技术领域
本发明涉及通过测量井响应R确定从产油床中流出油的油井藏量质量 的方法,特别是涉及估算被流入或流出的流体所填充、分别由两个深度Zlow 和Zhigh定义的多孔层截面的液压势(在最简单情况,确定平均渗透率或透射 率,损害表层(skin)和沉积物的局部压力)。
背景技术
已知油井的产品质量基本上是由油井的生产指数IP表达的,该指数依 赖井的半径rw、井的排泄半径Re、可恢复油的
粘度μ和产油层的透射率(该 透射率定义为渗透率k乘以高度h),同时,也可以依赖无维参数S定量的井 壁边缘任何
岩石中孔堵塞,其中,该无维参数S被本领域技术人员通称为“表 层”。生产指数由下式给出:
式中ln为自然对数。生产指数IP是对这样的容易程度的直接测量,即,受 井附近沉积物的平均压力差ΔP的影响油可以流入到井中,因为在井底 (downhole)的条件下测得井的流量Q仅仅等于:
Q=IP·ΔP。
井底流量通过它们已知的方法排出到表面。因此,为了优化井(特别是 油井)中的产品,特别是通过确定某些被定义的参数值而知道其藏量质量是 有用的。参照上面给出的生产指数IP表达式,第一个重要参数是位于油井 通常钻到的亚层土的产品层的渗透率k,而另一个是定量对产油层可能损伤 的“表层”S。因此,可能对产量低的井建立两个等级:维持理想的工作条件 (S=0)但从低渗透性岩石中取出油的井;钻到高渗透性的沉积区、但变成 堵塞(S>0)以及在利用公知技术的条件下可恢复产出更多油的井。
因此,重要的是能够测出堵塞层的形成,以便尽快采取有效行动消除堵 塞层和继续使用油井。
各种方法被研制用来监
测井的产品质量。大多数旧的方法是基于使用可 以对这种井实施的各种测量之间的经验或统计关系。另一种给出更精确结果 的方法包括:完全关闭井输出以及研究井中油的压力增加和关闭时间的关 系,其中,对在该压力下的曲线变化的检查,使得可以推算出井是在理想状 态或在堵塞状态。
这种方法可能获得很好的结果,但它表现出主要缺点是实现起来时间过 分长。为了获得有用的曲线,必须等待数个小时,对某些井或要等待数天, 在此期间井还不能使用,这将造成产量的一定减少,而当沉积物的压力已不 再达到维持油井喷出所需压力时,将增加重新启动的成本。
为了减轻这一缺点已经尝试了开发另一种方法,其包括在井输出时调制 井的关闭,并作为这种调制的函数研究流体的压力变化。该方法消除了上述 的完全关闭油井的缺点,但又产生了测量不够精确的缺点。
例如,在US-A-3 559 476和FR-A-2 678 679描述了另一种方法。它包 括通过
正弦波函数调制油井流体的流量,以及测量在流量和流体压力中的变 化,从中在某些特定情况的情况下推算出井的响应R。
如果对井的损伤包括井壁被堵塞,以至给出正的“表层”值,并且“表层” 厚度可以假设为零,则这种方法能给出相对较满意的结果。显然这类无限薄 的“表层”仅仅是方便的数学抽象,但结果经常是满意的,但是其它类型的损 伤可能存在“表层”也为正值,此时“表层”厚度不能作为零;或者对应“表层” 的负值,例如当井和自然裂开的裂缝相交叉或者模拟的液压裂纹,即人为的 裂纹穿过井,且裂纹相对于井的轴是一般对称的。
同样已知的是一种通过测量井的响应R确定从产油
层流出流体的油井 等的藏量质量方法,所述的方法包括通过正弦波函数调制在井中流体的流 量,和测量流量和流体压力中的变化,该方法的特征在于下面事实:
I)当所述的产油层包括表现出对非零厚度“表层”的正“表层”值S的损伤 区时,井响应Rc通过下式获得:
和
II)当所述的产油层有表现负“表层”值的S裂纹时,井响应Rf通过下式 获得:
在上述方程式中,A,B,C和D是下面定义的参数Zw,α和β的函数。 它们分别由如下四式定义:
上述公式中定义:
kelben(x)=kern(x)+ikein(x)
和
kelben(x)=bern(x)+ibein(x)
其中i是复数的数学理论中的虚数单位数,kern,kein,bern和bein是开尔 文函数;
此式是损伤区的无维渗透率,ks代表损伤区的渗透率,而k代表产油层 的渗透率;
此式是损伤区的无维半径,rs表示损伤区的半径,而rw代表产井的半径;
式中ω正弦波函数的
角频率,δ是产油层的扩散率,等于:
表示产油层的孔隙度,μ表示流体的粘度,而ct表示流体的总压缩率;
式中k0和k1是改进的Hankel函数;同样
其中,xf是假设裂纹的两翼中之一的长度;FCD裂纹的无维传导率,由 下式表示
其中,kf表示
支撑裂纹的材料渗透率,w表示被支撑的裂纹的平均厚度;
