确定地层的现场有效流度及有效渗透率的方法

摘要

一种地层现场有效流度的确定方法，包括：在地层中选定一位置；在贯穿地层的井孔内放下一工具，该工具包括一带有入口并设有压力传感器的中央导管，一设有通向中央导管入口的流体容器，一流体分析仪以及用于排出流体的装置；在地层和中央导管的入口之间形成排他性流体连通；使地层流体通过中央导管，对所述流体进行分析，当流体基本上为未污染的地层流体时，使其进入流体容器内，然后测量压力恢复，并通过压力恢复求出有效流度。

说明书

本发明涉及确定地层的现场有效流度(λ)的方法。地层的有效流度定义为λ＝K/μ，其中K为地层渗透率(单位为达西，量纲为L²)，μ为动态粘度(单位为泊，量纲为ML^-1T^-1)。流度的单位为达西/泊，其量纲为M^-1L³T。该地层为含烃地层。在说明书和权利要求书中，术语“有效流度”用以表示关于未污染地层流体的地层流度，术语“流度”则用以表示关于受污染地层流体的地层流度。

在Schlumberger的1996年版的《钢丝绳法地层测试和取样(wireline Formation Testing and Sampling)》一书的第6-3页至6-8页中描述了确定流度的方法。该公知方法包括以下步骤：

a)在地层中选定一位置；

b)在井孔内放下一工具至该位置，该工具包括：一带有一入口并设有一压力传感器的中央导管，一带有一通向中央导管的入口的流体容器，以及用于由中央导管排出流体的装置；

c)将一探测器伸入地层内，从而在地层和中央导管入口之间形成排他性流体连通，该探测器设有一与中央导管入口直接以流体连通的出口；

d)使地层流体进入流体容器内，并测量压力恢复，以及

e)通过压力恢复确定有效流度。

流度确定又分为两个步骤。首先，将压力恢复曲线与为通过地层流入探测器的流体的不同流动状态确定的曲线进行对比。通过对比可选出一个实际的流量范围。然后，由测量数据和选定的实际流动状态即可计算出流度。

可以理解，如果动态粘度已知，则可由流度计算出地层渗透率。

这被称为先期测试恢复分析。先期测试恢复分析的缺点在于，人们相对于在钻井过程中侵入地层的钻井泥浆来确定地层的流度。由于地层流体已被污染，因此其粘度将不同于未污染地层流体的粘度，从而该先期测试(pretest)流度将与对于地层烃类的地层流度不同。

为克服上述缺陷，本发明中用于确定由井孔所贯穿的地层的现场有效流度的方法包括以下步骤：

a)在地层中选定一位置；

b)在井孔内放下一工具至该位置，该工具包括：一带有一入口并设有一压力传感器的中央导管，一带有一通向中央导管的入口的流体容器，一流体分析仪，以及用于排出流体的装置；

c)在地层和中央导管的入口之间形成排他性流体连通；

d)使地层流体通过中央导管，分析该流体，当该流体为基本上未污染的地层流体时，使地层流体进入流体容器，并测量压力恢复；以及

e)由压力恢复求出有效流度。

本发明方法与公知方法的区别在于，在本发明的方法中，仅在已污染地层流体被置换出侵入区域后才对压力恢复进行测量。

可以理解，钻井泥浆的置换出以及未污染地层流体进入中央导管需要花费一些时间。但这并非大缺陷，因为未污染地层流体的样品通常还是需要的，所以本发明中的压力恢复测试可在取样之后进行。

现在对本发明进行更为详细的描述。

本发明的对由井孔贯穿的地层的现场有效流度进行确定的方法的第一步包括在需确定有效流度的地层内选定一位置然后在井孔内放下一工具至该位置。该工具包括一具有一入口并设有一压力传感器的中央导管，一具有一通向中央导管的入口的流体容器，一流体分析仪以及用于排出流体的装置。

一旦工具到达该位置，在地层和中央导管的入口之间即形成排他性流体连通(exclusive fluid communication)。借助于排他性流体连通的形成，存在于井孔内的流体无法进入工具的中央导管内。使地层流体通过中央导管，而该地层流体最初是由中央导管排出来的。由于该地层流体被侵入的钻井泥浆所污染，因此它是未污染的地层流体。

在通过中央导管的地层流体被排出之前，先对其进行分析。只有当分析结果表明地层流体未被污染时，方对其进行压力恢复测试。为此，如果流体为基本上未污染的地层流体时，则允许该地层流体进入流体容器，并测量压力恢复。

然后，按上述相同的方式由压力恢复确定有效流度。通过本发明的方法便可对有效流度，即相对于未污染地层流体的流度进行准确的确定。

虽然先期测试压力恢复分析并不适于确定有效流度，但是申请人发现，它可适于确定地层流体取样的最合适位置。

为此，作为本发明方法的第一步，即在井孔内选择位置的过程，包括在井孔内的若干位置进行先期测试压力恢复分析，并从中选出具有最大流度的位置。

从而首先在井孔内选定第一个位置。

然后在地层和中央导管的入口之间形成排他性流体连通。使地层流体进入流体容器，并测量压力恢复。再根据压力恢复确定出该位置处的有效流度。此后，选择下一个位置，重复进行先期测试压力恢复分析，直至确定完预定数量位置的流度。

具有最大流度的位置被用作取样位置，因为在该位置的取样速度最快。取样宜在压力恢复测试之前进行，样品存放于工具的样品容器中。

可以理解，在每次压力恢复确定之后都将流体容器清空。

申请人还发现，先期测试压力恢复分析可适用于确定真实或有效的地层渗透率的平均值。下面所描述的方法适用于用油基泥浆钻出的井孔。

首先在地层中选出一组位置，再由该组中选出第一位置。在井孔内将工具放下至第一位置，该工具包括一具有一入口并设有一压力传感器的中央导管，一设有一通向中央导管的入口的流体容器，一流体分析仪，以及用于排出流体的装置；在地层和中央导管的入口之间形成排他性流体连通。使地层流体通过中央导管，并使其进入流体容器内，随后测量压力恢复。根据压力恢复确定出流度(λⁱ)。

