專利名稱：確定地層的現(xiàn)場(chǎng)有效流度及有效滲透率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及確定地層的現(xiàn)場(chǎng)有效流度(λ)的方法。地層的有效流度定義為λ＝K/μ，其中K為地層滲透率(單位為達(dá)西，量綱為L(zhǎng)2)，μ為動(dòng)態(tài)粘度(單位為泊，量綱為ML-1T-1)。流度的單位為達(dá)西/泊，其量綱為M-1L3T。該地層為含烴地層。在說明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語(yǔ)“有效流度”用以表示關(guān)于未污染地層流體的地層流度，術(shù)語(yǔ)“流度”則用以表示關(guān)于受污染地層流體的地層流度。
在Schlumberger的1996年版的《鋼絲繩法地層測(cè)試和取樣(wireline Formation Testing and Sampling)》一書的第6-3頁(yè)至6-8頁(yè)中描述了確定流度的方法。該公知方法包括以下步驟a)在地層中選定一位置；b)在井孔內(nèi)放下一工具至該位置，該工具包括一帶有一入口并設(shè)有一壓力傳感器的中央導(dǎo)管，一帶有一通向中央導(dǎo)管的入口的流體容器，以及用于由中央導(dǎo)管排出流體的裝置；c)將一探測(cè)器伸入地層內(nèi)，從而在地層和中央導(dǎo)管入口之間形成排他性流體連通，該探測(cè)器設(shè)有一與中央導(dǎo)管入口直接以流體連通的出口；d)使地層流體進(jìn)入流體容器內(nèi)，并測(cè)量壓力恢復(fù)，以及e)通過壓力恢復(fù)確定有效流度。
流度確定又分為兩個(gè)步驟。首先，將壓力恢復(fù)曲線與為通過地層流入探測(cè)器的流體的不同流動(dòng)狀態(tài)確定的曲線進(jìn)行對(duì)比。通過對(duì)比可選出一個(gè)實(shí)際的流量范圍。然后，由測(cè)量數(shù)據(jù)和選定的實(shí)際流動(dòng)狀態(tài)即可計(jì)算出流度。
可以理解，如果動(dòng)態(tài)粘度已知，則可由流度計(jì)算出地層滲透率。
這被稱為先期測(cè)試恢復(fù)分析。先期測(cè)試恢復(fù)分析的缺點(diǎn)在于，人們相對(duì)于在鉆井過程中侵入地層的鉆井泥漿來確定地層的流度。由于地層流體已被污染，因此其粘度將不同于未污染地層流體的粘度，從而該先期測(cè)試(pretest)流度將與對(duì)于地層烴類的地層流度不同。
為克服上述缺陷，本發(fā)明中用于確定由井孔所貫穿的地層的現(xiàn)場(chǎng)有效流度的方法包括以下步驟a)在地層中選定一位置；b)在井孔內(nèi)放下一工具至該位置，該工具包括一帶有一入口并設(shè)有一壓力傳感器的中央導(dǎo)管，一帶有一通向中央導(dǎo)管的入口的流體容器，一流體分析儀，以及用于排出流體的裝置；c)在地層和中央導(dǎo)管的入口之間形成排他性流體連通；d)使地層流體通過中央導(dǎo)管，分析該流體，當(dāng)該流體為基本上未污染的地層流體時(shí)，使地層流體進(jìn)入流體容器，并測(cè)量壓力恢復(fù)；以及e)由壓力恢復(fù)求出有效流度。
本發(fā)明方法與公知方法的區(qū)別在于，在本發(fā)明的方法中，僅在已污染地層流體被置換出侵入?yún)^(qū)域后才對(duì)壓力恢復(fù)進(jìn)行測(cè)量。
可以理解，鉆井泥漿的置換出以及未污染地層流體進(jìn)入中央導(dǎo)管需要花費(fèi)一些時(shí)間。但這并非大缺陷，因?yàn)槲次廴镜貙恿黧w的樣品通常還是需要的，所以本發(fā)明中的壓力恢復(fù)測(cè)試可在取樣之后進(jìn)行。
