校正钻探泥浆中的气体成分的测量浓度的方法

摘要

一种使用校正钻探泥浆中的气体成分的测量浓度的方法，来表征存在于地下地层中的地层流体的方法。在泥浆录井期间测量感兴趣气体成分，即轻烃的气阱值，并且使用根据实验室流体分析值和相对提取效率值确定的相对响应因子来校正气阱值。每种感兴趣气体成分的相对响应因子能够被用于校正在同一井中测量的附加气阱值，或用于校正利用相似钻探流体在周围的井中测量的气阱值。每种感兴趣气体成分的校正后气阱值能够被用于计算气/油比，以表征来自钻探泥浆体积的地层流体。

说明书

技术领域

本发明一般涉及在钻探期间表征存在于地下地层中的地层流体，尤其涉及校正钻探泥浆中的气体成分的测量浓度的方法。

背景技术

在石油或天然气钻井作业中，使钻探流体(或“泥浆”)通过钻杆的内部从钻头出来，然后回升到地表而不断地循环。钻探泥浆通常由粘土、化学添加剂和油基或水基组成。这种流体有几个目的：1)控制地层压强；2)清理井眼的地层碎屑；3)润滑、冷却和清洁钻头和钻柱；4)使井眼稳定；以及5)限制钻探泥浆流失到地下地层中。

在清理井眼时，循环钻探泥浆带走钻屑和陷在岩石的孔隙或裂缝中的地层流体。在钻探作业期间，在地表实时地监视在钻探泥浆中夹带的地层流体和气体，测量结果的记录被称为泥浆录井。泥浆录井测量结果可以包括温度、pH值、钻探速率、氯化物、总烃含量、和特定地层气体成分的浓度。这些井录是重要的，因为它们使钻探作业人员能够查明正在钻探的地层中石油或天然气的存在。钻探期间钻探泥浆中的显著测量气体增加指示地层中的含石油或天然气地带，并被称为“显示”。

为了测量在钻探泥浆中夹带的地层气体的量并确定地层流体中的浓度，已经使用了几种技术。可以抽运少量钻探泥浆通过位于地表的被称为气阱的机械搅拌设备。气阱的用途是从钻探泥浆中提取气体用于测量和分析。气体成分，即，轻烃气的分离和定量通常是通过内联气相色谱分析或气相色谱质谱分析来进行的。可以作为典型泥浆录井活动的一部分来实时地连续监视气阱取样和分析，向钻探作业人员提供针对整个井深，每个钻探的纵尺的气体成分的实时浓度。从轻气体的分析中区分地层流体类型，尤其是它们的气油比(GOR)的能力是高度期待的目标，因为能够最小化花费在地层测试上的时间和资源。这种数据对于任何烃储层的经济性和可行性都是必需的。

不幸的是，存在许多与地表气阱测量有关的问题。从钻探泥浆中提取并在气阱的顶部空间中收集的不同气体成分的相对浓度并不代表从钻探流体中析出的实际气体浓度。结果，测量的气阱值并不代表深处钻探流体或地层流体的气体组成。另外，未经校正的气阱值可以导致包括GOR确定在内的总流体属性的预测大相径庭。

发明内容

本发明的实施例的一些方面提供了一种表征存在于地下地层中的地层流体的方法，包括：在钻探的同时从包含地层流体和气体的钻探泥浆体积中提取多种气体成分；测量每种感兴趣气体成分的气阱值；通过将所述气阱值除以每种感兴趣气体成分的实验室流体分析值，来确定每种感兴趣气体成分的气阱响应因子；通过将每种感兴趣气体成分的气阱响应因子除以分子量最小的感兴趣气体成分的气阱响应因子，来确定每种感兴趣气体成分的相对响应因子；以及通过将所述气阱值除以每种感兴趣气体成分的相对响应因子，来计算每种感兴趣气体成分的校正后气阱值，以便表征来自钻探泥浆体积的地层流体。

在一个实施例中，所述方法进一步包括使用先前确定的相对响应因子来校正钻探泥浆中的气体成分的气阱值的方法，包括：校正利用相似钻探流体在周围的井中测量的每种感兴趣气体成分的气阱值。

本发明的实施例的一些方面提供了一种执行上述方法的系统。本发明的实施例的一些方面可以包括编有执行上述方法或控制上述系统的计算机可执行指令的计算机可读介质。本发明的实施例的一些方面可以包括内含上述系统并被配置和安排成依照上述方法来提供系统的控制的系统。这样的系统可以内含，例如，编程成允许用户依照所述方法或其它方法来控制设备的计算机。

通过参照形成本说明书的一部分、相同标号在各个图形中表示相应部件的附图对如下描述和所附权利要求书加以研究，本发明的这些和其它目的、特征、和特性，以及操作方法、结构的相关元件的功能、部件的组合、和制造成本将变得更加显而易见。但是，不言而喻，这些附图只用于例示和描述的目的，而无意作为限制本发明的定义。正如用在说明书和权利要求书中的那样，除非上下文另有明确指明，单数形式“一个”、“一种”、和“该”也包括复数指示物。

