專利名稱：使用折射率估計地層流體樣品中的濾液污染的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及在從地層抽取地層流體的過程中使用折射率對該地 層流體的狀況進行估計的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
在鉆探油氣井時鉆液(drilling fluid)(也稱為"泥漿")在井筒中 循環(huán)。典型地，鉆液是水基的或油基的。對于碳?xì)浠衔锂a(chǎn)物，在鉆 井之后、完成井之前，通常從位于各種井筒深度的地下地層中抽取流 體樣品，以確定流體特性，從而確定地層流體中的碳?xì)浠衔锏奈恢?和比例或量以及儲層狀況等。在一些情況下，還期望從主要包含地層 鹽水的地層或區(qū)域獲取樣品，即，水樣品。
大多數(shù)井是在失衡的狀態(tài)下進行鉆探的，即在由于鉆液的重量而 導(dǎo)致的井筒中的壓力大于地層壓力的情況下進行鉆井。依賴于被鉆地 層的諸如孔隙度、滲透性和其它的巖石特性等物理狀態(tài)，鉆液侵入或 滲透到地層中的不同深度。這種流體滲透(也稱為流體侵入)污染地 層中天然的或原始的流體。因此，在獲取井下流體樣品之前，將工具 設(shè)置在期望的深度，并將流體從地層抽入或吸入到井筒中，直到確定 被抽取的流體基本不含鉆液。典型地，將被稱為"地層測試器"的井下 工具設(shè)置在井筒中的期望深度處，以抽出流體，并抽取地層流體樣品。 最初，從地層中所抽取的流體通常被用于鉆井的鉆液的濾液嚴(yán)重污染。 為了獲得足夠干凈(通常污染小于10% )的樣品，在將樣品收集到樣 品容器中以用于實驗室分析之前，通常將地層流體從地層抽吸到井筒 中，持續(xù)一段時間(一般為30-90分鐘)。通常使用光學(xué)傳感器來監(jiān)視 所抽取的流體中的污染程度。已經(jīng)使用光學(xué)吸收測量，來估計在可以 獲取相對干凈的流體樣品之前可能要經(jīng)過多長時間，以及估計如果對流體的抽吸持續(xù)相對長的時間段，則最終的純凈度或污染程度如何。 已經(jīng)在井下進行折射率測量，但還未將折射率測量用于估計鹽水的純
凈度或污染程度。相比于光學(xué)吸收光i普測量，折射率測量對于地層流 體中所存在的、在被分析流體中可能散射光的沙?；蚱渌煞值耐ㄟ^ 可以更不敏感。
因此，期望提供以下的設(shè)備和方法，該設(shè)備和方法使用折射率測 量來對從具有水基侵入的地層中所獲得的鹽水的 一或多個特性進行估 計，以在從地層抽取流體時確定鹽水的純凈度或污染，以及在給定的 時間估計在實現(xiàn)凈化從而可以獲取樣品之前可能需要花費多長時間。 在某些情況下，例如當(dāng)被侵入?yún)^(qū)域太深或者當(dāng)在抽吸流體過程中來自 鄰近地層的不希望的流體連續(xù)滲入時，即使抽吸持續(xù)相對長的時間段， 也可能無法獲得干凈的樣品。在這樣的情況下，期望在相對短的時間 內(nèi)確定出在合理長的時間內(nèi)從井筒中的特定位置抽取樣品是不可行 的。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面中，公開了一種用于估計從具有水基泥漿侵入的地層所
獲得流體中存在的鹽水的特性的方法。該方法包括根據(jù)測井測量對
天然鹽水的折射率進行估計；從地層中抽取流體；在從地層抽取流體
的過程中對流體的折射率進行多次測量；通過將所估計的天然鹽水的 折射率與在地層的抽取過程中所測量的折射率進行比較，對鹽水的特
性進行估計。
在另一方面中，提供一種用于對從具有水基泥漿侵入的地層中所 獲得的流體中的鹽水的特性進行估計的方法，其中，所述方法包括 根據(jù)測井?dāng)?shù)據(jù)對天然鹽水的折射率進行估計；從地層中抽取流體；在 流體的抽取過程中對流體的折射率進行多次測量；對與多次折射率測 量相對應(yīng)的數(shù)據(jù)值進行曲線擬合；以及根據(jù)所估計的天然鹽水的折射 率和所擬合的曲線對鹽水的特性進行估計。
在另一方面中，提供一種用于對從地層中所獲得的流體的特性進行估計的方法，其中，所述方法包括從地層中抽取流體；在地層流 體的抽取過程中對流體的折射率進行測量，以獲得多個折射率值；獲 取與所述多個折射率值相對應(yīng)的多個電阻率值；通過所述多個電阻率 值擬合曲線；根據(jù)擬合的曲線估計電阻率值的最終值；以及使用當(dāng)前 的電阻率值和所估計的最終值對流體的特性進行估計。
在另一方面中，公開了一種用于對從地層中所抽取的流體中的鹽 水的特性進行估計的設(shè)備，包括探頭，用于從地層中抽取流體；折 射計，用于在從地層抽取流體的過程中提供對流體的折射率測量；以 及存儲裝置，所述存儲裝置中存儲有對地層中的天然鹽水的折射率的 估計值，所述估計值是通過使用測井?dāng)?shù)據(jù)而獲得的；以及處理器，用
所進行的折^率測量對鹽水的特性進行估計。 一 ；U 、
在另一方面中，該設(shè)備包括探頭，用于從地層中抽取流體；折 射計，用于在從地層中抽取流體的過程中提供對流體的多次折射率測 量；存儲裝置，所述存儲裝置中存儲有根據(jù)測井?dāng)?shù)據(jù)而獲得的折射率 的估計值；以及處理器，用于對與多次折射率測量相對應(yīng)的數(shù)據(jù)值 進行曲線擬合；以及根據(jù)所估計的折射率和所擬合的曲線對所抽取的 流體中的鹽水的特性進行估計。