現(xiàn)在對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更為詳細(xì)的描述。
本發(fā)明的對(duì)由井孔貫穿的地層的現(xiàn)場(chǎng)有效流度進(jìn)行確定的方法的第一步包括在需確定有效流度的地層內(nèi)選定一位置然后在井孔內(nèi)放下一工具至該位置。該工具包括一具有一入口并設(shè)有一壓力傳感器的中央導(dǎo)管，一具有一通向中央導(dǎo)管的入口的流體容器，一流體分析儀以及用于排出流體的裝置。
一旦工具到達(dá)該位置，在地層和中央導(dǎo)管的入口之間即形成排他性流體連通(exclusive fluid communication)。借助于排他性流體連通的形成，存在于井孔內(nèi)的流體無(wú)法進(jìn)入工具的中央導(dǎo)管內(nèi)。使地層流體通過中央導(dǎo)管，而該地層流體最初是由中央導(dǎo)管排出來的。由于該地層流體被侵入的鉆井泥漿所污染，因此它是未污染的地層流體。
在通過中央導(dǎo)管的地層流體被排出之前，先對(duì)其進(jìn)行分析。只有當(dāng)分析結(jié)果表明地層流體未被污染時(shí)，方對(duì)其進(jìn)行壓力恢復(fù)測(cè)試。為此，如果流體為基本上未污染的地層流體時(shí)，則允許該地層流體進(jìn)入流體容器，并測(cè)量壓力恢復(fù)。
然后，按上述相同的方式由壓力恢復(fù)確定有效流度。通過本發(fā)明的方法便可對(duì)有效流度，即相對(duì)于未污染地層流體的流度進(jìn)行準(zhǔn)確的確定。
雖然先期測(cè)試壓力恢復(fù)分析并不適于確定有效流度，但是申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，它可適于確定地層流體取樣的最合適位置。
為此，作為本發(fā)明方法的第一步，即在井孔內(nèi)選擇位置的過程，包括在井孔內(nèi)的若干位置進(jìn)行先期測(cè)試壓力恢復(fù)分析，并從中選出具有最大流度的位置。
從而首先在井孔內(nèi)選定第一個(gè)位置。
然后在地層和中央導(dǎo)管的入口之間形成排他性流體連通。使地層流體進(jìn)入流體容器，并測(cè)量壓力恢復(fù)。再根據(jù)壓力恢復(fù)確定出該位置處的有效流度。此后，選擇下一個(gè)位置，重復(fù)進(jìn)行先期測(cè)試壓力恢復(fù)分析，直至確定完預(yù)定數(shù)量位置的流度。
具有最大流度的位置被用作取樣位置，因?yàn)樵谠撐恢玫娜铀俣茸羁?。取樣宜在壓力恢?fù)測(cè)試之前進(jìn)行，樣品存放于工具的樣品容器中。
可以理解，在每次壓力恢復(fù)確定之后都將流體容器清空。
申請(qǐng)人還發(fā)現(xiàn)，先期測(cè)試壓力恢復(fù)分析可適用于確定真實(shí)或有效的地層滲透率的平均值。下面所描述的方法適用于用油基泥漿鉆出的井孔。
首先在地層中選出一組位置，再由該組中選出第一位置。在井孔內(nèi)將工具放下至第一位置，該工具包括一具有一入口并設(shè)有一壓力傳感器的中央導(dǎo)管，一設(shè)有一通向中央導(dǎo)管的入口的流體容器，一流體分析儀，以及用于排出流體的裝置；在地層和中央導(dǎo)管的入口之間形成排他性流體連通。使地層流體通過中央導(dǎo)管，并使其進(jìn)入流體容器內(nèi)，隨后測(cè)量壓力恢復(fù)。根據(jù)壓力恢復(fù)確定出流度(λi)。
然后將工具置于待確定流度的下一個(gè)位置附近，并重復(fù)這一過程，直至確定完該組中各位置i處的流度(λi)。