附图说明

图1是例示依照本发明一个或多个实施例的方法的流程图；

图2是示出依照本发明一个或多个实施例，在钻探期间测量的地层气体成分的气阱值的示范性泥浆井录；

图3是例示依照本发明一个或多个实施例的方法的流程图；

图4是示出依照本发明一个或多个实施例的地层气体成分的气阱值和计算的GOR值的示范性泥浆井录；以及

图5是执行依照本发明一个或多个实施例的方法的系统的一个实施例的示意性例示。

具体实施方式

参照图1，图1示出了表征存在于地下地层中的地层流体的方法10。在钻探作业期间，从包含地层流体和气体的钻探泥浆体积中提取多种气体成分12。在一个实施例中，通过位于地表的气阱中的机械搅拌来从泥浆中提取地层气体成分。测量每种感兴趣气体成分的气阱值14。不同感兴趣地层气体成分，通常是任何轻烃气(甲烷到戊烷)的分离和定量是通过内联气相色谱仪或气相色谱质谱仪和/或总烃分析仪来测量的。虽然用于这种分析的装置最好是配有用于烃气的火焰电离检测器的气相色谱仪，但应该懂得，可以利用任何用于分析气体混合物组成的装置。

表1示出了依照本发明一个实施例的校正气阱值。如表1中的第1和2行所示，钻探泥浆中的每种气体成分的浓度可以用总地层气体的百万分之几(ppm)和百分比来确定。图2示出了包括在钻探期间测量的地层气体成分的实时连续气阱值24的示范性泥浆井录22。

表1

进行直接从地层流体中采取的周期性实验室流体分析测量，以便表征地层流体。然后，可以将这种数据用于校准或校正气阱值。在一个实施例中，该校正可以包括在气阱处收集已知体积的钻探泥浆，然后在蒸汽或微波蒸馏器中蒸馏该样本。然后，针对每种气体成分测量蒸馏气。在另一个实施例中，该校准可以包括利用类似于Schlumberger有限公司的模块化地层动态测试仪(MDT)工具或重复地层测试仪(RFT)工具的装置来收集井下地层流体的样本。然后，可以对地层流体进行标准压强-体积-温度(PVT)实验室流体分析，以确定地层流体中每种感兴趣气体成分的浓度。虽然用于这种分析的装置最好是配有用于烃气的火焰电离检测器的气相色谱仪，但应该懂得，可以利用任何用于分析气体混合物组成的装置。

如表1中的第3和4行所示，指示地层流体中的每种气体成分的浓度的实验室流体分析值用总地层气体的摩尔％和百分比来确定。在一个实施例中，使用从运行在同一井上并处于近似相同深度上的MDT收集、用于确定气阱值的地层流体样本，来建立表1中的实验室流体分析值。回头参照图1，如表1的第5行所示，实验室流体分析值被用于确定每种感兴趣气体成分的气阱响应因子16。可以通过针对每种感兴趣气体成分，将表1的第2行中的气阱值除以第4行中的实验室流体分析值来确定气阱响应因子。

从钻探泥浆中提取并在气阱的顶部空间中收集的不同气体成分的相对浓度并不代表从钻探流体析出的实际气体浓度。这主要是由于不同气体成分的提取效率。轻烃是根据它们的碳数(挥发性和溶解性)而被提取的，即，甲烷比乙烷更容易被提取，而乙烷又比丙烷更容易被提取。为了精确地确定每种气体成分的浓度，也需要相对于甲烷或者最轻的被测量感兴趣气体成分的提取效率，来校正每种气体成分的测量气阱响应因子。

通过将每种感兴趣气体成分的气阱响应因子除以分子量最小的气体成分的气阱响应因子，来为感兴趣气体成分确定相对响应因子18。在表1提供的例子中，使用甲烷，即通常分子量最小的气体成分的气阱响应因子来计算第6行中的相对响应因子；但是，应该懂得，在缺乏甲烷的情况下，可以利用乙烷，在缺乏甲烷和乙烷的情况下，可以利用丙烷。

通过针对每种感兴趣气体成分，将第1行中的气阱值除以第6行中的相对响应因子，来确定每种感兴趣气体成分的校正后气阱值20。第7和8行中的校正后气阱值比第1和2行中的原始气阱值更能代表地层流体，因为它们与第4行中的实验室流体分析值一致。只利用实验室流体分析值来校正而没有针对提取效率的校正的气阱值并不代表地层中的气体组成。

