطح بيروني را برابر با فشار اوليه مخزن مي‌گيرند، به بيان ديگر افت فشار نداريم.
-3 حالتي كه مصرف رياضي دارد، يعني آن‌قدر مخزن را بزرگ فرض مي‌كنيم كه با ميل كردن شعاع بيروني به سمت بي‌نهايت، فشار برابر با فشار اوليه مخزن مي‌شود و افت فشار نخواهيم داشت


انواع تست‌هاي رايج
پس ازاين‌كه به‌طوركيفي متوجه شكل مخزن ونوع حركت سيال آن شديم بايد كمي درمورد چگونگي انواع آزمايش‌هايي كه برروي چاه انجام مي‌گيرد توضيح دهيم.







انواع تست‌هايي كه برروي چاه‌هاي نفت انجام مي‌شوند عبارتند از:


Drawdown Test
Multiple Flow Tests
Reservoir Limit Test
Build up Test
Injection Build up or Full Off Test
Multiple Well interferences
Drill stem Tests

هم‌چنين تست‌هاي زيربراي مخازن گازي انجام مي‌گيرد:


Back Pressure or flow after flow
Isochronal test
Modified Isochronal test

امروزه از Well test moduleنرم‌افزارهاي Pan-System، CMG، Eclipse براي تحليل اطلاعات حاصل از انجام تست‌هاي چاه استفاده مي‌شود.


تشريح كيفي بعضي از تست‌ها


-1 تست build up:ساخت فشار
شرح اين تست به اين صورت است كه چاهي كه با يك دبي ثابت و مشخص توليد مي‌كند را به‌طوركامل مي‌بندند (عملاً توليد آن را متوقف كنيم) و سپس با يك ثبت‌كننده فشار، فشار ته چاه را اندازه‌ گرفته و آن را براساس زمان ثبت مي‌كنند. با پياده كردن مقادير فشار و زمان بر روي نمودارهرنر (Horner) مي‌توان نفوذپذيري، ضريب پوسته و فشار اوليه مخزن را بدست آوريم. البته لحاظ كردن زمان توليد قبل از تست نيز ضروري مي‌باشد.مدت زمان بستن چاه بين 2 تا 3 روز است تا فشار در تمام قسمت‌هاي مخزن تقريبا يكي شود.


drawdown testتست كاهش فشار
در تست drawdown عكس تست build up عمل مي‌شود، به گونه‌اي كه چاه بسته را با دبي ثابت براي توليد بازكرده و سپس با ثبت اطلاعات فشار و رسم نمودار داده‌هاي فشار در برابر زمان و آناليز اين نمودار، مي‌توان مقادير نفوذپذيري، ضريب پوسته، شكل مخزن و سطح تخليه‌ي آن را به‌ دست آورد.اين تست معمولا بلافاصله بعد از تست Build up ،كه در طي آن چاه بسته است، انجام مي‌شود.

در چاه‌آزمايي معمولي با داشتن خروجي (داده‌هاي فشار) و ورودي (دبي جريان)، براي به‌ دست آوردن سيستم مخزن (مقصود تمام خصوصيات مخزن شامل شكل مخزن، شكافدار يا غير شكافدار بودن و...،است ) تلاش مي‌شود .

در روش Convolution ابتدا يك سيستم براي مخزن حدس مي‌زنيم و با استفاده از داده‌هاي ورودي، داده‌هاي خروجي را به‌دست مي‌آوريم. اين داده‌ها با داده‌هاي خروجي واقعي مقايسه مي‌شوند و آن‌قدر سيستم را تغيير مي‌دهند تا بهترين تشابه(Match) بين خروجي حاصل از محاسبه و خروجي‌هاي واقعي به‌دست آورند و آن سيستم را سيستم مخزن لحاظ مي‌كنند.
در روش Deconvolution سيستم مخزن را حدس نمي‌زنيم اما با گزاردن محدوديت‌هايي براي سيستم، خروجي‌ها را به‌دست آورده و بعد از مقايسه با خروجي‌هاي واقعي مي‌توان سيستم مخزن را به‌دست آورد.


DST تست ساق مته
Drill stem test تست معمول و رايجي است كه بيشتر مورد استفاده‌ي مهندس بهره‌برداري مي‌باشد. اين تست معمولاً بعد از عمليات حفاري انجام مي‌شود.
در اين تست دستگاه Drill stem را روي لوله حفاري مي‌بندند. در پائين آن يك شير كنترل قراردارد كه هنگام پايين آمدن بسته است. دستگاه را به پائين چاه مي‌فرستند درحالي كه فشار داخل لوله خيلي كمتر از فشار هيدروستاتيك گل مي‌باشد. پس از آن‌كه دستگاه درمقابل مخزن قرارگرفت Packer (جداري‌اي لاستيكي كه پس از باز شدن، فضاي بين لوله و لوله‌ي جداري را مسدود مي‌كند) را بازكرده تا فشار ستون گل را از روي مخزن بردارند و هم‌زمان شير كنترل ورودي Drill Stem را بازمي‌كنند تا سيال وارد شود. پس از زماني معين ، شير را مي‌بندند ودر تمام اين مدت داده‌هاي فشارو زمان را ثبت مي‌كنند اين عمل باز و بسته كردن شير را چندين بار انجام مي‌دهند تا سيال توليدي، همان سيال مخزن شود و عملاً جواب تست بهبود يابد. درواقع مي‌توان گفت DST مجموعه چند تست drawdown و Build Up پياپي مي‌باشد.


براي دست يافتن به شرح كامل مباحث و تست هاي چاه آزمايي مي توانيد به كتاب هاي زير مراجعه كنيد:

● C. S. Matthews and D. G. Russell, Pressure Buildup and Flow Test in Wells (1967(
● Robert Earlougher, Advances inWell Test Analysis (1977)
● John Lee, Well Testing (1982)
● M. A. Sabet, Well Test Analysis (1991)
● Roland Horn, Modern Well Test Analysis (1995

 

[borhanz]

Pressure Build up Test

Pressure Build up Test


Pressure Build up Test

شرح این تست به اینصورت است که چاهی که بایک دبی ثابت و مشخص تولید می‌کند را به ‌طور کامل می‌بندند (عملاً تولید آنرا متوقف کنیم) و سپس با یک ثبت‌کننده فشار، فشارته چاه را اندازه‌ گرفته و آنرا براساس زمان ثبت می‌کنند. با پیاده کردن مقادیر فشار و زمانبر روی نمودار هرنر (Horner) می‌توان نفوذپذیری، ضریب پوسته و فشار اولیه مخزن را بدست آوریم. البته لحاظ کردن زمان تولید قبل از تست نیز ضروری می‌باشد. مدت زمان بستن چاه بین ۲ تا۳ روز است تا فشار در تمام قسمت‌های مخزن تقریبا یکی شود.