其后按上述方式，確定出該組中某一個(gè)位置的有效流度(λ1eff)。由已知的未污染地層流體的動(dòng)態(tài)粘度(μ)，便可確定出該位置處的滲透率(K1＝λ1eff·μ)。從而該位置處的流度(λ)和有效流度(λeff)均已確定出。由滲透率和流度，即可算出位置1處的受污染地層流體的動(dòng)態(tài)粘度(μcont，μcont＝k1/λ1)。
現(xiàn)在利用公式ki＝λ1eff·μcont，用流度(λi)和受污染地層流體的動(dòng)態(tài)粘度(μcont)求出該組中其他位置處的滲透率(ki)。平均滲透率即為各個(gè)值ki的平均值。
此處用到了未污染地層流體的動(dòng)態(tài)粘度(μ)，其值假設(shè)已知。該動(dòng)態(tài)粘度可在地面上通過所得的取樣確定。
作為備擇方案，動(dòng)態(tài)粘度可由壓力梯度確定出。該方法涉及計(jì)算沿地層方向的壓力梯度，并利用一經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式由壓力梯度求出動(dòng)態(tài)粘度，該經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式靠擬合一曲線通過先前所獲取的各數(shù)據(jù)點(diǎn)得到，數(shù)據(jù)點(diǎn)包括作為壓力梯度函數(shù)的所測(cè)動(dòng)態(tài)粘度。
作為備擇方案，烴類儲(chǔ)層流體的動(dòng)態(tài)粘度可利用工具上的光學(xué)流體分析儀測(cè)得。確定粘度的方法包括，在地層中選擇一位置；在井孔內(nèi)放下一工具至該位置，該工具包括一設(shè)有一入口的中央導(dǎo)管，用于從中央導(dǎo)管置換出流體的裝置，以及一光學(xué)流體分析儀；在地層和中央導(dǎo)管的入口之間形成排他性流體連通；獲得光密度的光譜；計(jì)算第一因數(shù)，即以預(yù)定短波長(zhǎng)范圍內(nèi)的最大光密度乘以短波長(zhǎng)范圍的長(zhǎng)度，計(jì)算第二因數(shù)，即相同短波長(zhǎng)范圍內(nèi)光譜的積分，將第一因數(shù)減去第二因數(shù)并將此差值除以油峰值的光密度，即得到一油因數(shù)(oilfactor)；根據(jù)油因數(shù)，利用由先前所獲取的各數(shù)據(jù)點(diǎn)所擬合出的一曲線而得到的一關(guān)系式，求得現(xiàn)場(chǎng)粘度值，數(shù)據(jù)點(diǎn)包括為油因數(shù)的函數(shù)的所測(cè)實(shí)際粘度值。
至此，已經(jīng)討論了針對(duì)一裸眼井，即無(wú)套管井孔實(shí)施本發(fā)明的方法。
本發(fā)明中確定現(xiàn)場(chǎng)有效流度的方法也適用于套管井孔，即襯有一套管以防止坍塌的井孔。套管凝固在井孔內(nèi)，并由一層凝結(jié)水泥將井孔內(nèi)表面與套管外表面之間的環(huán)狀空間填滿。
在套管井孔中，須先對(duì)套管射孔，然后才能形成排他性流體連通。因此在這種情形下，將工具放下至套管井孔內(nèi)并形成排他性流體連通的步驟包括，首先形成穿過套管壁進(jìn)入該位置處地層內(nèi)的一射孔組，該射孔組利用一射孔槍形成。該射孔槍為一具有若干指向外側(cè)的彈藥的細(xì)長(zhǎng)體。彈藥按不同方向沿細(xì)長(zhǎng)體在不同位置布置，并可由電力激發(fā)或機(jī)械力激發(fā)。彈藥設(shè)計(jì)為如下形式，即各彈藥激發(fā)后，形成一包含穿過套管壁延伸至井孔周圍地層內(nèi)的射孔通道的射孔。射孔槍可通過例如鋼絲繩放下至套管井孔內(nèi)。
