使用飽和度及核磁共振測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)確定地表下地層的連續(xù)毛細(xì)管壓力曲線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及利用測(cè)井確定地表下地層中的巖石的連續(xù)毛細(xì)管壓力的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 毛細(xì)管壓力是儲(chǔ)層模擬器的重要輸入。不幸的是，利用當(dāng)前的傳統(tǒng)方法（即，壓汞 毛細(xì)管壓力實(shí)驗(yàn)）確定毛細(xì)管壓力相對(duì)昂貴、緩慢并且不環(huán)保。由于上述原因以及需要來(lái) 自地表下的物理巖石的事實(shí)，因此通常僅對(duì)稀疏的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行分析。因而工程師被迫利用 極少數(shù)的曲線或使用來(lái)自相似儲(chǔ)層的曲線來(lái)填充他們的模型。如果沒(méi)有對(duì)巖石進(jìn)行適當(dāng)?shù)?巖石物理學(xué)分類，則這種情況會(huì)轉(zhuǎn)而導(dǎo)致仿真結(jié)果中的嚴(yán)重誤差。
[0003] 在過(guò)去，已經(jīng)對(duì)利用核磁共振（NMR)獲得毛細(xì)管壓力曲線進(jìn)行了研究。當(dāng)使用實(shí) 驗(yàn)室測(cè)量的NMR響應(yīng)時(shí)結(jié)果是令人鼓舞的。然而，由于許多復(fù)雜問(wèn)題（例如存在碳?xì)浠?物效應(yīng)），導(dǎo)致使用NMR電纜響應(yīng)仍有問(wèn)題。另外，對(duì)NMR導(dǎo)出的毛細(xì)管壓力曲線的校準(zhǔn)通 常需要物理巖石樣本，這有時(shí)會(huì)因成本原因而不可取。就目前所知，當(dāng)前的基于NMR的方法 通常還需要利用諸如壓汞毛細(xì)管壓力（MICP)實(shí)驗(yàn)之類的方法進(jìn)行校準(zhǔn)，這些方法在時(shí)間、 金錢和樣本數(shù)量上受到約束。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 簡(jiǎn)言之，本發(fā)明提供一種新穎和改進(jìn)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法，其用于在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 中獲得地表下儲(chǔ)層中地層的毛細(xì)管壓力的測(cè)量值。所述計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法從通過(guò)核磁共振測(cè) 井而從地層獲得的測(cè)量結(jié)果中接收核磁共振測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)。所述方法還從通過(guò)測(cè)井而從所述地 層獲得的測(cè)量結(jié)果中接收關(guān)于所述地層的水飽和度的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)。接下來(lái)，所述計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn) 方法基于所述核磁共振測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)來(lái)確定所述地層的毛細(xì)管壓力的初始測(cè)量值，并且基于所 述地層的水飽和度測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)來(lái)執(zhí)行將所述地層的毛細(xì)管壓力的初始測(cè)量值校準(zhǔn)為所述地 層的假定（postulated)毛細(xì)管壓力。
[0005] 本發(fā)明還提供一種新穎和改進(jìn)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其用于在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中獲得地 表下儲(chǔ)層中地層的毛細(xì)管壓力的測(cè)量值。所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括處理器，所述處理器從通 過(guò)核磁共振測(cè)井而從所述地層獲得的測(cè)量結(jié)果中接收核磁共振測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，并且還從通過(guò)測(cè) 井而從所述地層獲得的測(cè)量結(jié)果中接收關(guān)于所述地層的水飽和度的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)。所述處理器 基于所述核磁共振測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)來(lái)確定所述地層的毛細(xì)管壓力的初始測(cè)量值，并且基于所述地 層的水飽和度測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)來(lái)執(zhí)行將所述地層的毛細(xì)管壓力的初始測(cè)量值校準(zhǔn)為所述地層的 假定毛細(xì)管壓力。所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)還包括輸出顯示器，其形成所述地層的假定毛細(xì)管壓 力的顯示。