此式是裂纹的无维扩散率,表示填充裂纹的支撑材料的孔隙度,ctf 表示在裂纹处流体的总压缩率;Swf表示任何存在于井的底部和裂纹入口之 间的“表层”。
发明内容
因此,本发明目的就是改进以前的方法,特别是上述所定义的用来估算 油井等的藏量质量的方法,或实现这样一种方法,该方法在保持简单的同时, 通过使用可以按低误差百分比或不确定性进行解释的测量,使获得对所有井 的
水平的估算成为可能,而不管对产油床的损伤类型。更精确地,本发明目 的是一种估算位于多孔层填满了流入或输出的流动液体、分别由两个深度 zlow和zhigh定义的液压势的方法(在最简单的情况下,确定平均渗透率或透 射率、损伤表层和沉积物的局部压力)。
更精确地,本发明提供了一种估算充满流入或流出流动液体、分别由两 个深度zlow和zhigh定义的多孔层截面的液压势的方法,此方法包括:
对井的流量产生周期调制;
将一个探测器降低到井下并在固定深度zlow上激活几个周期,该探测器 装备有:
i)用于精确地确定深度的装置,该深度或者是相对于通过采用γ射线探 测器的地质系列,或者是相对于井中的部件(CCL);
ii)时钟,和
iii)适合于测量至少井中流出量、压力、
温度、平均
密度和压头损失梯 度(head loss gradient)的物理
传感器;
从这些测量中提取出:
i)相对于所加周期之一T的流量调制的正弦成分的振幅ΔQlow;
ii)相对于同一周期的压力调制的正弦成分的振幅ΔPlow;
iii)压力正弦波相对于流量正弦波的
相位延迟;
对在井底和深度zlow之间的有流体流出到井中的所有活动区域,确定对 于周期T的循环试验的复数响应Rlow,计算公式为:
升高探测器到深度zhigh,在该深度上激活探测器几个周期,进行新的测 量,并从新的测量中提取出:
i)相对于所加周期T的流量调制的正弦成分的振幅ΔQhigh;
ii)相对于同一周期T的压力调制的正弦成分的振幅ΔPhigh;
iii)压力正弦波相对于流量正弦波的
相位延迟;
对在井底和深度zhigh之间的有流体流到井中的所有活动区域,确定对于 周期T的循环试验的复数响应Rhigh,计算公式为:
计算由在深度zlow和zhigh之间将其包含的流出物提供到井中这一事实所 定义的层的复数响应Rstratum,公式为:
通过数值倒置提供理论复数响应的数学计算公式,假设层的物理模型;
确定由测得的响应Rstratum定义的层的液压特性;
计算出关于所涉及层的井产量指数IPstratum,并推测出该层中平均沉积物 压力PD,公式为:
假设,在激活流量
调制器之前,使用探测器测量稳定的井底压力PDH和 来自该层中的净流量Qstratum。
具体实施方式
本发明的其它特性和优点由下面给出的描述体现出来。
总所周知,油井是从地面挖掘到含油的产油床或含油层。一般这种产油 床是由可渗漏的沙或岩构成,并且它们位于不可渗漏床之下。于是,油就被 限定在可渗漏的床中,以及如果井穿透的和其一样深则可以被提取出来。为 了实现上述本发明的方法,要使用一种称为生产测井仪(PLT)的探测器,这 种工具是石油领域的技术人员所公知的,它尤其包括:
·可控制的闸
门,适合于调制由经过含油床的井形成的管道中流体截面 值。例如,这个可控制的闸门可以由有加强条的套筒构成,其可以由远点的
马达来展开。它也可以多个壁构成,这些壁相对设置以便形成可变角度的圆 锥体,通过缆绳的牵动可控制壁相互之间的滑动。
·流量表,用于测量流体在井的管道中的流量。这种流量表是已知的, 可以由一个带有测量装置的套筒连接在主管外构成,其中该测量装置包括位 于其中的
推进器或在本领域公知的旋转器,以及用于对由旋转器每单位时间 执行的转动数目进行计数的装置,套筒可以选择性地连接到偏转板,以便获 取所有在管道中流体的流量,并迫使它们完全流过套筒。流量表被设置为输 出一个表示通过其的流量的
信号。
·公知的
压力传感器,例如,由基于如
石英或蓝
宝石等的
矿石晶体的应 力仪所构成。它用作输出一个表示管道内流体压力的信号。
为了实现本发明方法,上述三个部件被安装在一起,以便能使它们通过 如
电缆等连接手段从井口下降到产油床。这些部件还按照这样的方式关联, 即,当它们下降到井中时,流量表和压力传感器应在可控闸门下面。此外, 这三个部件被连接到一条总线上,这使得处理器部分可以控制闸门,可选择 地使流量表和压力传感器进入运行,并且也接受和处理这两个部件的信号。
除了上述三个部件以外,为了获得数据还提供了时钟,它规定了对应每 个流体压力和流量测量时的唯一时间。
一旦上述的工具下降到井中确定产油床的水平,所述的方法包括开始控 制闸门,以便通过应用角频率为ω的正弦函数关系,从最小到最大值改变管 道中的流体截面,最小值不为零以便保证管道不会完全关闭,于是允许在进 行测量的整个时间内流体连续流动。