然后，在套管井孔內(nèi)放下一工具至所述的射孔組。該工具還具有設(shè)置于中央導(dǎo)管入口兩側(cè)的一上封隔器和一下封隔器，其中，中央導(dǎo)管于下封隔器的下方開口，并且上封隔器和下封隔器之間的間距大于射孔組的高度。然后，形成排他性流體連通這一步驟即可通過設(shè)置封隔器從而使射孔組跨于封隔器之間而完成。設(shè)置封隔器是為了封閉所有射孔所通向的位于封隔器之間的取樣空間。
為了選取井孔中的取樣位置，也可在套管井孔中進(jìn)行先期測(cè)試壓力恢復(fù)分析。選取位置的步驟則從形成若干穿過套管壁進(jìn)入地層內(nèi)的射孔組開始。然后，在套管井孔內(nèi)放下一工具至第一射孔組。該工具還包括設(shè)置于中央導(dǎo)管入口兩側(cè)的一上封隔器和一下封隔器，其中中央導(dǎo)管排出口于下封隔器的下方開口，并且上封隔器和下封隔器之間的間距大于射孔組的高度，而相鄰射孔組之間的間距至少等于最長(zhǎng)的封隔器的長(zhǎng)度。設(shè)置封隔器以使射孔組跨于封隔器之間。使地層流體進(jìn)入流體容器內(nèi)，測(cè)量壓力恢復(fù)，并通過壓力恢復(fù)求出流度。
然后將工具置于下一個(gè)射孔組附近并確定流度，重復(fù)這些步驟直至確定完預(yù)定數(shù)量位置的流度。然后選取具有最大流度的位置作為取樣位置。
地層現(xiàn)場(chǎng)滲透率平均值的確定方法同樣可適用于套管井孔。在這種情形下，形成若干穿過套管壁進(jìn)入地層內(nèi)的射孔組。選取第一射孔組，并將設(shè)有封隔器的工具在套管井孔內(nèi)放下至第一射孔組。設(shè)置封隔器以使射孔組跨于封隔器之間。使地層流體通過中央導(dǎo)管，并進(jìn)入流體容器內(nèi)，然后測(cè)量壓力恢復(fù)。通過壓力恢復(fù)求出流度。然后將工具置于下一個(gè)射孔組附近，并確定預(yù)定數(shù)量位置處的流度。
為確定出平均滲透率，下面的步驟與前述步驟類似。
如果烴類儲(chǔ)層流體是粘度較高的所謂重油，那么將難以獲取具有代表性的儲(chǔ)層流體的樣品。為了獲得具有代表性的樣品，形成排他性流體連通的步驟還包括啟動(dòng)設(shè)置于探測(cè)器附近以用于加熱地層的加熱裝置。
作為一個(gè)合適的實(shí)施例，探測(cè)器與裝置上的封隔器墊板相聯(lián)，而加熱裝置則設(shè)置于封隔器密封墊中。作為備擇實(shí)施例，加熱裝置設(shè)置于工具上。加熱裝置可以是產(chǎn)生微波、光波或紅外波的裝置。加熱裝置還可以是電加熱器、化學(xué)加熱器或核能加熱器。
權(quán)利要求
1.一種確定由井孔貫穿的地層的現(xiàn)場(chǎng)有效流度的方法，包括以下步驟a)在地層中選擇一位置；b)在井孔內(nèi)放下一工具至所述位置，所述工具包括一具有一入口并設(shè)有一壓力傳感器的中央導(dǎo)管，一具有一通向中央導(dǎo)管的入口的流體容器，一流體分析儀以及用于排出流體的裝置；c)在地層和中央導(dǎo)管的入口之間形成排他性流體連通；d)使地層流體通過中央導(dǎo)管，分析地層流體，當(dāng)所述地層流體為基本上未污染的地層流體時(shí)，使地層流體進(jìn)入流體容器內(nèi)，并測(cè)量壓力恢復(fù)；以及e)由壓力恢復(fù)確定有效流度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在地層和中央導(dǎo)管的入口之間形成排他性流體連通的步驟包括，將一探測(cè)器伸入地層內(nèi)，所述探測(cè)器具有一與中央導(dǎo)管的入口直接流體連通的出口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，形成排他性流體連通的步驟還包括，啟動(dòng)一設(shè)置于探測(cè)器附近的加熱裝置以加熱地層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述地層由一套管井孔所貫穿，其中步驟b)包括b1)形成一穿過所述套管壁進(jìn)入所述位置的地層內(nèi)的射孔組；b2)在井孔內(nèi)放下所述工具至所述射孔組，其中，所述工具還包括設(shè)置于中央導(dǎo)管的入口兩側(cè)的一上封隔器和一下封隔器，而中央導(dǎo)管于下封隔器的下方開口，并且上封隔器和下封隔器之間的距離大于一射孔組的高度，以及步驟c)包括設(shè)置封隔器以使射孔組跨于封隔器之間。