已經(jīng)相當(dāng)廣泛地概述了在此公開的設(shè)備和方法的較重要的特征 的例子，以使得能夠更好地理解下面對它們的詳細(xì)說明，以及使得能 夠認(rèn)識到對現(xiàn)有技術(shù)所做的貢獻。當(dāng)然，本發(fā)明還具有在下文中將說 明并且構(gòu)成權(quán)利要求的主題的附加特征。


為了詳細(xì)理解在此所說明的設(shè)備和方法，應(yīng)當(dāng)參考下面結(jié)合附圖 對實施例的詳細(xì)說明，在附圖中，相同的組件被給予了相同的附圖標(biāo) 記，其中
圖l是根據(jù)本公開一實施例的鋼索系統(tǒng)的正視圖2是根據(jù)本公開一實施例在圖1的系統(tǒng)中所使用的地層測試工具的示意圖3是適用于圖2的井下工具中的用于確定流體樣品的折射率的
光學(xué)折射計的示意圖4是示出在從地層中所抽取的流體從水基泥漿濾液變?yōu)橹饕?地層鹽水的時段中所獲取的折射率測量結(jié)果的例子的圖表；
圖5是示出在所抽取的流體從油基泥漿濾液變?yōu)榇蟛糠质堑貙釉?油的時段中所獲取的折射率測量結(jié)果的例子的圖表；以及
圖6是示出根據(jù)折射率所計算出的電阻率的例子的圖表。
具體實施例方式
圖1示出根據(jù)本公開一實施例的鋼索系統(tǒng)的示意圖。井101被示 出為橫穿地層102。由鎧裝線纜(armored cable) 115所支持的鋼索 工具103被置于井101中，鄰近地層102。用于穩(wěn)定工具103的可選 的夾持器112和114從工具103處延伸。位于工具103上的兩個可擴 展封隔器(packer) 104和106能夠?qū)@孔101的環(huán)空(annulus )分 隔成上環(huán)空130、密封的中間環(huán)空132和下環(huán)空134?？蛇x擇性擴展的 墊組件140位于工具103上。夾持器112、封隔器104和106以及可 擴展墊組件140用于抽取流體，并且將參考圖2更詳細(xì)地對它們進行 說明。
鋼索實施例的遙測系統(tǒng)包括通過鎧裝線纜115中的一或多個導(dǎo)體 連接到地面雙向通信單元118的井下雙向通信單元116。地面通信單 元118容納在地面控制器150中，地面控制器150包括總體由附圖標(biāo) 記152表示的處理器、存儲器和輸出裝置。典型的線纜滑輪122用于 將鎧裝線纜115引導(dǎo)到鉆孔101中。工具103包括用于根據(jù)在此所說 明的方法對地層測試進行控制的井下控制器160，該井下控制器160 具有處理器和存儲器162。井下工具103包括多個傳感器，所述多個 傳感器包括光學(xué)傳感模塊170和可選樣品容器128。光學(xué)傳感模塊170 用于在鉆孔101中的不同深度處以及所選擇的位置處對隨著時間推移 從地層中所抽取的流體的折射率進行測量。工具103還包括諸如壓力
9傳感器、溫度傳感器、流量計等的其它傳感器(統(tǒng)一用附圖標(biāo)記125 來表示)。
圖2示出配置在井筒中的用于從地層抽取流體并用于進行現(xiàn)場折 射率測量的地層測試工具103的部分的示意圖。可選擇性擴展的夾持 器組件112與鉆孔壁204接合，以固定工具103的管狀組件206。封 隔器組件104和106擴展到與鉆孔壁204接合。擴展后的封隔器將井 環(huán)空分隔成三部分上環(huán)空130、中間環(huán)空132和下環(huán)空134。密封的 環(huán)空部分(或密封部分)132鄰近地層218?？蛇x擇性擴展的墊密封組 件140安裝在管狀組件206上，并可以擴展到密封部分132中。在地 層流體208和諸如光學(xué)傳感模塊170的工具傳感器之間提供流體連通 的流體管道222被示出為穿過墊組件140延伸，以提供靠著壁204的 密封端口 220。另外，還包括傳感器125,用于確定地層流體樣品的壓 力、溫度和流速。封隔器104和106密封地緊壓壁204，并且在壁204 和可擴展組件140之間具有密封的關(guān)系。在接合墊140之前先減小密 封部分132中的壓力，使得流體開始從地層流到密封部分132中。在 可擴展組件140與壁接合時，流體208通過220從地層流到工具中。 將可擴展組件140沿著特定的取向設(shè)置?？梢允褂弥T如加速度計的傳 感器來感測可擴展組件140的取向。然后可以使可擴展組件140朝向 期望的方向。
井下控制器160控制對地層流體208的抽取。控制器160連接到 諸如泵226的系統(tǒng)體積控制裝置。泵226可以是螺桿泵(progressive cavity pump )或者任何可以從地層218抽吸出地層流體208的適當(dāng)?shù)?泵。包括流量計，以確定流體的流速。用于控制流體向泵226流動的 閥230位于光學(xué)傳感模塊170和泵226之間的流體管道222中。測試 體積205是泵226的回收活塞之下的體積，并且包括流體管道222。
光學(xué)傳感模塊no用于確定測試體積205中的地層流體的折射 率?？梢允褂萌魏芜m當(dāng)?shù)挠糜诖_定折射率的光學(xué)模塊或系統(tǒng)。 一方面， 將光學(xué)傳感模塊配置為使用窗口-流體交界面處的反射強度來測量折 射率。通過將充有空氣的單元的反射強度與單元中存在一些其它流體時的減小的反射強度進行比較，并使用已知的窗口 (典型地為藍寶石 窗口)和空氣的折射率，來計算折射率。
一方面，可以將光學(xué)傳感模
塊170的折射計配置為現(xiàn)場測量任何期望流體的折射率，包括油、氣 體和鹽水的折射率。折射計可以具有很寬的范圍，例如從n=1.0到 n=l，75，并具有相對高的分辨率，例如0.00025或更好。這樣的折射 計提供相對寬的折射率范圍，并且具有相對高的分辨率。這樣的折射
