确定油井每层藏量质量方法

专利名称：确定油井每层藏量质量方法
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)。
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IP=2πkhμ[lnRerw-0.75+S]]]>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Rc=DR0(βzw)-B-CR0(βzw)+A,]]>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
Rf=πFCDizf2EfD+2izfFCD+Swf.]]>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A(zw,α,β)=izwαeiπ4[kelbe0(βzwα)kelke1(zwα)-kelbe1(zwα)kelke0(βzwα)]]]>B(zw,α,β)=1α[kelbe0(zwα)kelke0(βzwα)-kelbe0(βzwα)kelke0(zwα)]]]>C(zw,α,β)=iβzw2[kelbe1(zwα)kelke1(βzwα)-kelbe1(βzwα)kelke1(zwα)]]]>D(zw,α,β)=iβzwαeiπ4[kelbe0(zwα)kelke1(βzwα)-kelbe1(βzwα)kelke0(zwα)]]]>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；α=ksk]]>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；β=rsrw]]>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；
zw=rwωδ]]>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；R0=K0(izw)(izw)K1(izw)]]>式中k0和k1是改进的Hankel函数；同样zf=xfωδ]]>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kfWkxf,]]>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，f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”。
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low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high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Rstratum=Rhigh·RlowRlow-Rhigh]]>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PD=PDH+QstratumIP]]>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。
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(productionpacker)”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low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high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Rstratum=Rhigh·RlowRlow-Rhigh]]>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PDPD=PDH+QstratumIP]]>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。
权利要求
1.一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，所述方法的特征在于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；和iii)压力正弦波相对于流量正弦波low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high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Rstratum=Rhigh·RlowRlow-Rhigh;]]>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PD=PDH+QstratumIP;]]>假设，在激活流量调制器之前，使用探测器测量了稳定的井底压力PDH和来自该层中的净流量Qstratum。
全文摘要
本发明涉及估算由两侧Z
文档编号E21B49/00GK1666009SQ03816134
公开日2005年9月7日 申请日期2003年5月19日 优先权日2002年5月22日
发明者达米安·德斯帕克斯 申请人:桑德克斯公司