5.一種從由井孔貫穿的地層中對(duì)未污染地層流體進(jìn)行取樣的方法，包括以下步驟a)在地層中選擇一組位置；b)從所述的一組位置中選擇第一位置；c)在井孔內(nèi)放下一工具至所述位置，所述工具包括一具有一入口并設(shè)有一壓力傳感器的中央導(dǎo)管，一具有一通向中央導(dǎo)管的入口的流體容器，一流體分析儀，以及用于排出流體的裝置，其中所述工具還包括一樣品容器；d)在地層和中央導(dǎo)管的入口之間形成一排他性流體連通；e)使地層流體通過中央導(dǎo)管，并使該地層流體進(jìn)入流體容器內(nèi)，接著測(cè)量壓力恢復(fù)；f)由壓力恢復(fù)確定流度；g)將該工具置于下一個(gè)位置附近，并重復(fù)步驟d)至f)直至確定完該組中的位置的流度；以及h)選取具有最大流度的位置作為取樣位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在地層和中央導(dǎo)管的入口之間形成排他性流體連通的步驟包括，將一探測(cè)器伸入地層內(nèi)，所述探測(cè)器具有一與中央導(dǎo)管的入口直接流體連通的出口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，形成排他性流體連通的步驟還包括，啟動(dòng)設(shè)置于探測(cè)器附近的加熱裝置以加熱地層。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述井孔為套管井孔，其中步驟a)至g)包括以下步驟a1)形成若干穿過套管壁進(jìn)入地層內(nèi)的射孔組；b1)選取第一射孔組；c1)在井孔內(nèi)放下所述工具至所述第一射孔組，其中，所述工具還包括設(shè)置于中央導(dǎo)管的入口兩側(cè)的一上封隔器和一下封隔器，其中排出口于下封隔器的下方開口，并且上封隔器和下封隔器之間的距離大于一射孔組的高度，而相鄰射孔組之間的間距至少等于最長(zhǎng)的封隔器的長(zhǎng)度；d1)設(shè)置封隔器以使射孔組跨于封隔器之間；e1)使地層流體通過中央導(dǎo)管，并使地層流體進(jìn)入流體容器內(nèi)，隨后測(cè)量壓力恢復(fù)；f1)由壓力恢復(fù)確定流度；以及g1)將工具置于下一個(gè)射孔組附近，重復(fù)步驟d1)至f1)直至確定完預(yù)定數(shù)量位置的流度。
9.根據(jù)權(quán)利要求5-8之一所述的方法，其特征在于，所述方法還包括根據(jù)基本上未污染的地層流體的壓力恢復(fù)確定有效流度。
10.一種確定由井孔貫穿的地層的平均現(xiàn)場(chǎng)滲透率的方法，所述方法包括以下步驟a)在地層中選擇一組位置；b)從該組位置中選擇第一位置；c)在井孔內(nèi)放下一工具至所述第一位置，所述工具包括一具有一入口并設(shè)有一壓力傳感器的中央導(dǎo)管，一具有一通向中央導(dǎo)管的入口的流體容器，一流體分析儀，以及用于排出流體的裝置；d)在地層和中央導(dǎo)管的入口之間形成排他性流體連通；e)使地層流體通過中央導(dǎo)管，并使地層流體進(jìn)入流體容器內(nèi)，隨后測(cè)量壓力恢復(fù)；f)由壓力恢復(fù)確定流度；g)將工具置于