在另一个实施例中，如表2所示，可以将显示在表1的第6行中的确定的相对响应因子应用于井的其余部分的气阱数据，以便校正在所有深度测量的所有气阱值。

表2

参照图3，图3示出了使用先前确定的相对响应因子来校正钻探泥浆中的感兴趣气体成分的气阱值的方法30。与前面的例子一样，从包含地层流体和气体的循环钻探泥浆体积中提取多种气体成分32。为每种感兴趣气体成分测量气阱值34。通过将每个气阱值除以先前确定的每种气体成分的相对响应因子，来计算每种感兴趣气体成分的校正后气阱值36。表2的第5行中的校正后气阱值比表2的第1和2行中的测量的未校正气阱值更能代表表1的第4行中的实验室流体分析值。

在一个实施例中，该方法利用可用实验室流体分析值来确定用于校正在钻探期间收集的气阱值的相对响应因子，以便更好地表征实验室流体分析值可能不可用的地带或深度上的地层流体。应该懂得，先前确定的相对响应因子也可被用于校正利用相似钻探流体在周围的井中测量的气阱值。从水基泥浆中提取气体比从油基泥浆中提取气体更容易，因此，水基泥浆中的气体成分的相对响应因子明显高于油基泥浆中的气体成分的相对响应因子。该方法对于在诸如油基泥浆系统的更复杂钻探流体系统中表征气阱的相对响应是有帮助的。

校正后气阱值可被取作地层流体的气体组成的代表，并用于预测气/油比(GOR)。从地层气体成分的分析中区分地层流体类型，尤其是它们的GOR的能力是高度期待的目标，因为能够最小化花费在地层测试上的时间和资源。举一个例子来说，可以如方程(1)所示来计算GOR：

GOR(SCF/bbl)＝100,000·[C1+C2+C3+C4]/(Rel Weight Oil)    (1)

其中，C1、C2和C3表示摩尔浓度(摩尔％或ppm)的甲烷、乙烷和丙烷；以及C4和C5表示摩尔浓度(摩尔％或ppm)的丁烷和戊烷以及所有异构体加在一起。

如方程(2)所示，可为甲烷到戊烷计算相对油重量(Rel Weight Oil)：

Rel Weight Oil＝3070·(C3·C5²)/C4·sqrt(C2·C4)    (2)

或如果未监视戊烷，则如方程(3)所示：

Rel Weight Oil＝1932·C4²/sqrt(C2·C3)    (3)

图4一般性地示出了依照本发明一个实施例，通过使用来自相邻井的相对响应因子来校正气阱值，来预测GOR的方法。两个井都具有油基泥浆系统。泥浆井录数据40示出了钻探速率(ROP)、γ射线(GRNORM)数据、深度、甲烷到戊烷的校正后气阱值42、以及计算的GOR的实时监视。如表3所示，计算的GOR值44是使用来自相邻井的先前确定的相对响应因子来计算的。

表3

当在方程(1)-(3)中使用表3的第1行中的每种气体成分的测量的未校正气阱值时，计算的GOR值是：

C1-C5的GOR＝269089SCF/bbl

C1-C4的GOR＝61160SCF/bbl

当在方程(1)-(3)中使用表3的第4行中的每种气体成分的校正后气阱值时，计算的GOR值是：

C1-C5的GOR＝1269SCF/bbl

C1-C4的GOR＝1039SCF/bbl

如在图4中的深度46所示，使用校正后气阱值计算的GOR 44与直接从实验室流体分析值中计算的1136SCF/bbl的报告GOR接近匹配。同样，如在深度48所示，使用校正后气阱值计算的GOR是与直接从实验室流体分析值中计算的750SCF/bbl的报告GOR接近匹配的720SCF/bbl。如所示的，未校正气阱值不代表从钻探流体中析出的实际气体浓度，并且可导致包括GOR确定在内的地层流体属性的预测大相径庭。地层流体属性的精确预测以及GOR确定可以通过使用相对响应因子来校正钻探泥浆中的气体成分的气阱值来作出。

在图5中示意性地例示了执行该方法的系统。该系统50包括数据存储设备或存储器52。可以使所存储数据可用于诸如可编程通用计算机的处理器54。处理器54可以包括诸如显示器56和图形用户界面58的接口组件。图形用户界面(GUI)可以用于显示数据和处理后数据产物，以及允许用户在实现该方法的一些方面的选项当中作出选择。数据可以经由总线60直接从数据获取设备，或从中间存储设备或处理设施(未示出)传送给系统50。

尽管为了例示的目的，根据当前认为最实用优选实施例的实施例对本发明作了详细描述，但应该明白，这样的细节仅仅为了例示目的，本发明不局限于所公开的实施例，而是相反，打算涵盖在所附权利要求的精神和范围之内的所有修改和等效安排。例如，尽管本文提到计算机，但可包括通用计算机、专用计算机、编程成执行这些方法的ASIC(专用集成电路)、计算机阵列或网络、或其它适用计算设备。作为进一步的例子，还应该明白，本发明设想，可以尽可能地将任何实施例的一个或多个特征与任何其它实施例的一个或多个特征组合。