地層流體的樣品凈化進行監(jiān)視的折射率測量?？梢允褂萌魏芜m當(dāng)?shù)恼?射計以實現(xiàn)本公開的目的，包括但不限于美國專利No. 6683681 B2和 美國/>布的專利申請2004/0007665 Al中所描述的那些，上述兩個專 利或?qū)＠暾埗嫁D(zhuǎn)讓給了本申請的受讓人，并且均通過引用被合并于 此。
光學(xué)傳感模塊170連接到控制器160，以提供用于閉環(huán)控制系統(tǒng) 的反饋數(shù)據(jù)。使用反饋來調(diào)整諸如檢測樣品凈化的參數(shù)設(shè)置。樣品凈 化是指在井筒中選定深度處抽吸流體時將被濾液污染的地層流體轉(zhuǎn)換 為天然的或近乎純凈的地層流體。井下控制器160可以包括諸如微處 理器的用于處理折射率測量的處理器?？梢允褂弥T如存儲器裝置的存 儲裝置作為計算機可讀介質(zhì)，以存儲與使用在此所說明的設(shè)備有關(guān)的 數(shù)據(jù)、計算機程序和算法，并執(zhí)行與該設(shè)備有關(guān)的各種功能和方法。
在凈化處理過程中，通過管道219將所抽取的流體排出到上環(huán)空 130。將泵226連接到管道219的導(dǎo)管227包括可選擇的內(nèi)部閥232。 如果希望進行流體采樣，則可以通過使用內(nèi)部閥232、 233a和233b 將流體轉(zhuǎn)移到可選的樣品儲存器或容器228,而不是通過管道219排 出流體。儲存器228中所包含的流體是從井中取出而用于分析的。
一方面，可以將井下處理的數(shù)據(jù)結(jié)果發(fā)送到地面以便使用和進一 步處理?？刂破?60將處理過的數(shù)據(jù)傳送到位于井下的雙向數(shù)據(jù)通信 系統(tǒng)116。通信系統(tǒng)116將數(shù)據(jù)信號發(fā)送到地面控制器150，該控制器 包括處理器151，以及用于存儲在此所述的設(shè)備和方法中所使用的計 算機程序、算法和數(shù)據(jù)的存儲器存儲裝置?？梢允褂萌魏芜m當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)通信系統(tǒng)以實現(xiàn)本公開的目的。通過與地面控制器150相關(guān)聯(lián)的處理 器151處理在地面所接收到的信號，該處理器151對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換， 并將其傳送到適當(dāng)?shù)妮敵龊?或存儲裝置152。也可以使用地面控制器 150來向井下工具103發(fā)送測試開始命令。
圖3示出用于光學(xué)傳感模塊170的折射計組件305的示意圖。包 括燈泡和準(zhǔn)直透鏡的光源310提供準(zhǔn)直光束。 一方面，準(zhǔn)直光束可以 基本上垂直于第一藍寶石窗口 303的外表面入射。與流體相互作用后 的光從第二藍寶石窗口 302出射。在一種配置中，藍寶石窗口 303和 302可以基本垂直于準(zhǔn)直光束放置，并被縫隙或通道304分隔開，使 得被分析的地層流體在兩個窗口之間流動。在一個實施例中，折射計 組件305使來自光源310的入射準(zhǔn)直光束的一部分偏轉(zhuǎn)方向，并將其 會聚到第 一藍寶石窗口 303和通道304中的流體之間的交界面307上。 被反射的光束在折射計(316、 318和320 )和衰減反射分光計621之 間的分束器317處被分束。未被偏轉(zhuǎn)方向而用于折射計或衰減反射分 光計的那部分準(zhǔn)直光束繼續(xù)傳播，以用于其它傳感器。
圖3示出兩個光學(xué)傳送柱300、 301 (它們可以是中繼透鏡、玻璃 或藍寶石柱)，也被稱為左柱300和右柱301，可用于引導(dǎo)光。在一種 配置中，兩光學(xué)傳送柱的縱軸位于與包括第一藍寶石窗口 303和第二 藍寶石窗口 302的壓力安全殼板以及通道304 二者的平面垂直的平面 內(nèi)。另外，可以將這兩個光學(xué)傳送柱300、 301并列放置(并且在它們 在表面303上連接的地方相互接觸)，并且也可與第一藍寶石板303 相接觸。為了使光信號最大化，可以應(yīng)用高溫度系數(shù)匹配凝膠來對傳 送柱300、 301與第一藍寶石板303之間的縫隙進行橋接。使縫隙中除
了空氣外而不被填充，將不改變折射率測量，這是因為其使得未知樣 品和參考樣品二者的光強度測量以相同的因數(shù)變小?？梢允褂眠@樣的系統(tǒng)來確定通道304 (圖2)中的地層流體樣品的折射率。美國專利 No. 6683681 B2和美國公布的專利申請2004/0007665 Al中提供了用 于確定折射率的測量和分析技術(shù)的細(xì)節(jié)。