[0006] 本發(fā)明還提供一種新穎和改進(jìn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，其已在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中存儲(chǔ)計(jì) 算機(jī)可操作指令，所述計(jì)算機(jī)可操作指令用于使得數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中獲得地 表下儲(chǔ)層中地層的毛細(xì)管壓力的測(cè)量值。存儲(chǔ)在所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置中的所述指令使得所述 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)從通過(guò)核磁共振測(cè)井而從所述地層獲得的測(cè)量結(jié)果中接收核磁共振測(cè)井?dāng)?shù) 據(jù)，并且從通過(guò)測(cè)井而從所述地層獲得的測(cè)量結(jié)果中接收關(guān)于所述地層的水飽和度的測(cè)井 數(shù)據(jù)。所述指令還使得所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)基于所述核磁共振測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)來(lái)確定所述地層的毛 細(xì)管壓力的初始測(cè)量值，并且基于所述地層的水飽和度測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)來(lái)執(zhí)行將所述地層的毛細(xì) 管壓力的初始測(cè)量值校準(zhǔn)為所述地層的假定毛細(xì)管壓力。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 圖1是示出毛細(xì)管壓力原理的示意性示圖。
[0008] 圖2是典型的壓汞毛細(xì)管壓力（MICP)曲線圖的示意性示圖。
[0009] 圖3是示出毛細(xì)管壓力曲線與地層巖石中的孔隙的關(guān)系的示意性示圖。
[0010] 圖4是利用核磁共振（NMR)測(cè)井工具測(cè)量到的在鉆井中示例深度處的弛豫時(shí)間的 曲線圖。
[0011] 圖5是示出NMR弛豫時(shí)間測(cè)量結(jié)果與地層巖石中存在的流體之間的關(guān)系的示意性 示圖。
[0012] 圖6是作為時(shí)間的函數(shù)的自旋回波衰減函數(shù)示例曲線圖。
[0013] 圖7是示出回波衰減函數(shù)轉(zhuǎn)換為弛豫時(shí)間測(cè)量值的示意性示圖。
[0014] 圖8是關(guān)于毛細(xì)管壓力的示例Thomeer雙曲線的示意性示圖。
[0015] 圖9是根據(jù)本發(fā)明的用于確定連續(xù)毛細(xì)管壓力曲線的處理的示意性示圖。
[0016] 圖10是根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)用戶界面的示圖。
[0017] 圖11是根據(jù)本發(fā)明從NMR弛豫分布推導(dǎo)出毛細(xì)管壓力曲線的示意性示圖。
[0018] 圖12是根據(jù)本發(fā)明的用于對(duì)根據(jù)本發(fā)明的Thomeer雙曲線進(jìn)行優(yōu)化的處理的示 意性不圖。
[0019] 圖13是根據(jù)本發(fā)明的在油田測(cè)試期間獲得的示例雙峰電纜NMR響應(yīng)的曲線圖。
[0020] 圖14和圖15是根據(jù)本發(fā)明從圖13的NMR響應(yīng)數(shù)據(jù)獲得的NMR導(dǎo)出的毛細(xì)管壓 力和優(yōu)化后的Thomeer擬合的曲線圖。
[0021] 圖16是根據(jù)本發(fā)明的在另一油田測(cè)試期間獲得的示例雙峰電纜NMR響應(yīng)的曲線 圖。
[0022] 圖17和圖18是根據(jù)本發(fā)明從圖16的NMR響應(yīng)數(shù)據(jù)獲得的NMR導(dǎo)出的毛細(xì)管壓 力和優(yōu)化后的Thomeer擬合的曲線圖。
[0023] 圖19是輕油親水性系統(tǒng)中的毛細(xì)管壓力曲線的示意性示圖。
[0024] 圖20是示出針對(duì)各種碳?xì)浠衔镱愋秃徒?rùn)性的NMR信號(hào)成分的示意性示圖。
[0025] 圖21是非線性NMR對(duì)毛細(xì)管壓力縮放函數(shù)（scaling function)的示例的曲線圖。
[0026] 圖22A、圖22B、圖22C和圖22D是巖肩的攝影圖像。
[0027] 圖23是來(lái)自在其中獲得圖13的數(shù)據(jù)的巖石的實(shí)驗(yàn)室NMR結(jié)果的曲線圖。
[0028] 圖24是利用各種方法獲得的毛細(xì)管壓力曲線的對(duì)比性曲線圖。
[0029] 圖25是根據(jù)本發(fā)明的用于確定地表下地層的連續(xù)毛細(xì)管壓力曲線的數(shù)據(jù)處理系 統(tǒng)的示意性框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] I.毛細(xì)管壓力原理