在流量表和压力传感器不是永久性接通的情况下,它们在可用于控制闸 门的数学函数的几个周期内处于接通的状态。它们分别输出表示井中在闸门 下方其它两个部件
位置上的流体压力和流量变化的信号。
注意到这些变化的曲线是具有用来对闸门进行控制的同样周期T的正 弦函数,但它们相互之间有相位偏移。结合对两个信号相位偏移和它们各自 的振幅比率的测量,可以同时推测出表示在可控制闸门底下、流量表的位置 和井底之间产油床的渗透率的一个值,以及表示堵塞的一个值。
这个方法对于两个原因来说是有优势的,因为除了可以估算每个含油床 的渗透率和堵塞,因此消除以前方法所固有的不确定数,还可以估算在所有 油床水平上的渗透率和堵塞情况,所述的“堵塞”表示一个油流出变缓的现 象,并表现为对于“表层”的正值(其值是流体阻力的
虚部)。术语“裂纹”用来
指定鼓励油井产量,表现为对于“表层”的负值(减少的流体阻力虚部)。
本发明的方法估算分别由两个深度zlow和zhigh定义的、充满流入或流出 流动流体的多孔层截面的液压势(在最简单的情况,确定平均渗透率或透过 率,损伤表层和沉积物的局部压力),包括:
·对井的流量产生周期调制,调制不必是正弦,而可以是具有不同周期 的周期性调制的
叠加。使用直接或非直接的机械装置可以得到该调制,该机 械装置可以被调整或伺服控制且是可以编程的,与上述的探测器无关,当流 体是输出时可以放在流量传感器下游任何管状生产线中,或者当流体是输入 时放置在上游,即,或在“套(casing)”敞开的孔截面、或在环形产品闸门 底下粘合的磨损的圆柱或“衬套(liner)”,称作“产品封隔器(production packer)”或在环形闸门和井口的产品圆柱,或就在井口本身,或者甚至在测 试分离器或收集网络的井之间的
连接线中。调制同样可以通过可调整或伺服 控制和程序化、并优选地放在探测器顶部的机械装置获得。上述的直接装置 可能使用“duse”,即一种可调节的
泵,其可以从地面(大多数实际中)或选 择地在井中固定的带有
存储器的PLT编程。上述非直接装置例如由伺服控制 的泵构成,该泵可以编程来从地面注入或抽出流体。
·下降到井中固定深度zlow并被激活几个周期的PLT或精确PLT探测 器,其装备有:i)用于精确确定深度的装置,该深度或者是相对于通过γ射 线探测器测得的地质系列,或者是相对于称为
套管接箍
定位器(CCL)的井中 部件;ii)时钟;iii)各种物理传感器,其能够测量井中流体的某些特性,特 别是总流量,气体流量、液体流量、水流量、
碳氢化合物流量、压力、温度、 平均密度或头损失梯度;和iv)要么能存储作为时间的函数测量值的存储器 (将带有存储器的PLT通过称作“平直管线”
钢丝降到井中,悬浮或安装在某 一位置上),或者能实时地将测量结果传输到地面上计算机的装置,如电缆、 光缆、或无线电或声音发射器。
·从这些记录的数值中提取出:i)相对于所加周期之一T的流量调制的 正弦成分的振幅ΔQlow;ii)相对于同一周期的压力调制的正弦成分的振幅 ΔPlow;和iii)压力正弦波相对于流量正弦波的相位延迟;和
·对在井底和深度zlow之间的有流体流出到井中的所有活动区域,确定 对于周期为T的循环试验的复数响应Rlow,计算公式为:
然后
·升高探测器到深度zhigh,在该深度上激活探测器几个周期;
·从构成探测器的几个部件测得的信息中提取出:i)相对于所加周期T 的流率调制的正弦成分的振幅ΔQhigh;ii)相对于同一周期T的压力调制的正 弦成分的振幅ΔPhigh;和iii)压力正弦波相对于流量正弦波的相位延迟; 和
·对在井底和深度zhigh之间的有流体流出到井中的所有活动区域,确定 对于周期为T的循环试验的复数响应Rhigh,计算公式为:
然后
·计算由在深度zlow和zhigh之间将其包含的流出物提供到井中这一事实 所定义的层的复数响应Rstratum,计算公式为:
通过假设对于层的物理模型(在最简单的情况下:渗透率为k、损伤表 层为S的无限大的均匀油床),通过数值倒置提供理论复数响应的计算数学 公式,可以确定由测得的响应Rstratum所定义的层的液压特性;在最简单的情 况下,确定平均渗透率k和损伤表层SKIN S。
通过依靠该物理模型和排出区域的形状,可以计算有关所涉及层的井产 量指数IPstratum,并由此由下式推测出层中平均沉积物压力PD:
因为在激活流量调制器之前,通过使用探测器已经测量了稳定的井底压 力PDH和来自该层中的净流量Qstratum。