圖4是示出在從地層抽吸流體的過程中在所選擇的時間段上所獲取的折射率現(xiàn)場測量結(jié)果的例子的圖表400。在圖4的特定例子中， 所使用的鉆液是水基泥漿，并且天然流體為地層鹽水。沿著y軸402 示出折射率，而沿著x軸404示出時間。在時刻406 (大約4200秒) 開始抽吸之前的時間段中，由參考圖3所示出和說明的那種折射計所 獲取的折射率顯示為非常穩(wěn)定和恒定的值，如恒定值408所示。隨著 抽吸的開始，被抽取的流體的折射率變化，在經(jīng)過很短的時間段之后， 從箭頭410所示的時刻開始，折射率開始增大。隨著流體的抽吸，流 體中濾液(泥漿)的比例開始減小，天然流體的比例開始增大。換而 言之，隨著從地層抽吸流體，流體經(jīng)歷凈化處理，其中，隨著從地層 的被侵入?yún)^(qū)域去除濾液，樣品的純凈度增大。因此，天然流體比例或 純凈度比例"fp，，開始增大，而污染比例"fc"開始減小。在圖4的特定 例子中，鉆液是水基泥漿，天然流體是地層鹽水。由于水基泥漿的折 射率低于地層鹽水的折射率，所以所抽取出的流體的折射率隨著時間 推移增大。這是因為，水基泥漿的密度(和折射率)小于地層鹽水的 密度。如圖4所示，折射率迅速上升，直到箭頭414所示的時刻，然 后開始變緩，即，開始隨著時間推移而相對較慢地增大。在圖4的特 定例子中，折射率被示出為在大約為6500秒的時刻前增大。典型地， 在長的抽吸時間(可能是24小時等)處，達到動態(tài)平衡，其中，從地 層中抽取的流體樣品以與其從鄰近區(qū)域(例如，從中抽取樣品的區(qū)域 之上和之下的區(qū)域)被重新污染的相同速率被凈化。因此，通常，即 使井下測量結(jié)果(例如折射率)已經(jīng)基本停止變化，但樣品仍然不是 100%純凈度。動態(tài)平衡取決于諸如垂直滲透性與水平滲透性之比等各 種因素。對于本公開的目的而言，在很長的時間段后所能達到的純凈 程度是指最終的純凈度，即ftp,它通常小于100%。相應(yīng)的最終污染 (l-ftp)被指定為"ftc"。因此，期望通過監(jiān)視測量結(jié)果來估計要達到 最終的純凈度或相應(yīng)的最終污染可能需要多長時間。另外，在從地層 抽取流體時，期望實時地估計實際的凈化，即，污染程度或純凈度。 如果最終純凈度時的濾液量大于某選定量(例如，大于5%或10% )， 則可能不希望在井筒中的該選定位置處獲取任何樣品，并且可能更希望終止流體提取處理并將工具移到井筒中的不同位置。
依然參考圖4，線450表示所估計或計算出的天然鹽水的折射率 的值。對所估計的天然鹽水的折射率與所測量的被污染的混合物的折 射率的比較，提供了在被抽取的流體混合物中的天然鹽水的比例。可 以根據(jù)這兩種折射率的比較來計算污染程度或純凈程度。在一方面中， 可以根據(jù)以前的數(shù)據(jù)以及關(guān)于從其中抽取流體的地層的巖石特性的知 識來計算天然鹽水的折射率的估計值?？梢灾苯訙y量泥漿濾液的折射 率?？蛇x地，在水基泥漿的情況下可以根據(jù)諸如電阻率的其它特性來 進行估計。所進行的比較可以包括差的計算以及使用所選擇的測量結(jié) 果或值的比率。
在一方面中，在收集使用水基泥漿所鉆出的井中的水樣品時，可 以使用測井?dāng)?shù)據(jù)(welllog)來估計天然鹽水的電阻率，并根據(jù)該電阻 率估計天然鹽水的折射率。作為例子，可以通過連同在水區(qū)域上方的 深探電阻率測井?dāng)?shù)據(jù)(deep-reading resistivity log)和中子測井孔隙 度使用井筒區(qū)域的典型的巖石特性來估計鹽水電阻率，所述典型的巖 石特性例如電阻率系數(shù)(F-a/孔隙度Am)的Archie參數(shù)"a"和"m"。 相似地，可以使用中子測井來估計鹽水鹽度。對于100%水飽和的區(qū) 域，測井測量的中子截面等于81§1113_1^^=81經(jīng)1113_:81^116*孔隙度+ Sigma—Matrix^l-孔隙度)。根據(jù)鹽水的截面上所溶解的鹽的效果，可 以通過根據(jù)所關(guān)注地層的典型中子截面和中子測井所測量的孔隙度來 解算Sigma—Brine,從而獲得鹽水鹽分。然后，根據(jù)鹽水電阻率以及 壓力和溫度，可以計算鹽水的折射率。在美國專利7027928中討論了 電阻率、壓力、溫度和折射率之間的關(guān)系。或者通過直接測量水基泥 漿濾液的折射率，或者通過在知道其電阻率后計算其折射率，用于計 算污染的百分比的兩個端點變?yōu)橐阎＜?，純凈的水基泥漿濾液的折 射率(一個端點)和純凈的地層鹽水的折射率(另一端點)都變?yōu)橐?br> 知。可以將污染的比例作為兩個純凈流體端點之間的線性插值進行計 算。
在收集使用油基泥漿所鉆出的井的油樣品時，可以使用用來估計地層中原油的折射率的、在區(qū)域中產(chǎn)生的流體的現(xiàn)有知識。如果直接 測量油基泥漿濾液的折射率，則兩個端點都是已知的，通過這兩個端 點，可以根據(jù)純凈流體端點之間的線性插值來獲得污染的比例。
依然參考圖4，在流體抽取期間的任一時刻，流體的折射率是已 知的。通過比較折射率的當(dāng)前值和線450的估計值，可以荻得污染程 度或純凈程度。如果線450的估計值與圖4中的數(shù)據(jù)的最終值(后面 將更詳細(xì)地說明)之間的差大于選定值，則即使在延長的時間段內(nèi)從 地層抽吸流體，也不可能獲得相對干凈的樣品。在這樣的情況下，可 以將工具移到井筒中的不同位置，以獲取干凈的樣品?？梢詫⒃诖怂?說明的系統(tǒng)、設(shè)備和方法配置為使用在選定的時間段上所獲取的一組 折射率測量結(jié)果來提供對當(dāng)前和最終的純凈程度和污染程度的定性測 量和定量測量。在一方面中，本公開根據(jù)折射率變化提供對在地層流 體純凈度達到特定程度之前所經(jīng)過的抽吸時間的比例的實時指示或估 計。例如，高鹽分地層鹽水的折射率與較新的水基泥漿的折射率之間 的差大約為0.030。因此，根據(jù)當(dāng)前折射率和所估計的最終折射率或者 所估計的天然鹽水折射率，本公開的系統(tǒng)可以實時估計污染或干凈流 體的比例。