[0031] 在開(kāi)始階段，通過(guò)介紹的方式來(lái)提供對(duì)毛細(xì)管壓力原理的說(shuō)明。毛細(xì)管壓力是兩 種流體（一種為浸潤(rùn)性的且另一種為非浸潤(rùn)性的）的分界面之間的壓力差。毛細(xì)管壓力與 使流體從諸如儲(chǔ)層中的孔隙中排出所需的功成正比。圖1是毛細(xì)管壓力概念的示意。毛 細(xì)管壓力可被理解為箭頭100所示的作用在包含碳?xì)浠衔锪黧w的主體上的力，其防止處 于箭頭102所示的壓力下的碳?xì)浠衔镌谥T如104所示的孔隙喉道處離開(kāi)孔隙?？紫逗淼?104越大，其毛細(xì)管壓力值越小。
[0032] 通常利用被稱為壓汞毛細(xì)管壓力（MICP)實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)測(cè)量毛細(xì)管壓力。由MICP 實(shí)驗(yàn)得到的壓力對(duì)已注入的汞的百分比的圖生成了所謂的毛細(xì)管壓力曲線。圖2是在雙對(duì) 數(shù)標(biāo)尺上繪制的典型壓汞毛細(xì)管壓力（MICP)曲線的示意性示圖。雖然在儲(chǔ)層中實(shí)際存在 的是油-水系統(tǒng)，但MICP實(shí)驗(yàn)使用汞-氣系統(tǒng)流體系統(tǒng)。利用取決于流體性質(zhì)的轉(zhuǎn)換來(lái)在 兩個(gè)系統(tǒng)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
[0033] 在MICP實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)多孔介質(zhì)來(lái)推送汞。汞首先進(jìn)入具有最大喉道的各個(gè)孔隙， 同時(shí)壓力保持相對(duì)恒定。然后壓力增大并且注入更多汞，因而這些汞進(jìn)入具有較小喉道的 孔隙。實(shí)際上，可將多孔介質(zhì)視為一系列相連接的圓柱體。圖3是如何使毛細(xì)管壓力曲線 形象化的示意性示圖。利用管道對(duì)孔隙進(jìn)行近似，并按照喉道尺寸（即，直徑）遞減的方式 對(duì)所述孔隙進(jìn)行排序。每個(gè)孔隙將充當(dāng)具有更大直徑的下一個(gè)孔隙的喉道。這一考慮假設(shè) 巖石連接良好，而這種情況并不會(huì)一直出現(xiàn)。
[0034] 通常使用Washburn公式來(lái)將毛細(xì)管壓力結(jié)果轉(zhuǎn)換為孔隙喉道分布。該公式使用 達(dá)西定律并假設(shè)了圓柱形導(dǎo)管。公式1給出了以Washburn公式表示的這種關(guān)系，其中Pc為 毛細(xì)管壓力，d為喉道直徑，γ為分界面張力，τ為接觸角。
[0036] 正如指出的那樣，MICP實(shí)驗(yàn)在汞-氣系統(tǒng)中進(jìn)行?？蓪⒔Y(jié)果轉(zhuǎn)換到碳?xì)浠衔?水 系統(tǒng)中。公式2示出了這種轉(zhuǎn)換，其中Pchw為碳?xì)浠衔?水系統(tǒng)中的毛細(xì)管壓力，γ hw為 碳?xì)浠衔锱c水之間的分界面張力，汞與水之間的分界面張力，τ hw為碳?xì)浠衔锱c 水之間的接觸角，τ na為汞與空氣之間的接觸角，Pc na為汞-氣系統(tǒng)中的毛細(xì)管壓力。
[0038] -種在一定程度上相似但并不相同的實(shí)驗(yàn)被稱作恒速壓汞實(shí)驗(yàn)，也被稱作CRMI 或APEX實(shí)驗(yàn)。通過(guò)保持相對(duì)恒定的注入率，測(cè)量到的壓力的突然下降可解釋為汞進(jìn)入孔隙 中。總體而言，隨著實(shí)驗(yàn)的繼續(xù)，由于汞進(jìn)入越來(lái)越小的孔隙而導(dǎo)致注入壓力增大。結(jié)果被 示為孔隙主體與孔隙喉道的分布。使用這種方法的一個(gè)缺點(diǎn)是，與MICP實(shí)驗(yàn)中的數(shù)萬(wàn)psi 相比，該方法的最大壓力只有幾千psi的量級(jí)，無(wú)法達(dá)到較高的壓力。
[0039] II.核磁共振（NMR)
[0040] 核磁共振（NMR)是一種用于測(cè)井的技術(shù)，其測(cè)量氫原子核（質(zhì)子）對(duì)感應(yīng)磁場(chǎng)（M) 的響應(yīng)。氫原子核在磁場(chǎng)開(kāi)啟時(shí)被極化，然后在磁場(chǎng)關(guān)閉時(shí)發(fā)生弛豫。利用NMR測(cè)井工具 來(lái)測(cè)量弛豫時(shí)間。圖4示出了典型的關(guān)于給定深度的弛豫時(shí)間曲線圖。通過(guò)利用已知技術(shù) 與其他數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)來(lái)將y軸從幅度值轉(zhuǎn)換為增加的孔隙度。
[0041] 礦物中的氫原子核以10-100 μ s的極快速率弛豫，這是因?yàn)樗鼈儾粫?huì)輕易被感應(yīng) 磁場(chǎng)極化。這意味著，實(shí)際上NMR工具僅測(cè)量流體效應(yīng)以及相應(yīng)的孔隙。通常，弛豫時(shí)間曲 線圖被分為三個(gè)部分：粘土束縛水、毛細(xì)管束縛水以及可采出流體（producible fluid)。
[0042] 圖5示出了關(guān)于巖石束縛流體的NMR弛豫時(shí)間的典型解釋。巖石中的11