下一個(gè)位置附近，并重復(fù)步驟d)至f)至確定完該組位置中的位置的流度；h)如權(quán)利要求1所述確定該組位置中某一位置的有效流度，利用已知的未污染地層流體的粘度計(jì)算出該位置的滲透率，并利用所述滲透率和步驟f)中所確定的該位置的流度確定受污染地層流體的粘度；k)利用受污染地層流體的粘度和步驟f)中所確定的流度計(jì)算出該組位置中其他位置處的滲透率，并計(jì)算滲透率平均值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在地層和中央導(dǎo)管的入口之間形成排他性流體連通的步驟包括將一探測(cè)器伸入地層內(nèi)，所述探測(cè)器具有一與工具的中央導(dǎo)管的入口直接流體連通的出口。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，形成排他性流體連通的步驟還包括啟動(dòng)設(shè)置于探測(cè)器附近的加熱裝置以加熱地層。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述井孔為套管井孔，其中步驟a)至g)包括以下步驟a1)形成若干穿過套管壁進(jìn)入地層內(nèi)的射孔組；b1)選取第一射孔組；c1)在井孔內(nèi)放下所述工具至所述第一射孔組，其中，所述工具還包括設(shè)置于中央導(dǎo)管入口兩側(cè)的一上封隔器和一下封隔器，其中排出口于下封隔器的下方開口，并且上封隔器和下封隔器之間的距離大于一射孔組的高度，而相鄰射孔組之間的間距至少等于最長(zhǎng)的封隔器的長(zhǎng)度；d1)設(shè)置封隔器以使射孔組跨于封隔器之間；e1)使地層流體通過中央導(dǎo)管，并使地層流體進(jìn)入流體容器內(nèi)，隨后測(cè)量壓力恢復(fù)；f1)由壓力恢復(fù)確定流度；以及g1)將工具置于下一個(gè)射孔組附近，重復(fù)步驟d1)至f1)至確定完預(yù)定數(shù)量位置的流度。
14.根據(jù)權(quán)利要求10-13之一所述的方法，其特征在于，所述方法還包括計(jì)算沿地層的壓力梯度，并利用一經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式由壓力梯度確定粘度，所述經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式靠擬合一曲線通過先前所獲取的各數(shù)據(jù)點(diǎn)而得到，先前所獲取的數(shù)據(jù)點(diǎn)包括為壓力梯度的函數(shù)的所測(cè)粘度。
全文摘要
一種地層現(xiàn)場(chǎng)有效流度的確定方法，包括在地層中選定一位置；在貫穿地層的井孔內(nèi)放下一工具，該工具包括一帶有入口并設(shè)有壓力傳感器的中央導(dǎo)管，一設(shè)有通向中央導(dǎo)管入口的流體容器，一流體分析儀以及用于排出流體的裝置；在地層和中央導(dǎo)管的入口之間形成排他性流體連通；使地層流體通過中央導(dǎo)管，對(duì)所述流體進(jìn)行分析，當(dāng)流體基本上為未污染的地層流體時(shí)，使其進(jìn)入流體容器內(nèi)，然后測(cè)量壓力恢復(fù)，并通過壓力恢復(fù)求出有效流度。
文檔編號(hào)E21B49/08GK1488029SQ02803884
公開日2004年4月7日 申請(qǐng)日期2002年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月18日
發(fā)明者穆罕默德·N·哈希姆, 穆罕默德 N 哈希姆 申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司