在另一方面中，通過對在選定時間段上所獲取的折射率數(shù)據(jù)擬合 適當(dāng)?shù)那€，本發(fā)明的系統(tǒng)提供對最終純凈度或污染程度的估計。對 于本發(fā)明，可以使用任何適當(dāng)?shù)那€擬合技術(shù)或算法。稍后對可以用 于本發(fā)明的曲線擬合技術(shù)的某些例子進行說明。對圖4的數(shù)據(jù)可以擬 合出的曲線如實線420所示。
圖5是示出在從地層抽吸流體期間的選定時間段上所獲取的折射 率現(xiàn)場測量結(jié)果的例子的圖表，其中，所使用的鉆液為油基泥漿，天 然流體為原油。折射率(舍入到最接近的0.001)在y軸502上示出， 所抽吸的流體體積沿著x軸504示出。圖5的例子使用所抽吸的體積， 而不是圖4中所使用的時間。在某些情況下，例如在流體抽吸速率在 抽吸時間段上不是基本上恒定時，所抽吸的流體體積可能是更適當(dāng)?shù)?參數(shù)。當(dāng)抽吸于體積為0處(506)開始時，參考圖3所示出并說明的
15那種折射計所測量的折射率示出一些不規(guī)則的測量結(jié)果，例如如附圖
標(biāo)記515所示。這樣的測量結(jié)果之所以能夠出現(xiàn)是因為所抽吸的最初 的流體的組成成分不規(guī)則變化。隨著所抽吸的體積增大，如總體上由 箭頭506表示的數(shù)據(jù)的最初部分所示，流體的折射率開始迅速下降， 然后如總體上由箭頭508表示的數(shù)據(jù)所示，開始較緩和地減小。對于 任何特定的抽吸，折射率的變化速率依賴于凈化的量。在圖5的特定 例子中，隨著抽吸從箭頭510所示的體積(在4000-5000cc之間)繼 續(xù)，折射率開始相對慢地減小。在圖5的特定例子中，在超過很大的 抽吸體積之后，在這里凈皮示出為超過14000cc的體積，可以達到動態(tài) 平衡或最終的純凈度。
在圖5的例子中，折射率隨著流體的抽吸而減小，這是因為油基 泥漿的折射率大于原油的折射率。本發(fā)明的系統(tǒng)對數(shù)據(jù)擬合適當(dāng)?shù)那?線，并提供對所抽取的流體在最終純凈度時的折射率和當(dāng)前純凈度(或 污染)的估計。在已知了濾液和純凈的地層流體的折射率時，可以通 過在這兩個端點之間的線性插值來確定純凈度或污染的百分比。如圖 4中的情況，在一方面中，通過對在選定時間段上獲取的折射率數(shù)據(jù) 擬合適當(dāng)?shù)那€，本發(fā)明的系統(tǒng)提供對最終純凈度時的折射率或當(dāng)前 污染程度的估計。典型地，在擬合曲線以估計最終值之前，系統(tǒng)放棄 諸如附圖標(biāo)記412 (圖4)和附圖標(biāo)記515 (圖5)所示的假的(過高 和過低)的測量結(jié)果(數(shù)據(jù)尖峰)。
地層流體的電阻率與流體的折射率有關(guān)，因此可以根據(jù)折射率來 計算電阻率，并將其用于估計最終值。圖6是示出根據(jù)在凈化過程中 所測量的折射率而計算出的電阻率的例子的圖表600。在鉆液為新的 水基泥漿且天然流體是地層鹽水的情況下，折射率隨著凈化的繼續(xù)而 增大。這是因為，典型地，地層鹽水的密度大于水基泥漿。但是，地 層鹽水的電阻率小于初始的水基泥漿，因此隨著凈化的繼續(xù)電阻率將 減小。圖6代表根據(jù)折射率而計算出的電阻率隨著凈化的繼續(xù)而減小 的例子。所計算出的電阻率被示出為沿著y軸602被繪出，時間被示 出為沿著x軸604被繪出。所計算出的電阻率被示出為從抽吸開始時刻開始，在該特定情況下，該時刻被示出為位于8000秒處，并繼續(xù)至 10000秒的時刻。抽吸開始時刻之前的時間涉及利用井下工具執(zhí)行諸 如設(shè)置工具等的其它功能。由箭頭608示出隨著時間的推移的電阻率 值。如上所述，通過對折射率數(shù)據(jù)或根據(jù)折射率而計算出的電阻率數(shù) 據(jù)進行適當(dāng)?shù)那€擬合，可以使用這些數(shù)據(jù)來估計最終的純凈度或污 染程度。為了根據(jù)折射率計算圖表600的例子中所示的電阻率，可以 使用任何已知的關(guān)系。這樣的關(guān)系是已知的，因此在此不再對其進行 說明。將該關(guān)系存儲在井下或地面處的存儲器中，并將其用于根據(jù)所 測量的折射率值來計算電阻率。
可以通過井下工具中的處理器或地面處理器或二者的適當(dāng)組合 來完成曲線擬合。在一個方面中，可以將諸如圖4和圖5中所示的測 量數(shù)據(jù)或諸如圖6中所示的計算數(shù)據(jù)傳送到地面處理器，其中，使用 編程指令的該處理器針對特定數(shù)量的數(shù)據(jù)點來擬合曲線，并外推該曲 線，以確定最終純凈度或最終污染以及當(dāng)前的純凈度或污染程度。在 另 一方面中，可以將程序存儲在可被井下處理器訪問的井下存儲器中， 其中，該井下處理器執(zhí)行曲線擬合，并通過遙測系統(tǒng)將結(jié)果提供到地 面。如上所述，可以使用任何適當(dāng)?shù)那€擬合方法來對于折射率測量 結(jié)果或所計算出的電阻率進行曲線擬合。下面給出一些曲線擬合方法 的例子。
在一 實施例中，本發(fā)明的方法和設(shè)備將測量數(shù)據(jù)擬合為非漸近曲 線。非漸近曲線的一個例子是這樣的曲線它對典型或選定的抽吸時 間(例如30分鐘到2小時之間)上的數(shù)據(jù)提供擬合，然后將該結(jié)果外 推至該抽吸時間的幾倍處，在無窮時刻處它逼近正無窮或負(fù)無窮，就 像冪級數(shù)逼近一樣。
