基于交叉耦合的流体前缘监测的制作方法
【专利说明】基于交叉耦合的流体前缘监测
[0001]发明背景
[0002] 油田经营公司寻求最大化其储层的盈利率。通常，这个目的可在最大化受制于某 些成本约束的提取烃的百分比的方面加以说明。已开发出用于改善烃提取的多种开采技 术。例如，许多公司采用调驱技术，以将气体或流体注入到储层中以便驱替烃并将其清扫到 生产井。作为另一实例，使用蒸汽辅助重力排泄技术最有效地生产一些重烃，其中蒸汽用来 减小烃的粘度。
[0003] 这些开采技术使在注入的流体与驱替的流体之间产生流体前缘。流体前缘的位置 是用于这些开采技术的控制和最优化的关键参数，但其通常归因于适宜可行又有效的监测 系统和方法的缺失而难以跟踪。在地震勘探、监测井和/或缆绳测井工具的使用不可行的情 况下，可以迫使操作者依赖于计算机模拟来估计流体前缘的位置，其具有相当大的不确定 性。另外次优操作可以造成过早穿透，其中流体前缘的一个部分在所述前缘的其余部分已 完全清扫储层体积之前到达生产井。这个过早穿透产生注入的流体所遵循的低电阻路径且 使系统的其余部分失去其运作所需的功率。通常考虑对过早穿透的预防，其可通过流体前 缘接近生产井的适当预警来预防。
[0004] 附图简述
[0005] 因此，在附图和下文描述中公开各种交叉耦合补偿方法和系统，其采用经由永久 安装的套管柱周围的非平行天线进行的基于交叉耦合的流体前缘监测。在附图中：
[0006] 图1是说明性永磁电磁(EM)流体前缘监测系统的示意描绘。
[0007]图2是蒸汽辅助重力排泄操作的示意描绘。
[0008] 图3示出了说明性多组件EM变换器模块。
[0009] 图4A-4B示出了用于说明性流体前缘反演的几何反演参数。
[0010] 图5A-5B绘制了根据不同参数的流体前缘信号响应。
[0011]图6是从注入器井传播的流体前缘的示意描绘。
[0012] 图7A-7C示出了说明性变换器阵列配置。
[0013] 图8是说明性流体前缘监测方法的流程图。
[0014] 然而，应了解，附图和其详细描述中给出的特定实施方案不限制本公开。相反，特 定实施方案为所属领域一般技术人员辨别与所述给出实施方案中的一个或多个一起涵盖 在所附权利要求书的范围中的替代形式、等效物和修改提供基础。
【具体实施方式】
[0015] 某些公开的装置、系统和方法实施方案提供了经由永磁、套管安装的电磁(EM)变 换器进行的流体前缘监测。一个或多个钻孔具备套管柱，所述套管柱具有围绕所述套管柱 的一个或多个传输天线和围绕所述套管柱的一个或多个接收天线，其中至少一个接收天线 不同于至少一个传输天线而定向以提供对至少一个交叉分量信号的敏感度。至少部分基于 所述交叉分量信号，处理器单元导出到流体前缘的估计距离，且还可以确定所述流体前缘 的方向和定向以向用户显示。可以视需要组合来自传输和接收天线的阵列的信号与来自其 它钻孔的信号，以定位并跟踪所述流体前缘上的多个点。响应于所述前缘的所述确定的位 置和进程，所述处理器单元还可以提供控制设置以调整注入和/或生产速率。
[0016] 图1示出了装配有永磁电磁(EM)流体前缘监测系统的说明性实施方案的井102。说 明的井102已以典型方式构建并完井，且其包括定位在已通过钻头形成在地球中的钻孔106 中的套管柱104。套管柱104包括通过耦合件108端对端连接的多个套管管件(通常30英尺长 的钢管件）。替代套管类型包括连续管道和(在一些罕见情况下)和复合(例如，玻璃纤维)管 道。水泥110已注入在套管柱104的外表面与钻孔106的内表面之间且允许凝固。所述水泥增 强井的结构完整性且针对非期望的流体流动密封围绕套管的环形区。虽然井102被示出为 完全用水泥凝固，但在实践中，可能例如在钻孔的水平管中留下无水泥的某些间距，其中其 可能被期望促进流体流动。
[0017] 穿孔114已形成在沿106的一个或多个位置处以促进流体116从周围地层到钻孔中 和从钻孔到地表的流动。套管柱可以在穿孔114附近包括预成形开口 118,或其可在与地层 相同的时间被穿孔。通常，井102装配有定位在套管柱104的内孔中的生产管柱。（配对的生 产管柱112可见于井152的剖视图。）生产管柱中的一个或多个开口接受钻孔流体并将其运 输到地球表面且经由生产出口 120向上运输到存储和/或处理设施。井口可以包括其它端 口，诸如用于接入环形空间的端口 122和用于在紧急情况下阻止流动的防喷器123。通常包 括用来实现外部传感器124和内部传感器的使用的各种其它端口和引线。说明性电缆126将 这些传感器耦合到井界面系统128。应注意，这个井配置仅用于说明性目的，是不按比例的， 且不对本公开的范围进行限制。
[0018] 界面系统128通常将功率提供给变换器且提供数据采集和存储与(可能)一定量的 数据处理。永磁EM监测系统经由铠装电缆130耦合到界面系统128,所述铠装电缆130通过皮 带132和保护器134附接到套管柱104的外部。（保护器134在耦合件108上方引导电缆130且 避免所述电缆挤压在所述耦合件与钻孔壁之间。）电缆130连接到附接到套管柱104的一个 或多个电磁变换器模块136、137。变换器模块136、137中的每个可以包括用来减少来自套管 效应的干扰的具有高磁导率的非导电材料层。
[0019] 图1还示出了在钻孔155中具有第二套管柱154的第二井(注入井152)，其中一个或 多个EM变换器模块156、157附接到所述套管柱且经由一个或多个电缆158连通到第二井界 面系统160。所述第二井界面系统可以按有线或无线方式连接到第一井界面系统或连接到 协调井操作的中心数据处理系统。随着注入井将流体(诸如水、CO 2或天然气）驱动到地层 中，注入的流体驱替期望的烃并从注入井向外清扫其。附近任何生产井的存在减小了地层 压力，从而造成驱替的流体(和注入的流体)优选朝向所述生产井迀移。驱替的流体与注入 的流体之间的界面被称为"前缘"。石油公司对监测前缘的移动和提前知道其将何时到达生 广井感兴趣。
[0020] 虽然图1示出了垂直井，但这些原理也适用于水平井和斜井。所述原理也可以适用 于注入的流体不充当驱动流体的情况。例如，图2示出了蒸汽辅助重力排泄(SAGD)操作，其 中注入井202使蒸汽循环并将其注入到周围地层中。随着来自蒸汽的热能减小地层中的重 油的粘度，重油（和蒸汽冷凝水)204通过重力向下抽取到平行且低约5-20英尺钻井的生产 井206。以这种方式，蒸汽形成将热能递送到越来越多重油的扩展"蒸汽室" 208。所述室主要 沿向上方向生长，但存在朝向生产井206逐步地向下移动的前缘210。过大注入速率将过早 地驱动前缘210到生产井，从而产生严重降低操作效率的不想要的流动路径。井202、20