然后将工具置于待确定流度的下一个位置附近，并重复这一过程，直至确定完该组中各位置i处的流度(λⁱ)。

其后按上述方式，确定出该组中某一个位置的有效流度(λ¹_eff)。由已知的未污染地层流体的动态粘度(μ)，便可确定出该位置处的渗透率(K¹＝λ¹_eff·μ)。从而该位置处的流度(λ)和有效流度(λ_eff)均已确定出。由渗透率和流度，即可算出位置1处的受污染地层流体的动态粘度(μ_cont，μ_cont＝k¹/λ¹)。

现在利用公式kⁱ＝λ¹_eff·μ_cont，用流度(λⁱ)和受污染地层流体的动态粘度(μ_cont)求出该组中其他位置处的渗透率(kⁱ)。平均渗透率即为各个值kⁱ的平均值。

此处用到了未污染地层流体的动态粘度(μ)，其值假设已知。该动态粘度可在地面上通过所得的取样确定。

作为备择方案，动态粘度可由压力梯度确定出。该方法涉及计算沿地层方向的压力梯度，并利用一经验关系式由压力梯度求出动态粘度，该经验关系式靠拟合一曲线通过先前所获取的各数据点得到，数据点包括作为压力梯度函数的所测动态粘度。

作为备择方案，烃类储层流体的动态粘度可利用工具上的光学流体分析仪测得。确定粘度的方法包括，在地层中选择一位置；在井孔内放下一工具至该位置，该工具包括一设有一入口的中央导管，用于从中央导管置换出流体的装置，以及一光学流体分析仪；在地层和中央导管的入口之间形成排他性流体连通；获得光密度的光谱；计算第一因数，即以预定短波长范围内的最大光密度乘以短波长范围的长度，计算第二因数，即相同短波长范围内光谱的积分，将第一因数减去第二因数并将此差值除以油峰值的光密度，即得到一油因数(oilfactor)；根据油因数，利用由先前所获取的各数据点所拟合出的一曲线而得到的一关系式，求得现场粘度值，数据点包括为油因数的函数的所测实际粘度值。

至此，已经讨论了针对一裸眼井，即无套管井孔实施本发明的方法。

本发明中确定现场有效流度的方法也适用于套管井孔，即衬有一套管以防止坍塌的井孔。套管凝固在井孔内，并由一层凝结水泥将井孔内表面与套管外表面之间的环状空间填满。

在套管井孔中，须先对套管射孔，然后才能形成排他性流体连通。因此在这种情形下，将工具放下至套管井孔内并形成排他性流体连通的步骤包括，首先形成穿过套管壁进入该位置处地层内的一射孔组，该射孔组利用一射孔枪形成。该射孔枪为一具有若干指向外侧的弹药的细长体。弹药按不同方向沿细长体在不同位置布置，并可由电力激发或机械力激发。弹药设计为如下形式，即各弹药激发后，形成一包含穿过套管壁延伸至井孔周围地层内的射孔通道的射孔。射孔枪可通过例如钢丝绳放下至套管井孔内。

然后，在套管井孔内放下一工具至所述的射孔组。该工具还具有设置于中央导管入口两侧的一上封隔器和一下封隔器，其中，中央导管于下封隔器的下方开口，并且上封隔器和下封隔器之间的间距大于射孔组的高度。然后，形成排他性流体连通这一步骤即可通过设置封隔器从而使射孔组跨于封隔器之间而完成。设置封隔器是为了封闭所有射孔所通向的位于封隔器之间的取样空间。

为了选取井孔中的取样位置，也可在套管井孔中进行先期测试压力恢复分析。选取位置的步骤则从形成若干穿过套管壁进入地层内的射孔组开始。然后，在套管井孔内放下一工具至第一射孔组。该工具还包括设置于中央导管入口两侧的一上封隔器和一下封隔器，其中中央导管排出口于下封隔器的下方开口，并且上封隔器和下封隔器之间的间距大于射孔组的高度，而相邻射孔组之间的间距至少等于最长的封隔器的长度。设置封隔器以使射孔组跨于封隔器之间。使地层流体进入流体容器内，测量压力恢复，并通过压力恢复求出流度。

然后将工具置于下一个射孔组附近并确定流度，重复这些步骤直至确定完预定数量位置的流度。然后选取具有最大流度的位置作为取样位置。

地层现场渗透率平均值的确定方法同样可适用于套管井孔。在这种情形下，形成若干穿过套管壁进入地层内的射孔组。选取第一射孔组，并将设有封隔器的工具在套管井孔内放下至第一射孔组。设置封隔器以使射孔组跨于封隔器之间。使地层流体通过中央导管，并进入流体容器内，然后测量压力恢复。通过压力恢复求出流度。然后将工具置于下一个射孔组附近，并确定预定数量位置处的流度。

为确定出平均渗透率，下面的步骤与前述步骤类似。

如果烃类储层流体是粘度较高的所谓重油，那么将难以获取具有代表性的储层流体的样品。为了获得具有代表性的样品，形成排他性流体连通的步骤还包括启动设置于探测器附近以用于加热地层的加热装置。

作为一个合适的实施例，探测器与装置上的封隔器垫板相联，而加热装置则设置于封隔器密封垫中。作为备择实施例，加热装置设置于工具上。加热装置可以是产生微波、光波或红外波的装置。加热装置还可以是电加热器、化学加热器或核能加热器。