在一個方面中，本發(fā)明對于原始數(shù)據(jù)擬合連續(xù)可微的非漸近曲 線。該擬合可以針對所經(jīng)過的時間或者所抽吸的流體的體積。作為例
子但不限于此，本發(fā)明可以使用諸如A(t)aC,+C2t" + C3t'。 + C4t'"的非
漸近曲線來擬合原始數(shù)據(jù)點。通過使用微積分方法，程序?qū)⒁浑A導(dǎo)數(shù)
解析計算為^dt-(c"2)t-m + (C3/3)t-2'3 + (C4/4)t崔。為了使用該方法，A0表示"最終的"折射率，即，某非常長的時間(例如24小時)處的折射
率，該時間大大長于抽吸正常終止時的時刻。隨著時間的推移，(Ao-A)
和t(dA;鄰都減小，其中，A是時刻t處的折射率。假定這兩個值以相
同的速率減小，則它們相互成比例，這意味著(Ao-A)=" t(dA/dt〕，其
中，"m"為常數(shù)。在一個方面中，本方法對A。嘗試各種估計值，直到 找到能生成y = (A - A)和x 53 [ t (dA/dt)]之間的可接受的或最好的線性、 最小二乘擬合的A。的估計值。通過y-mx + b給出該最好的擬合，其 中截距b接近于0，這被確定為比找到成正比例的兩個變量之間的線 性擬合的最大"R"，更靈敏。為了執(zhí)行曲線擬合，本發(fā)明選擇選定時刻
t (可能是最近的時刻t)處的原始數(shù)據(jù)點，在該時刻t處實際的數(shù)據(jù)
與最好的擬合線相交(或最接近該擬合線)。為了預(yù)測在稍后的時刻HAt 處的折射率，該方法使用通過在(Ao - " = m t 用AA/^替換dA/dt、
用 t+At替換 t 以及用 A+AA替換 A 而獲得的 AA= (A。-A)/[l+m(l+t/At)〗。該方法然后遞歸地使用該AA公式來預(yù)
測t+At處的折射率，然后使用該新計算出的折射率來計算稍后的時刻 t + 2At處的折射率，等等，從而對所有將來的時刻進行計算。通過這種 方式，該方法生成對A(t)的將來預(yù)測。
在該方法中，如果擬合的斜率m是正的，則它表示選擇了原始 數(shù)據(jù)的不理想的部分，它向上或向下朝向正無窮或負(fù)無窮彎曲。在這 種情況下，該方法選擇某時刻t處的新的原始數(shù)據(jù)點，并繼續(xù)如上所 述的曲線擬合處理。對于隨著時間的推移而上升并變平的數(shù)據(jù)，通過 A(t)/A。給出在任一將來時刻t處的最終純凈度的比例。對于隨著時間的 推移而下降并變平的數(shù)據(jù)，通過[As-A(t)]/[As-Ao]給出任一將來時刻t 處的最終純凈度的比例，其中，As是所選擇的數(shù)據(jù)窗口的左邊緣(最 早的時刻)處的開始折射率。
因此，在一個方面中，本公開提供了一種用于在流體的抽取過程 中對在井筒中所選定的位置處所抽取或抽吸的地層流體中的鹽水的所 關(guān)注的特性或參數(shù)(諸如當(dāng)前、將來或最終的純凈度或污染)進行估 計的方法。在一個方面中，該方法可以用于估計從具有水基泥漿侵入的地層中所荻得的流體中的鹽水的特性。該方法可以包括根據(jù)測井 測量結(jié)果估計天然鹽水的折射率；從地層抽取流體；在從地層抽取流 體的過程中多次測量流體的折射率；以及將所估計的折射率與在地層 流體的抽取過程中所測量的折射率相比較，以估計鹽水的特性。所關(guān) 注的特性或所關(guān)注的屬性可以是流體樣品中的污染程度，或流體樣品 中的鹽水的純凈度，或天然鹽水的純凈度比例，或流體樣品中的污染 的比例。
在另 一方面中，該方法可以估計從具有水基泥漿侵入的地層中所 獲得的流體中的鹽水的特性，其中，該方法包括根據(jù)諸如電阻率或 其它電學(xué)記錄的測井?dāng)?shù)據(jù)估計天然鹽水的折射率；從地層中抽取流體； 在流體的抽取過程中對流體的折射率進行多次測量；對與多次折射率 測量相對應(yīng)的數(shù)據(jù)值進行曲線擬合；以及根據(jù)所估計的折射率和所擬 合的曲線估計鹽水的特性。該方法還可以包括根據(jù)所估計的折射率和 所擬合的曲線估計數(shù)據(jù)值的最終值以及/或者估計在將來時刻處的鹽 水的污染程度或純凈程度。曲線所擬合的數(shù)據(jù)值可以是實際折射率的 測量值或者根據(jù)所測量的折射率值而推導(dǎo)出來的電阻率值。在一個方 面中，在所估計的折射率和最終值之間的差大于選定值時，終止流體 的抽取。在另一方面中，在鹽水的純凈度被確定為是可接受的程度時， 進行地層流體樣品的收集。在另一方面中，計算與選定溫度和壓力相 對應(yīng)的天然鹽水的所估計的折射率。
在另一方面中，提供了一種用于在從地層中抽取流體的過程中對 流體的特性進行估計的方法，該方法包括從地層中抽取流體；在地 層流體的抽取過程中測量流體的折射率，以獲取多個折射率值；獲取 與所述多個折射率值相對應(yīng)的多個電阻率值；通過多個電阻率值擬合 曲線；根據(jù)所擬合的曲線估計電阻率值的最終值；以及使用當(dāng)前電阻 率值和所估計的最終值來估計流體的特性。流體的特性可以是流體中 的污染的最終值、流體的純凈度的最終值、流體中碳?xì)浠衔锖康?最終值、流體中的污染的比例、流體中的油的比例、流體中的氣體的 比例或者流體中的水的比例。任一方法都可以估計流體的組成成分，并顯示所估計的組成成分的可視圖像，該可視圖像可以是灰度可視圖 像或彩色可視圖像，每個這樣的圖像可以是二維或三維圖像。
在另一方面中，公開了一種用于估計從地層所抽取的流體中的鹽
水的特性的設(shè)備，該設(shè)備可以包括用于從地層中抽取流體的探頭； 在從地層抽取流體的過程中對流體的折射率進行測量的折射計；用于
儲裝置；以及用于根據(jù):然鹽水的折射^的估計值和在從地層抽取流 體的過程中所進行的折射率測量來估計鹽水的特性的處理器?？梢允?用樣品容器來收集流體樣品?？梢允褂帽每朔红o壓來將流體從地層 中抽吸到樣品容器中?？梢允褂萌萜髦械膲嚎s氣體來對樣品容器中的 流體加壓。在另一方面中，處理器可以對與多次折射率測量相對應(yīng)的 數(shù)據(jù)值進行曲線擬合，并根據(jù)所估計的天然鹽水的折射率和所擬合的 曲線來估計所抽取的流體中的鹽水的特性。該處理器還可以根據(jù)所估 計的天然鹽水的折射率和所擬合的曲線來估計數(shù)據(jù)值的最終值以及估 計在將來時刻處所抽取的流體中的鹽水的污染程度或純凈程度。用于 擬合曲線的數(shù)據(jù)值可以是與多次折射率測量的測量值相對應(yīng)的數(shù)據(jù)值 或與多個折射率測量相對應(yīng)的電阻率值。在另一方面中，處理器可以 被配置為在所選擇的數(shù)據(jù)值表示鹽水的純凈程度或鹽水中的污染程度 可接受時從地層收集流體的樣品。
在另一方面中，提供一種在其中嵌入計算機程序的計算機可讀介 質(zhì)，該計算機程序可以包括用于對與在從地層抽取流體的過程中所 進行的流體的多次折射率測量相對應(yīng)的數(shù)據(jù)進行曲線擬合的 一組指 令；用于根據(jù)所擬合的曲線對折射率的最終值進行估計的一組指令；
的估計值來估計流體中的鹽水的特性的一組指令。所述計算機程序還
外推至選定時間的倍數(shù)，使其在無窮時刻處逼近正無窮或負(fù)無窮。
該計算機可讀介質(zhì)可以是ROM、 RAM、 CD ROM、 DVD 、 FLASH 或任何現(xiàn)在已知或未知的其它計算機可讀介質(zhì)，在被執(zhí)行時，該計算機可讀介質(zhì)使諸如井下控制器418中的處理器以及/或者地面控制器 412中的處理器的計算機實現(xiàn)本發(fā)明的方法。
為了示例和解釋的目的，前述說明針對本發(fā)明的特定實施例。但 是，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說很顯然的是，可以對上面提出的實施例 進行多種修改和改變。本說明書意在將所有這樣的改變和修改解釋為 本/>開的一部分。
權(quán)利要求
1. 一種用于對從具有水基泥漿侵入的地層中所獲得的流體中的鹽水的特性進行估計的方法，所述方法包括使用部分測井?dāng)?shù)據(jù)對天然鹽水的折射率進行估計；從地層中抽取流體；在從地層中抽取流體的過程中對流體的折射率進行多次測量；以及使用所估計的折射率以及在地層流體的抽取過程中所測量的折射率對鹽水的特性進行估計。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述測井?dāng)?shù)據(jù)是下列之一 (i)電阻率；(ii)孔隙度；以及(iii)中子截面。
3. —種用于對從具有水基泥漿侵入的地層中所獲得的流體中的鹽 水的特性進行估計的方法，所述方法包括根據(jù)測井測量結(jié)果對天然鹽水的折射率進行估計； 從地層中抽取流體；在流體的抽取過程中對流體的折射率進行多次測量； 對與多次折射率測量相對應(yīng)的數(shù)據(jù)值進行曲線擬合；以及 根據(jù)所估計的折射率和所擬合的曲線對鹽水的特性進行估計。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括對所述數(shù)據(jù)值的最終值進 行估計。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括根據(jù)所估計的折射率和所 擬合的曲線對在將來時刻的鹽水的污染程度或純凈程度進行估計。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述數(shù)據(jù)值與下列之一相 對應(yīng)多次折射率測量的值；以及與多次折射率測量相對應(yīng)的電阻率 值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括在所估計的折射率與所述 最終值之間的差大于選定值的情況下，終止對流體的抽取。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，對所述折射率進行估計包括對與所選擇的溫度和壓力相對應(yīng)的折射率進行估計。
9. 一種用于對流體的特性進行估計的方法，包括 從地層中抽取流體；在地層流體的抽取過程中對流體的折射率進行測量，以獲取多個 折射率值；獲取與多個折射率值相對應(yīng)的多個電阻率值；通過多個電阻率值進行曲線擬合；根據(jù)所擬合的曲線估計電阻率值的最終值；以及使用當(dāng)前的電阻率值和所估計的最終值對流體的特性進行估計。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述流體的特性為下列 之一流體中的污染的最終值；流體的純凈度的最終值；流體中的碳 氫化合物含量的最終值；流體中的污染的比例；流體中的油的比例； 流體中的氣體的比例；以及流體中的水的比例。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括對流體的成分進行估計 以及將所估計的成分的可視圖像顯示為下列之一(i)灰度可視圖像； 以及(ii)彩色可視圖像。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，擬合曲線包括下列之一 擬合漸近曲線；擬合非漸近曲線；以及擬合最小二乘擬合曲線。
13. —種用于對從地層中所抽取的流體中的鹽水的特性進行估計 的設(shè)備，包括探頭，用于從地層中抽取流體；折射計，用于在從地層中抽取流體的過程中提供對流體的折射率 測量；以及存儲裝置，所述存儲裝置中存儲有對地層中的天然鹽水的折射率 的估計值，所述估計值是通過使用測井?dāng)?shù)據(jù)而獲得的；以及處理器，用于根據(jù)對天然鹽水的折射率的估計值以及在從地層抽 取流體的過程中所進行的折射率測量對鹽水的特性進行估計。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，還包括用于收集流體的容器 以及用于將流體抽吸到所述容器中的泵。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中，所述特性為下列之一 從地層中所抽取的流體中的鹽水的污染和鹽水的純凈度。
16. —種用于對從具有水基泥漿侵入的地層中所獲得的鹽水的特 性進行估計的設(shè)備，包括探頭，用于從地層中抽取流體；折射計，用于在從地層中抽取流體的過程中提供對流體的多次折 射率測量；存儲裝置，所述存儲裝置中存儲有根據(jù)測井?dāng)?shù)據(jù)而獲得的對折射 率的估計值；以及 處理器，用于對與多次折射率測量相對應(yīng)的數(shù)據(jù)值進行曲線擬合；以及 根據(jù)所估計的折射率和所擬合的曲線對所抽取的流體中的鹽水的 特性進行估計。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，所述處理器還對所述數(shù) 據(jù)值的最終值進行估計。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，所述處理器還根據(jù)所估 計的折射率和所擬合的曲線對在將來時刻處的所抽取的流體中的鹽水 的污染程度或純凈程度進行估計。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，所述數(shù)據(jù)值與下列之一 相對應(yīng)多次折射率測量的測量值；以及與多次折射率測量相對應(yīng)的 電阻率值。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，還包括泵，該泵用于將流體從 地層抽吸到容器或井筒中。
21. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，所述處理器在所選擇的 數(shù)據(jù)值表示(i)鹽水的可接受的純凈程度；或(ii)鹽水中的可接受 的污染程度時，使得獲取來自地層的流體的樣品。
22. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，還包括輸送組件，所述輸送組 件是用于將探頭和折射計輸送到井下位置的鋼索和管道之一。
23. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，所述處理器在下列之一處對多個折射率測量結(jié)果進行處理井下；地面；以及部分井下和部 分地面。
24. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，還包括用于下列之一的情況下 將來自地層的流體收集到其中的容器，所述情況為以大于液靜壓的 壓力將所抽取的流體抽吸到所述容器中，以及與所述容器相關(guān)聯(lián)的氣 體容器增大對所述容器中的流體的壓力。
25. —種可被處理器訪問的包含計算機程序的計算機可讀介質(zhì)， 所述處理器執(zhí)行所述計算機程序中所包含的指令，其中，所述計算機 程序包括對與在從地層抽取流體的過程中所進行的流體折射率的多次測量相對應(yīng)的數(shù)據(jù)進行曲線擬合的一組指令；根據(jù)所擬合的曲線對折射率的最終值進行估計的一組指令；以及 根據(jù)所擬合的曲線以及通過使用測井?dāng)?shù)據(jù)而計算出的天然鹽水的估計值對流體中的鹽水的特性進行估計的 一組指令。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的計算機可讀介質(zhì)，其中，所述計算機 程序還包括一組指令，該組指令用于對在選定時間上的數(shù)據(jù)值進行曲 線擬合并將所擬合的曲線外推到選定時間的倍數(shù)，使其在無窮時刻處 逼近正無窮或負(fù)無窮。
全文摘要
公開了一種用于在從地下的地層中抽取流體的過程中對流體的最終純凈度或最終污染進行估計的方法和設(shè)備。該設(shè)備和方法提供在一時間段內(nèi)對流體的折射率進行測量；通過折射率測量或根據(jù)其所得到的數(shù)據(jù)值進行曲線擬合；以及根據(jù)所擬合的曲線估計最終的折射率或數(shù)據(jù)值的最終值，以估計流體的最終污染或純凈度。
文檔編號G01N33/26GK101460841SQ200780020734
公開日2009年6月17日 申請日期2007年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月10日
發(fā)明者A·辛普森, R·迪福吉奧 申請人:貝克休斯公司